水庫淤泥輕質骨材產製及輕質骨材混凝土應用與推廣分項計畫四：輕質骨材市場需求及輕質骨材混凝土應用推廣

全文

(1)第一章研擬「橋樑及高層建築等公共工程使用一定比例之輕質骨材混凝土」之推動草案第一節概述「水庫淤泥輕質骨材產製及輕質骨材混凝土應用與推廣」研究計畫執行期中已舉辦過兩次共六場研討會(1.2)及一次期中報告(3)。與會專家學者都一致肯定內政部建築研究所的研究案符合綠建築的發展策略，亦配合國土的永續發展及資源再生利用策略。如果對其生產以及市場之成本與利潤作一初步分析評估，將有助於可行性與實用性之落實。經濟部水利署曾表示目前水庫大多有淤積的情形，影響水庫蓄水之功能，而使用機械浚渫方式清除水庫淤泥，其所得之廢棄物如何妥善處理是一大環保問題。因為淤泥是細顆粒粘土料，幾乎無法再利用，若能藉由鍛燒將其變成資源，而發揮有效利用，對環保甚至國庫收入均有相當大的助益。經過內政部建築研究所研究案及綠色基金會的策略下，研提六種國家標準草案，經濟部標準檢驗局已將其中「輕質粗粒料的顆粒筒壓強度試驗法」及「隔熱混凝土用輕質粒料」兩個草案審查通過，預定可在年底公告施行。其他四個草案或因已有現行國家標準可參考使用，或經技術委員會建議合併制定。經組成審查小組審查後，再送審以供業界參採。本研究已在另外幾個子計畫，包括水庫淤泥輕質骨材應用手冊之編訂；舉辦輕質骨材應用及推廣座談會及「建築技術規則」納入輕質骨材混凝土隔熱標準之草案等，邀集產、官、學各界專家學者進行研討。而在標準規範未正式發佈施行前會研擬一套「使用手冊」或「指針」等方式提供業界參用，所以上、中、下游的通路阻礙在本計畫完成的理論上是暢通的。本研究案已於 2003 年 10 月份提出「輕質粒料及輕質粒料混凝土使用手冊」草案，並邀請國內產官學研各界之專家學者出席會議參與分別在北中南三地各舉行三場審查。接著打通管道的另一問題是此種輕質骨材產品在市場的需求量以及價格方面的問題。畢竟需有相當的市場需求量，廠商才有利潤得以經. 1.

(2) 營，而依國內工程之設計單位與施工單位觀念分離之現況，除非在設計階段就已指定使用輕質骨材，否則難以推廣，因此建議推廣工作應由政府的公共工程開始，將此種國外使用普通，而行之多年的輕質骨材混凝土能嘉惠地震帶的台灣，如效果良好，則更易帶動民間使用。中華民國土木技師公會全國聯合會，曾建議本案有關「橋梁及高層建築等公共工程使用一定比例之輕質骨材混凝土」之研擬鑒於本案輕質骨材量產工作尚在開發運轉階段，是否隨即定立一定比例仍應加謹慎斟酌。本研究團隊尊重業界之建議，初始階段將不以使用一定比例為基準，而更正以每年之預定使用量來作考量，以達供需平衡，逐次成長，建立運用資料庫的審慎作法。本文首先概述一些國外使用輕質骨材情形，以及國內砂土石產銷調查資料，提供產官學研界專家學者參考，然後再研擬國內政府之公共工程使用量，以供政府相關單位規劃設計時作決策時之參考。. 第二節國外砂石及輕質骨材使用情形目前國外砂石及輕質骨材利用情形以及相關研究已有相當的成效，茲將有關的利用情形與研究結果簡述如下： 2.1 日本一般砂石料供需持性日本歷年來砂石的使用量如表 1-2.1 所示(4)從 1963 年的 297 百萬公噸至 1990 年 949 百萬公噸的最高需求量，1996 年稍微減少而成為 862 百萬公噸，其中約 70%供為混凝土用。日本砂石的主要來源隨著時代的變遷，由過去的天然砂石類而轉變為碎石碎砂類。其中由天然砂石類所獲得的河川砂石減量最為顯著，坡地砂石的供應量變化不多，反而陸砂與海砂供應量呈現增加的趨勢，但整個天然砂石的全部供應量卻減半，即自 1963 年之 84%至 1996 年為 42% 約減少 42%。而碎石碎砂類從過去 1963 年的 14%左右的供應量增至 1992 年的 59%。所供應的砂石之粗. 2.

(3) 細比例如表 1-2.2 所示(4)。依 1996 年的生產狀況觀察，可以發現所生產的全部骨材中所含細骨材部份約佔 30%，而這些細骨材絕大部份都來自天然砂石，也就是經由岩石破碎所產生的細骨材為量極少。依此趨勢而言，在天然砂石的供應量逐年減少，碎石碎砂類逐年增加的變化情形下，將來會產生細骨材供應量不足的現象。日本歷年來砂石骨作供需的演變(4). 表 1-2.1. 其. 山. 河. 天然砂石類海. 陸. 海. 陸. 他. 坡. 川. 他. 坡. 川. 量. 碎石碎砂類. 其. 山. 河. 天然砂石類. 碎石碎砂類. 總. 量. 道路路基用. 年度. 混凝土用. 總. 種類需求量(百萬噸) 供給量(百萬噸). 單位：百萬噸供給比例(%). 1963 297 234 63 297 234. 7. 9. 0. 43. 4. 79. 2. 3. 0. 14. 2. 1965 354 280 74 354 262. 8. 15. 0. 64. 5. 74. 2. 4. 0. 18. 2. 1967 423 297 126 423 187 28. 43. 29 124 12. 44. 7. 10. 7. 29. 3. 1969 516 349 167 516 159 56. 54. 62 168 17. 31. 11. 10. 12. 33. 3. 1971 633 417 216 633 133 84. 86. 71 237 22. 21. 13. 14. 11. 37. 4. 1972 799 539 260 799 110 140 113 70 341 25. 14. 18. 14. 9. 43. 2. 1975 669 446 223 669 107 106 80. 60 297 19. 16. 16. 12. 9. 44. 3. 1977 735 504 231 735 115 94. 82 328 22. 16. 13. 13. 11. 45. 2. 1979 848 581 267 848 103 114 123 90 395 23. 12. 13. 15. 11. 57. 2. 1981 799 538 261 799 80 102 118 82 395 22. 10. 13. 15. 10. 49. 3. 1983 733 488 245 733 69. 91. 94. 73 390 16. 9. 12. 13. 10. 53. 3. 1985 727 472 255 272 57. 87. 96. 71 398 18. 8. 12. 13. 10. 55. 2. 1986 749 487 262 749 52. 91. 96. 73 422 15. 7. 12. 13. 10. 56. 2. 1987 787 515 272 787 47. 95 102 83 445 15. 6. 12. 13. 11. 57. 1. 1988 827 543 284 827 44. 96 116 77 482 12. 5. 12. 14. 9. 58. 2. 1989 862 551 311 862 43 109 126 78 491 15. 5. 13. 15. 9. 57. 1. 1990 949 604 345 949 49 121 151 89 526 13. 5. 13. 16. 9. 55. 2. 1991 919 597 322 919 43 117 134 78 535 12. 5. 13. 15. 8. 58. 1. 1992 892 575 317 892 38 110 127 77 526 14. 4. 12. 14. 9. 59. 2. 1993 864 550 314 864 38 107 118 75 512 14. 4. 12. 14. 9. 59. 2. 1994 852 558 294 852 37. 94 130 80 497 15. 4. 11. 15. 9. 58. 3. 1995 849 563 286 849 38. 96 131 83 484 17. 4. 11. 15. 10. 57. 3. 94. 3.

(4) 1996 862 577 285 862 35. 97 144 81 487 18. 4. 11. 17. 10. 57. 1. 備註：(1)「其他」所示為人工(天然)輕量骨材、爐石、進口砂石骨材的合計 (2)通商產業省生活產業局窯業建材課推計 (3)1963 年天然砂石類供給比例為 79+2+3+0=84％ (4)1996 年天然砂石類供給比例為 4+11+17+10=42％. 表 1-2.2. 日本粗細骨材之組成比例(1996) (4). 全骨材種. 類. 生產量 (佰萬公噸). 含砂率組成比推估 (％) ％. 細骨材(砂、碎砂) 生產量 (佰萬公噸). 組成比％. 天然砂石類. 357. 41.1. 58. 207.5. 82.2. 內河. 川. 35. 4.1. 30. 10.5. 4.2. 山. 坡. 97. 11.3. 75. 72.8. 28.8. 陸. 144. 16.7. 30. 43.2. 17.1. 海. 81. 9.4. 100. 81.0. 32.1. 碎石碎砂類. 487. 56.5. 7.4. 36.0. 14.2. 其他骨材. 18. 2.1. 50. 9.0. 3.6. 合. 862. 100.0. 252.5. 100.0. 容. 計. 註：日本通商產業窯業建材課資料，細骨材比例=252.5/862=29.3％. 2.2 日本在建築方面人工輕質骨材混凝土之使用現況日本最早於 1964 開始產銷「人造輕質骨材」 (簡稱 ALA)並使用於土木與建築構造物上。圖 1-2.1 示 1970 年至 1991 年間之產量與銷售量變化趨勢(5)。其最大年生產量是在第一次石油危機 1973 年的 175 萬 m3。而過後又下降至 1976 年的 126 萬立方，而又上升至 1978 年第二次石油危機時的 156 萬 m3 ，曾因需求量減退而使年產量下降到約 60 萬 m3(1986)，1991 年的生產量已慢慢恢復到約 109 萬 m3。再從圖 1-2.2 的價格變遷曲線來看，經第一次及第二次石油危機，人造輕質骨材價格開始攀升，人造輕質骨材混凝土(簡稱 ALAC)的價格演變也和骨材價格一樣有相同的趨勢發展。以 1991 年的價格為例，普通混凝土為 11800 日圓/m3，單位比重 1.65 的 ALAC 是 18650 日圓/m3(差 6850 日圓/m3，增加 0.58 倍)，單位比重 1.85 的 ALAC 是 15950 日圓/m3(差. 4.

(5) 4150 日圓/m3，增加 0.35 倍)。. 圖 1 2 1 日本人造輕質骨材之產量與銷. 圖 1-2 2 人造輕質骨材與混凝土銷售價格之變遷(東. 2.3 美國在輕質骨材混凝土及未來混凝土工業之新展望早在 1917 年美國 Hayde 就以膨脹性頁岩、黏土及板岩等在旋窯中生產輕質粒料，因此觸動輕質骨材混凝土的科技發展迄今。從第一次世界大戰美國大量使用輕質粒料建造 100 艘混凝土貨船後，輕質骨材混凝土已在全世界一些海域鑽油平台、跨海大橋、浮橋、濱海橋樑、海下水管、儲油槽及高樓建築上使用。由於高性能輕質骨材混凝土具有質量輕、強度高、隔熱、隔音、防火、耐火、耐久、體積穩定、施工簡便、耐震及經濟等之諸多優點，因為它的比重為 1.0 至 1.6，而天然粒料約為. 5.

(6) 2.65，所以可簡省材料。而由於地震力與建物之總載重量成正比，因此若使用輕質骨材混凝土，則可減少耐震設計所需的鋼筋與混凝土之使用量。而且由於質輕與高強特性，故樓版與樑、柱斷面厚度均可變薄所需鋼筋使用量可相買地縮減，且可增加樑柱之間距、增加可使用之樓面空間，因此有使用於 71 層樓之美國芝加哥城的 Lake Point Tower 摩天大樓等許多建築個案，及許多站在美觀、耐久、經濟、安全與防滑等考量下所採用之長跨徑濱海橋樑之案例等之出現。而混凝土的組成材料之配比為了能符合使用者、設計者、施工者需求的混凝土過程，常有一些矛盾情結產生，譬如為了「強度」，可能設計者會要求降低水膠比(W/B)或水灰比(W/C)，提高水泥或膠結料的含量，如此會造成施工性不良的後遺症；但是施工者會想到混凝土容易施工，而擅自增加「拌和水量」，即間接提高「水膠比」來滿足所謂的易施工性，這種作法即刻會損及強度品質，更影響日後長期的耐久性和體積穩定性(乾燥收縮)的問題；因此品質管制者會考慮添加「摻料」來解決「需求水量較多」的工作性的問題外，又渴望「用水量較少以確保品質」的矛盾窘境，所以添加摻料(包括化學及礦物摻料)變成一種必要的手段。這種施工與理論矛盾情結的解決，也是 1990 年代後期混凝土材料科學研究探討的方向。而在同時為達到高強度，又有如蜂蜜般的流動性，滿足「均勻性」，而沒有泌水及析離的「高性能混凝土」。黃兆龍教授稱之為「優生混凝土」被推出後，摻料的應用「技藝」變成混凝土科技的重要課題，如圖 1-2.3 為混凝土技術之演進(6)。. 圖 1-2.3. 混凝土技術之演進(6). 6.

(7) 公元 1994 年，綜合混凝土百年科學研究的成就，配合科研技藝及自動化的時代需求，因應自然劣化及環境保護的使命，混凝土逐漸由瞭解「潛在病變」，分析病理基因，而進入優生研究之領域，混凝土不再是以「強度」及「耐久性」為主要訴求，而是以使用「壽命」、「年限」為主軸，目前之「優生混凝土」是同時考慮到「安全性、耐久性、工作性，經濟性及生態性」的五大準則的混凝土(6)。美國混凝土產官學界於公元 2001 年 3 月亦凝聚類似的共識，提出放眼美國 2030 年混凝土八大願景－混凝土工業的新展望參見表 1-2.3(6)。這些工作內涵執行策略與目標都是值得我們參考應用的，第一項中即推行生產輕質高強度混凝土產品，尤其其中第四項為持續使用再生材料例如水庫淤泥再生利用就是廢棄物之充分利用，而第五項技術轉移之目標為減至二年即可技術移轉，然而必須成立集體領導中心整合分享與傳承，使混凝土工業界減少紛爭，然而能共同合作為目標。表 1-2.3 工. 作. 放眼美國 2030 混凝土八大願景 ─混凝土工業的新展望 ( 6 ). 內. 涵執行策略目標 1.再生材料的應用。 2.人造材料及生化材料。一、製程改良： 3.模仿生物演變過程。混凝土生命週期 4.模仿大地變遷過程。混凝土成為中所有設計、生產 5.最佳化級配。最有效及成製造、運輸、施 6.低耗能水泥。本低廉的施工、維護和修復等 7.生產輕質高強度混凝土產品。工材料作業 8.進階系統模式預測性能。 9.混凝土輸送系統的強化。 10.自動化施工。二、產品性能： 1.提昇效率，使品質保證與品質管制一致性。持續改良混凝土 2.自密性(SCC)及自平性(SLC)混凝土成為常強度和性能，增加用普通混凝土。混凝土的需求與 3.全盤使用非破壞量測法，智慧型養護技術和品質。充分整合設掌控性質，確保耐久性。計方法，分享網路 4.強度增加 10 倍而減少體積量。符合生命週期資訊、電腦輔助施 5.包括顏色及紋理之多種材料選擇。成本和性能下工管理、分享生命 6.性能之紛爭減少而增加 4 倍產能需求。的主要施工材週期數據、標準化 7.工業界分享資訊（包括材料、結構、設計、料施工檢測技術性能資料），並且使用為電腦整合知識系 (SOP)、共同處理統給消費者。資源及技術，促使 8.鋼筋混凝土因使用進階纖維和複合材料，而破碎的營造工業強化生命週期之利益。重新整合. 7.

(8) 1.使用生物原料生產水泥。三、能源效率： 2.模仿生物材料製造混凝土。混凝土工業化、混 3.使用低耗能骨材。凝土產業持續設 4.進階技術改良製造混凝土之能源製程。減少 50% 之計增進混凝土 5.採用低耗能膠結粒。能源損耗生命週期下之能 6.採用再生材料。源效率 7.最佳化運輸方式，降低輸送混凝土運距。 8.短程輸送之混凝土使用更少的水。 1 掃除回收廢水的障礙。 2.水泥及混凝土生產減少微粒塵土及氣體排放。四、環境性能： 3.水泥產製中完全回收旋窯中之粉塵。達到「零」廢持續使用再生材料 4.密閉式之水泥及混凝土生產系統，近工程地棄物點，減少輸送距離。 5.水泥及混凝土生產不再產生廢棄物。 6.混凝土廢棄物充分被使用於新混凝土上。 1.性能規範為主流，推動改良技術和產品檢測技術，鼓勵新技術及產品 3 倍速進入市場。五、技術轉移： 2.增產工業範圍，集體研發實體和新技術標新技術需花費 15 準，促使技術移轉。減至 2 年即可年才能移轉至 3.設計－建造（DB）取代目前的設計─投標─ 技術移轉市場建造（DBB）標準。 4.共同處理資源，相互運用資料庫和知識系統，使技術移轉簡化。 1.工業界整合及策略聯盟。 2.產業界和政府機構間的密切合作。 3.更有效的標準發展，產生以材料科學為基準的標準，而更能預測性能。成立集體領 4.工業界之責任實體權充代言人。六、團隊改造： 5.每年至少 40 小時集合研討。導中心混凝土工業界減少 6.維護、修理和重建工作整合入設計－建造，整合分享與紛爭，而共同合作（DB）施工－投標和合約程序內。傳承 7. 所有混凝土產品可以設計出滿足品質和長壽命之規範。 8.混凝土工業界成為服務和產品品質的提供者。 1.混凝土工業界吸收最好的人才，而能有創意及新技術注入。 2.混凝土工業成為安全且高收入之行業。 3.科學家及工程師因發明創新而提高薪資。設使混凝土工計者及業界採用此種新創意而受惠。七、教育與就業： 4.網路教育等學習管道的建立。業成為高安透過教育，吸引優 5.混凝土工業界採用虛擬實境和其他環境教全、高薪資、秀人才投入具挑戰性之育方式。工作 6.親和性軟體的開發。 7.成熟的驗證計畫。 8.混凝土按裝者達到工業級標準。 9.混凝土業配備「數位技術」。 1.消費者要求任何材料之選擇權。八、工業的形象： 2.混凝土產品具有可信度。為親環透過製程和產 3.混凝土工業與消費者直接接觸，並教育如何成境、耐久及多品改良，使混凝正確採購優良產品。變化的材料土形象改善 4.消費者可以取得混凝土產品評鑑系統。 6.骨材廠成為鄰里之資產。. 8.

(9) 7.預拌廠和製品廠成為鄰里的資產。 8.混凝土工業自主管理及自我驗證體系建立。 9.對新混凝土技術業者及發展者提供借貸、獎勵和使用之信用貸款。. 2.4 歐洲在輕質骨材混凝土方面之應用性根據 FIP(國際結構混凝土發展組織)在 1977 年出版的一本輕質骨材混凝土(LWAC)手冊(7)指出，根據 Bendev 之研究(8)在橋梁之上部結構使用輕質骨材混凝土可節省 15%，而在某些基礎好的狀況下可超過 20%。其中預鑄混凝土節塊的數量為主因。由於相關的製作、吊裝及安裝設備的需要量可縮減，而後拉式預力亦可相當的減少，該研究報告指出， LWAC 可考慮在所有預鑄節塊式橋梁，由於其結構性能已知，且節省費用很明顯。然而在美國用量較多，而歐洲在當時只佔所有橋梁之 3%而已。而且是在法國、德國及荷蘭使用，然而最近挪威有很多長跨度之橋梁也使用部份的輕質骨材混凝土。而在建築方面，當呆重與全重比值上大的情況下最為經濟。而且當混凝土之強度可低至不會影響到其基本結構性質時亦然。使用 LWAC 可增加結構樓地板及柱子之跨度使得使用空間增大，而且模板與施工鷹架費用可降低；尤其吊裝費用更可節省，所以在樓地板特別好用，尤其地震力與高樓建築之呆重成正比，一旦使用 LWAC 則可減少地震力，而在地質不良及高樓建築可降低基礎費用，另外在大禮堂或地下停車場使用空間大，因此梁與樓地板特別建議使用。而在預鑄構件上使用 LWAC 之優點如可使用較少的吊裝設備或相同之吊車但可吊舉較大之構件，運輸費用低，及可節省吊裝時間，而且 LWAC 具有隔熱性及防火性也是減少災害和維修費而受愛用之主因，有關輕質骨材在橋梁及建築物上之應用及其經濟性分析，國內外文獻相當的多，或可參考文獻所列數篇文章說明(9-14)。在英國方面，根據英國地質測量單位之調查報告指出目前砂石之生產量不如預期，因此也儘力尋找替代砂石料，當然輕質骨材也是其中一大選項，但是正確之數量並未完全收集(15)。. 9.

(10) 第三節台灣地區砂石產銷分析根據經濟部礦務局 92 年 4 月所作之調查報告指出(16)，該調查是礦務局主辦，而各縣市政府及當地砂石公會協辦其中摘要概述如下： 3.1 調查之目的為切實掌握台灣地區砂(土)石供需情形，並確立完整且正確之砂(土)石統計資料。 3.2 調查對象包括台灣地區現有土石採取區及已申請展期之土石採取區暨現有碎解洗選場(包括領有及未領有工廠登記之碎解洗選場)，以縣市為調查區域，由各縣市政府將調查表分別寄送各業者請其填報，並分別由各縣市政府就轄區內現有之土石採取區及碎解洗選場調查表。為基準作進行調查，並請當地砂石公會配合辦理。 3.3 台灣地區各縣市土石採取區及碎解洗選場調查情形(詳如表 1-3.1) (一)台灣地區各縣市土石採取區 167 區，其中 1.河川土石採取區數共 198 區，海域 3 區。 2.陸上土石採取區數共 66 區。 (二)台灣地區各縣市碎解洗選場 462 場，其中 1.河川碎解洗選場數共 72 場。 2.陸上碎解洗選場共 390 場。 3.4 台灣地區 2002 年度各縣市砂石總生產量及銷售量情形 (一)年總生產量為 6,036 萬立方公尺(表 1-3.2)。平均月生產量為. 10.

(11) 503 萬立方公尺(表 1-3.1) (二)總年銷售量為 5,948 萬立方公尺(表 1-3.3)。平均月銷售量為 495 萬立方公尺(表 1-3.1)。 (三)台灣地區 2000 年度各縣市生產及銷售量(表 1-3.1)依序為： 1.平均月生產量及銷售在 50 萬 m3 以上之縣市有：屏東縣生產量為 748,084m3 ，佔 14.87% ，銷售量為 719,250m3，佔 14.51%。花蓮縣生產量為 580,093m3 ，佔 11.53% ，銷售量為 575,927m3，佔 11.62%。 2.平均月生產量約在 40 萬 m3 以上之縣市有：苗栗縣為 477,093m3，佔 9.49%，銷售量為 466,843m3 佔 9.42%。臺中縣市為 403,988m3，佔 8,03%，銷售量為 356,899m3 佔 7.20%。 3.平均月生產量約在 30 萬 m3 以上之縣市有：桃園縣為 354,333m3，佔 7.04%，銷售量為 361,833m3 佔 7.30%。臺南縣市為 332,943m3，佔 6.62%，銷售量為 328,275m3 佔 6.62%。南投縣為 312,167m3，佔 6.21%，銷售量為 299750m3 佔 5.38%。 4.平均月生產量在 20 萬 m3 以上之縣市有：臺東縣為 285.966m3，佔 5.69%，銷售量為 277,967m3 佔 5.61%。臺北縣為 274,499m3，佔 5.46%，銷售量為 276,167m3 佔 5.57%。 11.

(12) 雲林縣為 239,611m3，佔 4.76%，銷售量為 244,862m3 佔 4.94%。宜蘭縣為 227,478m3，佔 4.53%，銷售量為 227,478m3 佔 4.59%。高雄縣為 212,334m3，佔 4.22%，銷售量為 220,250m3 佔 4.44%。 5.平均月生產量在 10 萬 m3 以上之縣市有：嘉義縣市為 186,417m3，佔 3.71%，銷售量為 196,750m3 佔 3.97%。彰化縣為 174,576m3，佔 3.47%，銷售量為 179,992m3 佔 3.63%。新竹縣市為 100,367m3，佔 1.99%，銷售量為 103,783m3 佔 2.93%。 6.平均月生產量在 10 萬 m3 以下之縣市有臺北市為 52,150m3 ，佔 1.04%，銷售量為 52,150m3 佔 1.05%。澎湖縣為 33,509m3 ，佔 0.67%，銷售量為 34,092m3 佔 0.69%。金門縣為 17,462m3 ，佔 0.35%，銷售量為 17,462m3 佔 0.35%。連江縣為 13,191m3 ，佔 0.26%，銷售量為 13,191m3 佔 0.27%。基隆市為 3,400m3，佔 0.07%，銷售量為 3400m3 佔 0.07%。. 12.

(13) 表 1-3.1. 縣市別. 土石採取區. 碎解洗選. 調查數量. 塲數量. 平. 河. 陸. 小. 河. 陸. 小. 川. 上. 計. 川. 上. 計. 2002 年度台灣地區土石採取區碎解洗選場均. 月. 生. 砂. 碎石. 級配. 產. 卵石. 量. 調查情形暨生產量、銷售量統計表(16) 單位：立方公尺平. 均. 月. 銷. 其他. 合計. 砂. 碎石. 級配. 卵石. 售. 量. 其他. 合計. 91 年 12 月庫存量. 90 年 12 月庫存量. 已加工. 未加工. 已加工. 未加工. 台北縣. 0. 0. 0. 32. 0. 32. 90,083. 134,583. 33,250. 0. 16,583. 274,499. 91,750. 132,917. 34,917. 0. 16,583. 276,167. 80,000. 100,000. 70,000. 100,000. 桃園縣. 0. 2. 2. 5. 16. 21. 108,083. 184,167. 52,750. 9,333. 0. 354,333. 13,167. 185,417. 53,916. 9,333. 0. 361,833. 60,000. 500,000. 40,000. 65,000. 新竹縣市. 0. 6. 6. 0. 15. 15. 27,397. 38,364. 9,917. 0. 24,689. 100,367. 27,480. 39,614. 11,083. 0. 25,606. 103,783. 28,000. 185,000. 10,000. 32,000. 苗栗縣. 2. 8. 10. 7. 38. 45. 135,350. 233,993. 22,250. 6,750. 78,750. 477,093. 134,267. 218,160. 27,250. 6,750. 80,416. 466,843. 100,000. 2,500,000. 300,000. 2,700,000. 台中縣市. 0. 0. 0. 0. 44. 44. 140,552. 160,281. 43,333. 0. 59,822. 403,988. 139,468. 156,698. 42,583. 0. 18,150. 356,899. 780,060. 1,430,060. 250,000. 330,000. 南投縣. 0. 4. 4. 15. 32. 47. 97,917. 139,583. 60,000. 9,667. 5,000. 312,167. 100,417. 128,750. 55,250. 9,833. 5,500. 299,750. 400,000. 900,000. 150,000. 650,000. 彰化縣. 0. 1. 1. 7. 24. 31. 43,042. 83,417. 31,917. 0. 16,200. 174,576. 46,750. 83,417. 33,417. 0. 16,408. 179,992. 6,000. 20,000. 40,000. 80,000. 雲林縣. 0. 3. 3. 4. 37. 41. 44,083. 96,667. 63,750. 1,583. 33,528. 239,611. 48,917. 95,417. 63,750. 1,583. 35,195. 244,862. 40,000. 60,000. 80,000. 200,000. 嘉義縣市. 3. 1. 4. 0. 6. 6. 44,750. 40,667. 35,083. 0. 65,917. 186,417. 48,333. 46,833. 35,667. 0. 65,917. 196,750. 60,000. 150,000. 50,000. 80,000. 台南縣市. 0. 8. 8. 0. 5. 5. 69,250. 67,417. 60,833. 667. 134,775. 332,942. 65,083. 66,500. 59,167. 667. 136,858. 328,275. 20,000. 300,000. 80,000. 200,000. 高雄縣. 0. 13. 13. 0. 13. 13. 67,917. 85,500. 19,750. 0. 39,167. 212,334. 72,500. 88,417. 21,833. 0. 37,500. 220,250. 30,000. 1,069,000. 50,000. 200,000. 屏東縣. 11. 1. 12. 0. 63. 63. 210,833. 225,750. 295,667. 11,667. 4,167. 748,084. 202,083. 217,416. 283,917. 11,667. 4,167. 719,250. 350,000. 1,100,000. 100,000. 1,400,000. 宜蘭縣. 0. 0. 0. 0. 27. 27. 81,583. 111,317. 18,750. 2,975. 12,853. 227,478. 83,667. 109,650. 18,750. 2,975. 12,853. 227,895. 140,000. 400,000. 50,000. 380,000. 花蓮縣. 87. 14. 101. 2. 38. 40. 206,183. 277,889. 25,846. 22,917. 47,258. 580,093. 201,767. 277,723. 25,428. 22,917. 48,092. 575,927. 40,000. 150,000. 50,000. 200,000. 台東縣. 95. 2. 97. 0. 22. 22. 108,583. 131,333. 45,800. 250. 0. 285,966. 105,250. 126,750. 45,717. 250. 0. 277,967. 110,000. 250,000. 85,000. 450,000. 澎湖縣. 0. 2. 2. 0. 6. 6. 14,017. 18,971. 521. 0. 0. 33,509. 14,517. 18,971. 604. 0. 0. 34,092. 30,000. 15,000. 30,000. 50,000. 金門縣. 3. 1. 4. 0. 4. 4. 8,329. 3,458. 883. 1,188. 3,604. 17,462. 8,329. 3,458. 883. 1,188. 3,604. 17,462. 7,000. 2,000. 6,000. 80,000. 連江縣. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 8,775. 2,333. 0. 0. 2,083. 13,171. 8,775. 2,333. 0. 0. 2,083. 13,191. 0. 0. 0. 0. 基隆市. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 3,400. 3,400. 0. 0. 0. 0. 3,400. 3,400. 15,000. 10,000. 0. 0. 台北市. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 833. 0. 0. 51,317. 52,150. 0. 833. 0. 0. 51,317. 52,150. 20,000. 20,000. 0. 0. 201. 66. 267. 72. 390. 462. 1,506,727. 2,036,523. 820,300. 66,997. 599,113. 5,029,660. 1,512520. 1,999,274. 814,132. 67,163. 563,649. 4,956,738. 2,316,060. 9,161,060. 1,441,000. 7,197,000. 合. 計. 資料來源： 1.土石採取區、碎解洗選場調查數係各縣市政府造送調查表之數據。 2.平均生產量、銷售量係 1 月至 12 月份，每月由礦務局人員會同各縣市政府與各砂石公會調查全省各縣市生產量、銷售量之平均數據。 3.台灣地區各縣市砂石庫存量係 91 年 12 月份當月由礦務局人員會同各縣市政府與各砂石公會調查之數據。 13.

(14) 表 1-3.2. 2002 年度台灣地區砂石生產量(16) 單位 m3/年. 縣市別. 砂. 碎石. 級配. 卵石. 其他. 合計. 台北縣. 1,081,000. 1,615,000. 399,000. -. 199,000. 3,294,000. 桃園縣. 1,297,000. 2,210,000. 633,000. 112,000. -. 4,252,000. 新竹縣市. 328,760. 460,370. 119,000. -. 296,270. 1,204,400. 苗栗縣. 1,624,200. 2,807,920. 267,000. 81,000. 945,000. 5,725,120. 台中縣市. 1,686,620. 1,923,370. 520,000. -. 717,860. 4,847,850. 南投縣. 1,175,000. 1,675,000. 720,000. 116,000. 60,000. 3,746,000. 彰化縣. 516,500. 1,001,000. 383,000. -. 194,400. 2,094,900. 雲林縣. 529,000. 1,160,000. 765,000. 19,000. 402,340. 2,875,340. 嘉義縣市. 537,000. 488,000. 421,000. -. 791,000. 2,237,000. 台南縣市. 831,000. 809,000. 730,000. 8,000. 1,617,300. 3,995,300. 高雄縣. 815,000. 1,026,000. 237,000. -. 470,000. 2,548,000. 屏東縣. 2,530,000. 2,709,000. 50,000. 8,977,000. 宜蘭縣. 979,000. 1,335,800. 225,000. 35,700. 154,240. 2,729,740. 花蓮縣. 2,474,200. 3,334,670. 310,150. 275,000. 567,100. 6,961,120. 台東縣. 1,303,000. 1,576,000. 549,600. 3,000. -. 3,431,600. 澎湖縣. 168,200. 227,650,. 6,250. -. -. 402,100. 金門縣. 99,950. 41,500. 10,600. 14,250. 43,250. 209,550. 連江縣. 105,300. 28,000. -. -. 25,000. 158,300. 基隆市. -. -. -. -. 40,800. 40,800. 台北市. -. 10,000. -. -. 615,800. 625,800. 合. 計. 3,548,000 140,000. 18,080,730 24,438,280 9,843,600 803,950. 14. 7,189,360 60,355,920.

(15) 2002 年度台灣地區砂石銷售量(16). 表 1-3.3. 單位 m3/年縣市別. 砂. 碎石. 級配. 卵石. 其他. 合計. 台北縣. 1,101,000. 1,595,000. 419,000. -. 199,000. 3,314,000. 桃園縣. 1,358,000. 2,225,000. 647,000. 112,000. -. 4,342,000. 新竹縣市. 329,760. 475,370. 133,000. -. 307,270. 1,245,400. 苗栗縣. 1,611,200. 2,617,920. 327,000. 81,000. 965,000. 5,602,120. 台中縣市. 1,673,620. 1,880,370. 511,000. -. 217,800. 4,282,790. 南投縣. 1,205,000. 1,545,000. 663,000. 118,000. 66,000. 3,597,000. 彰化縣. 516,000. 1,001,000. 401,000. -. 196,900. 2,159,900. 雲林縣. 587,000. 1,145,000. 765,000. 19,000. 422,340. 2,938,340. 嘉義縣市. 580,000. 562,000. 428,000. -. 791,000. 2,361,000. 台南縣市. 781,000. 798,000. 710,000. 8,000. 1,642,300. 3,939,300. 高雄縣. 870,000. 1,061,000. 262,000. -. 450,000. 2,643,000. 屏東縣. 2,425,000. 2,609,000. 3,407,000. 140,000. 50,000. 8,631,000. 宜蘭縣. 1,004,000. 1,315,800. 225,000. 35,700. 154,240. 2,734,740. 花蓮縣. 2,421,200. 3,332,670. 305,150. 275,000. 577,100. 6,911,120. 台東縣. 1,263,000. 1,521,000. 548,600. 3,000. -. 3,335,600. 澎湖縣. 174,200. 227,650. 7,250. -. -. 409,100. 金門縣. 99,950. 41,500. 10,600. 14,250. 43,250. 209,550. 連江縣. 105,300. 28,000. -. -. 25,000. 158,300. 基隆市. -. -. -. -. 40,800. 40,800. 台北市. -. 10,000. -. -. 615,800. 625,800. 18,150,230. 23,991,280. 9,769,600. 805,950. 6,763,800. 59,480,860. 合. 計. 15.

(16) (四)2002 年度台灣地區各分區砂石月平均生產及銷售量分析 1.北區(基隆市、臺北縣市、桃園縣、新竹縣市、苗栗縣)合計平均月生產量約 129 萬 m3，佔 25.66%。而其合計平均月銷售量約 131 萬 m3 佔 26.34%。 2.中區(臺中縣市、南投縣、彰化縣、雲林縣)合計平均月生產量約 113 萬 m3，佔 22.78%。而其合計平均月銷售量約 105 萬 m3 佔 21.15%。 3.南區(嘉義縣市、臺南縣市、高雄縣、屏東縣、澎湖縣)合計平均月生產量約 151 萬 m3，佔 30.45%。而其平均合計月銷售量約 150 萬 m3 佔 30.23%。 4.東區(宜蘭縣、花蓮縣、臺東縣)合計平均月生產量約 109 萬 m3，佔 21.98%。而其平均合計月銷售量約 108 萬 m3 佔 21.82%。 5.福建省地區(金門縣、連江縣)合計平均月生產量約 3 萬 m3，佔 0.6%。而其平均合計月銷售量約 3 萬 m3 佔 0.62%。因此可畫出各地區之砂石之月平均生產及銷售量比較圖如圖 1-3.1 所示，由圖中可發現以南區之產銷量為最高，而北區次之，其次是中區與東區相當接近，而各地之產銷大致上都能平衡數據。. 16.

(17) 月平均生產及銷售量（萬m 3 ）. 月平均生產量. 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. 月平均銷售量. 北區. 圖 1-3.1. 中區. 南區. 東區. 福建省區. 台灣及福建省各地區之月平均生產與銷售量比較圖(16). 3.5 台灣地區歷年砂石產銷調查生產量統計如表 1-3.4 所示並此可畫製台灣各地區歷年砂石的總生產量比較圖如圖 1-3.2 所示。由此圖可發現各地區歷年總生產量之變化趨勢，而由表 1-3.4 可發現九十一年度年總生產量為 6,036 萬立方公尺較九十年度年總生產量為 5,211 萬立方公尺，增加約 15,82%。而九十一年度年總銷售量為 5,948 萬 m3(表 1-3.3)較九十年度年總銷售量為 5,348 萬立方公尺(表 1-3.5)，增加約 11.22%。可以發現砂石生產及銷售都有回升之趨勢。 3.6 台灣地區歷年產銷調查及河川砂石與陸上砂石料源生產比較如表 1-3.6 所示，並畫製如圖 1-3.3。由此圖可發現在 81 年度河川砂石生產量為 106.7 百萬 m3，而陸上砂石僅 6.9 百萬 m3，然而到 91 年度則河川砂石生產量僅約 37.6 百萬 m3，而陸上砂石則升到 22.7 百萬 m3 即 81 年河川砂石佔 93.9%，而. 17.

(18) 陸上砂石佔 6.1%，而 91 年則河川砂石佔 62%，而陸上砂石佔 38%，由這些數據可在發現在生產量上比較，陸上砂石已. 年總生產量(百萬m3). 逐取代河川砂石。. 50. 北區合計. 45. 中區合計. 40. 南區合計. 35. 東區合計. 30. 福建省合計. 25 20 15 10 5 0 81. 82. 圖 1-3.2. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 台灣各地區歷年砂石總生產量變化圖(16). 18. 90. 91. 年度.

(19) 表 1-3.4. 台灣地區歷年砂石總生產量(16) 單位：立方公尺. 81 年度. 82 年度. 83 年度. 84 年度. 85 年度. 86 年度. 87 年度. 88 年度. 89 年度. 90 年度. 91 年度. 90-91 年度比較(%). 基. 隆. 市. 40,800. -. 台. 北. 市. 625,800. -. 臺. 北. 縣. 6,000,000. 2,400,000. 1,320,000. 2,564,400. 1,868,904. 1,937,904. 3,163,140. 4,498,700. 3,347,904. 2,779,008. 3,294,000. 18.53. 桃. 園. 縣. 3,720,000. 4,200,000. 1,348,800. 2,428,800. 1,982,592. 1,619,400. 1,841,500. 2,905,000. 3,209,004. 3,403,488. 4,252,000. 24.93. 新. 竹. 縣. 5,820,000. 5,880,000. 2,844,000. 2,445,600. 1,480,200. 1,183,608. 637,920. 771,000. 744,912. 499,908. 1,204,400. 140.92. 苗. 栗. 縣. 6,982,200. 6,204,000. 9,180,000. 8,088,000. 7,041,792. 7,508,640. 7,448,400. 5,423,000. 4,849,992. 3,780,000. 5,725,120. 51.46. 北區合計. 22,522,200. 18,684,000. 14,692,800. 15,526,800. 12,373,488. 12,249,552. 13,090,960. 13,597,700. 12,151,812. 10,462,404. 15,142,211. 44.73. 臺. 中. 縣. 15,900,000. 16,200,000. 15,384,000. 12,012,000. 9,477,396. 6,721,104. 9,343,000. 8,555,000. 7,619,988. 5,120,004. 4,847,850. -5.32. 南. 投. 縣. 5,400,000. 3,234,000. 1,980,000. 2,851,200. 2,519,220. 2,119,404. 3,129,000. 2,870,000. 3,672,996. 1,920,996. 3,746,000. 95. 彰. 化. 縣. 6,120,000. 10,440,000. 8,712,000. 11,244,000. 7,531,008. 5,651,004. 8,671,200. 6,813,100. 5,745,000. 4,088,988. 2,094,900. -48.77. 雲. 林. 縣. 13,440,000. 14,400,000. 14,400,000. 12,398,400. 9,677,196. 11,336,796. 8,500,500. 12,205,400. 5,943,396. 5,100,000. 2,875,340. -43.62. 中區合計. 40,860,000. 44,274,000. 40,476,000. 38,505,600. 29,204,820. 25,828,308. 29,643,700. 30,443,500. 22,981,380. 15,229,988. 13,564,090. -10.94. 嘉. 義. 縣. 5,100,000. 1,344,000. 660,000. 784,800. 781,788. 1,455,504. 1,214,200. 775,000. 612,600. 1,797,996. 2,237,000. 24.42. 臺. 南. 縣. 322,200. 483,600. 672,000. 748,800. 813,408. 1,151,604. 2,040,000. 4,124,000. 1,931,256. 4,797,936. 3,995,300. -16.73. 高. 雄. 縣. 21,600,000. 22,800,000. 8,760,000. 8,697,600. 6,163,980. 5,614,992. 7,065,000. 3,685,000. 3,399,000. 2,138,196. 2,548,000. 19.17. 屏. 東. 縣. 10,800,000. 12,000,000. 7,080,000. 9,148,800. 7,984,392. 5,082,996. 5,811,500. 4,940,000. 6,324,996. 3,985,992. 8,977,000. 125.21. 澎. 湖. 縣. 556,800. 660,000. 348,000. 268,464. 231,600. 237,516. 326,400. 404,100. 494,004. 464,904. 402,100. -13.51. 南區合計. 38,379,000. 37,287,600. 17,520,000. 19,648,464. 15,975,168. 13,542,612. 16,457,100. 13,928,100. 12,761,856. 13,185,024. 18,159,400. 37.72. 宜. 蘭. 縣. 6,240,000. 6,720,000. 5,460,000. 5,784,000. 4,300,812. 3,778,992. 2,780,500. 3,655,000. 3,509,988. 2,417,004. 2,729,740. 12.94. 花. 蓮. 縣. 4,200,000. 3,960,000. 4,288,800. 4,303,200. 4,442,856. 5,047,200. 5,594,200. 6,618,000. 7,121,004. 6,356,016. 6,961,120. 9.52. 臺. 東. 縣. 1,440,000. 2,935,248. 2,427,600. 3,259,200. 2,691,792. 2,692,596. 2,878,240. 2,647,800. 2,466,504. 3,234,000. 3,431,600. 6.11. 11,880,000. 13,615,248. 12,176,400. 13,346,400. 11,435,460. 11,518,788. 11,252,940. 12,920,800. 13,097,496. 12,007,020. 13,122,460. 9.29. 東區合計金. 門. 縣. 136,514. 209,550. 53.5. 連. 江. 縣. 90,000. 158,300. 75.89. 福建省合計. 226,514. 367,850. 62.4. 52,110,950. 60,335,920. 15.82. 總. 計. 113,641,200. 113,860,848. 84,865,200. 87,027,264. 68,988,936. 63,139,260. 70,444,700. 19. 70,890,100. 63,099,552.

(20) 表 1-3.5. 2001 年台灣地區砂石總銷售量(17) 單位 m3/月. 縣市別. 砂. 碎石. 級配. 其他. 合計. 台北縣. 73,333. 119,083. 35,833. 0. 224,499. 桃園縣. 84,583. 149,208. 49,833. 0. 292,124. 新竹縣. 15,546. 16,946. 4,750. 4,417. 42,492. 苗栗縣. 80,833. 153,333. 25,417. 45,417. 306,667. 臺中縣. 182,500. 201,250. 26,667. 16,250. 435,000. 南投縣. 47,333. 75,250. 28,667. 8,833. 164,250. 彰化縣. 115,833. 142,250. 60,667. 22,000. 370,750. 雲林縣. 184,583. 141,667. 89,583. 9,167. 460,000. 嘉義縣. 50,417. 61,667. 37,083. 250. 150,250. 臺南縣. 44,000. 58,750. 55,417. 239,784. 399,618. 高雄縣. 52,083. 68,333. 49,850. 7,917. 162,350. 屏東縣. 127,250. 129,833. 50,000. 9,667. 350,083. 澎湖縣. 16,571. 18,504. 3,667. 0. 40,409. 宜蘭縣. 87,667. 99,500. 12,250. 2,000. 199,750. 花蓮縣. 201,740. 231,012. 22,700. 68,375. 536,335. 臺東縣. 113,667. 121,250. 31,000. 3,583. 291,583. 金門縣. 7,750. 1,167. 1,708. 750. 10,875. 連江縣. 0. 0. 0. 0. 0. 1,485,689. 1,799,003. 585,100. 438,410. 4,457,035. 合. 計. 說明：表列為平均每月之銷售量年總銷售量為 4,457,035×12＝53,484,420m3. 20.

(21) 台灣地區歷年專案調查砂石來源(河川、陸上)生產比例表(16) 單位：百萬立方公尺年度. 河川砂石生產量. 陸上砂石生產量. 81. 106.71(91.7％). 6.93(6.1％). 82. 104.42(91.7％). 9.45(8.3％). 83. 81.73(96.3％). 3.14(3.7％). 84. 82.68(95％). 4.35(5％). 85. 65.78(95.4％). 3.20(4.6％). 86. 53.04(84％). 10.10(16％). 87. 60.04(85.2％). 10.40(14.8％). 88. 54.02(76.2％). 16.87(23.8％). 89. 47.66(75.5％). 15.44(24.5％). 90. 39.22(75.3％). 12.89(24.7％). 91. 37.58(62％). 22.78(38％). 砂石生產量（百萬m3）. 表 1-3.6. 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. 河川砂石陸上砂石. 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 年度. 圖 1-3.3. 台灣地區歷年河川與陸上砂石料生產量變化. 21.

(22) 3.7 台灣地區砂石產銷調查檢討事項 (一)砂土石產銷情形台灣地區最近五年(87~91)年平均生產量約 6,328 萬立方公尺 91 年砂石供應量約 6635 萬立方公尺，其中砂石生產量 6036 萬立方公尺，佔 91%；砂石進口量為 599 萬立方公尺，佔 9%。另依河砂、陸砂分，其中河砂生產量 3440 萬立方公尺佔 57%，陸砂(含營建剩餘土石方砂石回收)2596 萬立方公尺佔 34%，進口佔 9%。 (二)台灣地區目前砂石平均價格情形(每立方公尺) 1.北部地區(含台北、桃園、新竹)砂約 465 元、石約 350 元。 2.中部地區(含苗栗、台中、南投、彰化、雲林)砂約 340 元、石約 285 元。 3.南部地區(含台南、高雄、屏東)砂約 415 元、石約 385 元。 (三)砂土石料源開發供應情形： 1.河川砂石中央管河川疏浚聯管採石計畫(砂石採取整體管理改善計畫)至八十九年十二月底相繼到期，迄今尚未繼續後續疏浚採石計畫，以致依賴河川砂石料源之碎解洗選場大部份均以庫存料加工，沿岸除少部分碎解場由濁水溪上游(南投縣境內)之疏浚工程取得料源得以加工生產及一部分以營建剩餘土石方進行加工生產外，大部分碎解洗選場，均因無料源相繼停工。而經濟部水利署研擬之「高屏溪水系旗工溪、荖濃溪」、「高屏溪水系荖濃溪東河十二至高美大橋段、荖濃溪高美大橋至里港大橋段、隘寮溪鹽埔段」、「濁水溪上游」、「曾文溪」及「花蓮溪」等五件河川疏濬計畫，如未能儘速實施及陸上砂石開發未能及時供應下，日後砂石供需將產生失衡現象。. 22.

(23) 2.陸上砂石截至 91 年底台灣地區核准陸上土石採取區區數計六十六區，陸砂(含營建剩餘土石方砂石回收)生產量 2596 萬立方公尺(其中含取締砂石盜採 477 件約 688 萬立方公尺)。 3.海域砂石目前台灣地區已核准海域砂石採取區計有金門地區三區年計畫生產量為 70 萬立方公尺。 4.東砂西運台灣地區經濟建設急速發展，加上六年國家建設推展後，各項重大公共建設工程需求砂石骨材原料驟增，造成北部地區(基隆、台北、新竹、桃園等縣市)砂石供需失衡， 91 年產量僅約 942 萬立方公尺(1413 萬公噸)，而需求量約 2154 萬立方公尺(3231 萬公噸)。不足部分均仰賴中部地區砂石生產縣市供應，91 年供應量約 423 萬立方公尺(635 萬公噸)，惟仍不敷需求，尚需仰賴東砂北運及進口砂石調節市場供需平衡。為兼顧北部及東部地區砂石均衡及平仰砂石價格，並解決東部河川淤積問題，東砂北運成為北部地區砂石料源供應之一環。 (四)推動砂石料源開發所遭遇之困難 1.砂石料源開發短期內仍需河川砂石供應為主 2.地方政府配合意願低 3.民眾及環保團體抗爭 4.用地取得困難 5.法令規定太嚴 6.陸上砂石資源開發尚缺經濟效益砂石採取係易受民眾嫌惡之行業，因此相關法令多採從嚴規. 23.

(24) 範，而未能針對其量大、價廉，難以取代之特性加以考量，導致合法申請門檻過高，反易形成盜、濫採情形，目前相關法令較嚴部分包括：(1)都市計畫法(2)區域計畫法(3)農地法規(4)環境影響評估法(5)水利法規(6)離島地區工程建設. 24.

(25) 第四節公共工程使用輕質骨材混凝土數量之研擬基於上述對國外砂石及輕質骨材使用情形以及對國內砂石產銷的分析報告可以發現台灣西部地區河川砂石可採量已日漸減少，未來砂石資源勢必導往陸上坡地、平地及海域砂石開採，及營建工程剩餘土石方資源與廢棄建材之回收等砂石替代物利用，積極推動多元化砂石資源開發供應國內需求。目前河川砂石開採成本與其他陸上砂石相較之下，仍較便宜，且陸上砂石資源開發涉及土地取得、地上物補償、水土保持及環境保護等費用投資金額龐大，其開採經濟效益低、無競爭力，業者投資意願不高。而台灣地區的蓄水庫超過七十座，依資料顯示，目前幾個主要的水庫中，如阿公店水庫、烏山頭水庫、白河水庫、西勢水庫等，淤積量高達百分之二十以上；而石門水庫及曾文水庫亦有將近二成的淤積量。淤積降低了水庫蓄水能力，促使近年來，臺灣地區春夏之際旱象日益顯現，並持續擴大。為因應此一問題，北部地區曾採全面實施限水措施，除民生受影響外，農業與工業首當其衝，生產量被迫減少。加強水庫清淤為政府既定計畫，但所清出的淤泥之棄置處理卻遭遇相當困難，慶幸的是水庫淤泥富含黏土、頁岩、板岩成分，正為輕質骨材之最佳原料，而且國內對於輕質骨材之基礎研究紮實，至少超過三十年之研究經驗，再加上淤泥固化燒結技術已臻成熟，如能輔以水庫淤泥輕質骨材的應用推廣，為淤泥的出路開闢新願景，相信不但能延長水庫的使用年限，亦能兼顧廢棄資源再利用之環境保護，同時減緩國內盜採砂石充作營建材料、破壞國土之情況。台灣地狹人稠，天然資源缺乏，多年來在土木建築工程不斷的普遍應用混凝土構造的情況下，砂石幾已耗費殆盡，也屢次造成橋樑、堤防損害而導致人命財產損失。為了維護水土資源及生態環境，營建工業材料朝向「再生化」及「節能化」的方向推進乃為必然趨勢。. 25.

(26) 輕質骨材混凝土具有隔音、隔熱、耐火性強之多重優點，又因其質量輕，對耐震設計上有相當的助益。歐美國家於二十世紀初即開始生產輕質骨材，並將其使用於結構工程與非結構構材上，已是成熟的工法技術，且有不錯之評價。目前國內已有自主生產品質優良的輕質骨材能力，特別是利用水庫淤泥鍛燒產製而成的骨材，更具有資源再生利用的效益，不但可解決水庫淤泥無處棄置的棘手問題，亦可充實建材料源，達到資源永續利用的目標；這也是國內政府單位相當積極推廣輕質骨材的目的。輕質骨材的運用在內政部頒行結構混凝土設計、施工規範中已有相當的規定，但因國內工程界慣用了常重混凝土，而對之抱有存疑，遲遲未能放心採用。對此，92 年四月份之研討會曾集結國內研究輕質骨材的成果，針對輕質骨材混凝土的隔熱節能效益、經濟效益、產製過程作一完整詳盡的報告。而 92 年七月份之研討會曾就推動水庫淤泥輕質骨材之研發所進行的成分分析、產製、試驗方法、品質驗證、性質之研究所具有的本土化具體成果。針對輕質骨材相關技術規範做一完整擬訂，期使工程界瞭解其特性採用時有依循，冀望經由研究成果的介紹分享，能在天然骨材極度缺乏之際，開發新的建材資源，創造營建產業的新景象，減低對此新材料之疑慮。為營建工程尋得優質建材，並為環保盡一分心力。基於新技術轉移，以性能規範為主流，推動改良技術和產品之檢測技術及品質保證，才能進入市場而且製造輕質骨材廠商有市場需求有利潤可獲得才有意願投資，因此預定之進度為：第一年度生產量 20 萬 m3;第二年度生產量 40 萬 m3;第三年度生產量 80 萬 m3;第四年度生產量 160 萬 m3;第五年度生產量 320 萬 m3;第六年以後生產量維持在 350 萬 m3。本案希望政府能參照行政院公共工程委員會所頒佈之「各機關辦理瀝青混凝土再生利用作業要點之方式(附件一)(18)，以及參照由行政院公共工程委員會所頒佈之公共工程使用飛灰混凝土作業要點(19)，由行政院公共工程委員會研擬「公共工程使用水庫淤泥輕質骨材混凝土 26.

(27) 作業要點」（附件二）以利各機關在進行公共工程規劃設計時採用，同時政府亦應頒定投資獎勵辦法以利生產廠商建廠及銷售之合法程序，消除廠商在投入生產前之疑慮。. 致. 謝. 本報告之完成承蒙葉春爐博士提供許多寶貴資料，而黃兆龍教授之費心指導，台科大羅凱齡、湯采潔及張純甄小姐之協助整理，特此致謝。. 參考文獻 1.內政部內政部建築研究所、中華民國節能輕質骨材混凝土推廣協會、中興大學及台灣科技大學，輕質骨材及輕質骨材混凝土應用研討會論文集，中華民國九十二年四月。 2.內政部內政部建築研究所、中華民國節能輕質骨材混凝土推廣協會、中興大學及台灣科技大學，水庫淤泥輕質骨材混凝土產製及規範研討會論文集，中華民國九十二年七~八月。 3.中華民國節能輕質骨材混凝土推廣協會，水庫淤泥輕質骨材產製及輕質骨材混凝土產業化應用與推廣，研究期中報告，內政部建築研究所委託，中華民國九十二年七月。 4.經濟部礦務局，砂石取代物利用研究報告，中華民國八十八年， pp.6~12。 5.中華民國節能輕質骨材混凝土推廣協會，專題報導－日本在建築方面人工輕質骨材混凝土之使用現況，會刊第二期，中華民國九十二年六月。 6.黃兆龍「豪華第三版混凝土性質與行為」，詹氏書局，中華民國九十二年，pp.5~6。 27.

(28) 7.FIP (International organization for the development of structural concrete), 1983 “FIP Manual of Lightweight Aggregate Concrete” Surrey University Press and John Wiley and Sons, 2nded. pp.244~245. 8.Bendev B., 1978, “An Economic Comparison of Segmental Precast Concrete Box Girder Bridge Designed in Lightweight and also Dense Concrete” FIP 8th Congress, London. 9.林維明，「結構用輕質粒料之經濟性評估」，台灣公路工程 26 卷 3 期，中華民國八十八年九月。 10.林維明，「由九二一集集大地震的橋梁災情談輕質骨材混凝土在橋梁工程上應用之可行性」，台灣公路工程 26 卷 12 期，中華民國八十九年六月。 11.林維明，「應用輕質粒料混凝土之重要性」，台灣公路工程 26 卷 5 期，中華民國八十八年十一月。 12.林維明，「挪威輕質骨材混凝土橋梁經驗談」，木土技術 29 期，中華民國八十九年七月。 13.林維明，「新進混凝土技術之發展」，台灣公路工程 26 卷 9/10 期，中華民國八十九年三月四日。 14.黃兆龍、洪盟峰、潘誠平、陳宗鵠、黃博全，「淤泥輕質骨材鋼筋混凝土之經濟效益分析」，輕質骨材及輕質骨材混凝土應用研討會論文集，中華民國九十二年三至四日，pp.27~39。 15.British Geologial Survey, 2001, “Minerals Planning Guidance Note 6 (MPG6): Guidelines for Aggregate Provision in England,” Analysis of Data for 1996~1997, Report. 16.經濟部礦務局，台灣地區九十一年度砂土石產銷調查報告，中華民國九十二年四月。 17.經濟部礦務局，台灣地區九十年度砂土石產銷調查報告，中華民國九十一年四月。. 28.

(29) 18.行政院公共工程委員會，各機關辦理瀝青混凝土再生利用作業要點(中華民國九十一年六月十日院授土技字第 9102398 號) 。 19.行政院公共工程委員會，公共工程飛灰混凝土使用手冊，技術叢書 016，中華民國八十八年八月初版。. 29.

(30) 附件一各機關辦理瀝青混凝土再生利用作業要點（中華民國九十一年六月十日院授工技字第九一○二三九六八號）. 一、為落實綠營建工程永續發展之目標，促進有限砂石資源再生利用，公共工程主辦機關（以下簡稱各機關）辦理瀝青混凝土再生利用，除法令另有規定外，依本要點之規定。二、本要點所稱瀝青混凝土再生利用，係指各機關辦理瀝青混凝土路面工程產生或使用之瀝青混凝土挖（刨）除料，經審查認可之熱拌再生瀝青混凝土廠處理後，鋪築於道路之鋪面。三、各機關主辦之工程項目中有瀝青混凝土挖（刨）除料產生者，應於工程招標文件中註明瀝青混凝土挖（刨）除料之處理方式及賸餘價值。四、瀝青混凝土挖（刨）除料之處理方式如下：運至經審查認可之熱拌再生瀝青混凝土廠處理後，再生利用為瀝青混凝土混合料。經設計處理作為鋪面材料。其他經各機關認可之利用方式。五、各機關應於招標文件中，明定承包商應於施工前，提報瀝青混凝土挖（刨）除料實施計畫書，並經機關審核後，始得施工；並規定承包商於辦理工程款計價時，應檢附瀝青混凝土挖（刨）除料流向證明文件，其瀝青混凝土挖（刨）除料為經再生利用者，應經審查認可之熱拌再生瀝青混凝土廠處理後，始能再生利用。六、前點審查認可之熱拌再生瀝青混凝土廠，應具再生瀝青混凝土之配合設計、製程管制及品質管制能力；其審查，應經各機關依行政院公共工程委員會（以下簡稱工程會）訂定之「熱拌再生瀝青混凝土廠檢查基準表」或各機關依工程特性訂定之檢查表為之。前項熱拌再生瀝青混凝土廠之審查認可，必要時工程會得自. 30.

(31) 行為之，並得委託相關機關或機構辦理。七、熱拌再生瀝青混凝土之施工及品質管制方法，除應依一般瀝青混凝土之規定辦理外，並應增加再生瀝青混凝土瀝青黏度試驗及挖（刨）除料之針入度試驗及瀝青含量試驗；其試驗方法，依工程會訂定之瀝青混合料之瀝青回收及黏度試驗方法或各機關依其需求另訂之標準辦理。八、瀝青混凝土挖（刨）除料作為熱拌再生瀝青混凝土之部分材料，其配合設計拌合比例，不得超過百分之四十。熱拌再生瀝青混凝土應用於公共工程，應依工程會函頒之「公共工程施工綱要規範」第 02966 章「再生瀝青混凝土」施工規範或各機關依工程特性訂定之施工規範辦理。九、各機關辦理道路工程，應逐年增加採用一定比例以上之熱拌再生瀝青混凝土，部分之標案於設計規劃階段，即應明確採用熱拌再生瀝青混凝土；另招標說明文件中除得註明將派員駐廠外，必要時依政府採購法之規定採選擇性或限制性招標。其屬零星或小型路面工程，亦得採年度集中採購分次使用之方式（即開口合約方式），統籌採用熱拌再生瀝青混凝土。前項使用熱拌再生瀝青混凝土（高速公路除外）占一定比例之年度工程總量如下；並應於民國九十四年以後，視實施成果檢討後調整之：養護路面工程部分民國九十一年需達 20％以上；民國九十二年需達 30％以上；民國九十三年需達 40％以上。新闢路段路面工程部分民國九十一年需達 10％以上；民國九十二年需達 20％以上；民國九十三年需達 30％以上。十、前點採用熱拌再生瀝青混凝土設計發包者，同案不應適用新生料 31.

(32) 瀝青混凝土之規範；採用新生料瀝青混凝土設計發包者，同案不應適用熱拌再生瀝青混凝土之規範。十一、各機關採用熱拌再生瀝青混凝土時，應加強配合（比）設計審核、取樣校核及品質驗收管制，以確保再生瀝青混凝土之品質。十二、各機關於辦理瀝青混凝土路面養護或新闢工程之預算編列時，瀝青混凝土挖（刨）除料賸餘價值，應依下列方式辦理：將瀝青混凝土挖（刨）除料賸餘價值，以折價項目編列，且不得因決標價所作之比例調整而變動。熱拌再生瀝青混凝土價格單價分析，應包含各機關工程招標文件中註明之瀝青混凝土挖（刨）除料賸餘價值、挖（刨）除料再生處理費、瀝青混凝土新料價值及添加經再生處理挖（刨）除料百分比等項目（附件一）十三、中央各機關及直轄市、縣（市）政府應依下列期限，將瀝青混凝土再生利用辦理成果表，以網路傳輸方式送工程會或其指定單位備查（成果表格式詳附表一及二）：每單月十日前，前二個月之成果表。每年一月底前，上一年度之成果表。十四、工程會得邀請相關學者、專家及機關代表組成專案評鑑小組，就各機關熱拌再生瀝青混凝土再利用實施成效進行評鑑，以作為獎勵及改進相關技術規範之依據。各機關經評鑑年度實施成效良好者，由工程會報行政院頒發獎狀及其他獎助。十五、熱拌再生瀝青混凝土再利用、研究、教育之推廣機關、團體、廠商或人員，對熱拌瀝青混凝土刨（刨）除料資源回收再利用之發展有貢獻者，由工程會報行政院予以獎勵或表揚。. 32.

(33) 附件二公共工程使用水庫淤泥輕質骨材混凝土作業要點草案一、為合理規範公共工程使用水庫淤泥輕質骨材資源，確保公共工程之品質，特訂定本要點。機關辦理各項公共工程，使用水庫淤泥輕質骨材混凝土時，除法令另有規定外，依本要點之規定辦理。二、本要點所稱水庫淤泥輕質骨材，指水庫淤泥經膨脹、煅燒或燒結所之粗骨材，並符合國家標準 CNS3691 之規定者。本要點所稱水庫淤泥輕質骨材混凝土，指攙合水庫淤泥輕質骨材之卜特蘭水泥輕質骨材混凝土。三、各機關使用水庫淤泥輕質骨材混凝土，應於招標文件及合約書中載明使用水庫淤泥輕質骨材混凝土之工程項目及使用數量，並應於合約書內規範得標廠商限期提送符合國家標準規定之水庫淤泥輕質骨材出廠證明書、水庫淤泥輕質骨材混凝土配比設計報告書及其相關材料檢（試）驗報告書，送機關審核。四、前點配比設計報告書內容應敘述攙合水庫淤泥輕質骨材之方式、水庫淤泥輕質骨材混凝土相關材料料源、配比設計及試拌結果。五、各機關辦理工程使用水庫淤泥輕質骨材混凝土者，其產製、施工及品質管制方式，應依照行政院公程委員會訂定之「公共工程水庫淤泥輕質骨材混凝土使用手冊」，或各機關得依工程需要訂定之特別需求規定辦理。六、各機關應於合約書內規範得標廠商應使用合法拌合廠生產之水庫淤泥輕質骨材混凝土；並要求其提出上述拌合廠之工廠登記證明或相關文件、施工期間拌合廠使用之水泥、卜作嵐材料及輕質骨材等進、出廠日報表，供機關稽核。七、水庫淤泥輕質骨材混凝土澆注後應加強養護，需淮照 CNS3691 結構混凝土用之輕質粒料規範中之養護試驗方法規定，以決定相關事宜，確保工程之安全。八、各機關應不定期抽驗混凝土使用水庫淤泥輕質骨材之情形，以維工程品質及安全。. 33.

(34) 34.

(35) 第二章「建築技術規則」納入輕質骨材混凝土隔熱標準之草案研擬第一節緒論 1.1 研究緣起 1970 年代的兩次能源危機，使得世界各先進國家深刻體認到地球之能源是有限的，也因而積極推動其節約能源措施及建立管理機制，俾能助益於地球環境能源與資源之永續發展。現今，建築耗用能源已成為一個國家總耗能的重要因素，以先進國家而言，建築耗能約佔其總耗能的 30%~50%，故建築節約能源已受到各國的普遍重視。對於總體能源之 97%需依賴進口的我國而言，節能政策更是國家經濟發展與生存競爭的命脈。目前國內住商部分之耗能量約佔台灣地區總耗能量的 17%，尤其甚者，建築空調尖峰耗電量更達全國夏季尖峰總用電量的三分之一。由此觀之，在我國節能政策上，建築節能管理法規的重要性實不言可喻；特別是建築物能源管理技術為建築耗能末端最直接的管制，最易獲致立竿見影的節能效益。事實上，建築節約能源管理是一項綜合性的任務，其範圍包括所有建築物為提供生活、生產與工作的環境所消耗能源之管理(參考文獻中文部分[1])。準此，吾人探討建築節約能源議題時，須考慮自然環境、建築外殼、室內環境三個層面(如圖 2-1.1 所示)，方能綜觀其全貌，以收事半功倍之效。目前已將近 60 個國家和地區頒布其建築節能法規和標準，雖然各國的建築節能管理政策因地理環境與文化背景之不同有著相當的差異，但其目標卻是一致的，也就是透過有效利用建築能源，以減少人類活動對天然資源之消耗並降低對地球環境的衝擊，進而維護自然生態環境，冀望留下豐富的地球資源供後世子孫永續利用。建築外殼係指外牆、門窗、屋頂、遮陽等部件，其所使用建材的隔熱性(泛指阻隔熱量流傳的能力)對能源節約實有重大的影響。綜觀世界. 35.

(36) 各國的建築節能管理法規與標準，不難發現有些即採用設定建築物外殼的總熱傳送值—U(Overall Heat Transfer Value，簡稱 OTTV)或熱阻抗值—R(Thermal Resistance)，也就是規定建築物的 U 值須控制在某基準值之下或 R 值須達到某基準值之上。基本上，建築外殼材料之 U 值愈小或 R 值愈大時，則熱量愈不容易傳透壁體。而土木營建材料中，輕質粒料(Lightweight Aggregate)大都呈現多孔性、高吸水率以及低比重，也因其具有質輕、不燃、多孔的特性而得以展現出良好的隔熱性。最常見的天然輕質粒料為浮石、火山渣與蛭石；而最常見的人造輕質粒料為膨脹頁岩、膨脹板岩、膨脹粘土、膨脹珍珠岩和膨脹火山渣。許多文獻資料業已證實，輕質粒料可應用於輕質混凝土 (Lightweight Aggregate Concrete，簡稱 LWAC)，以製作輕質圬工磚、輕質樓版或屋頂，用來改善建物的隔熱性(參考文獻中文部分[2-4]、外文部分[1-2])。過去數十年來，隨著經濟發展及生活水準的提高，國內積極推動各項民生工程，使得混凝土材料之需求量與日俱增，惟基於河川保育及水土保持的考量，天然粒料的開採已受限制，以致砂石來源日益減少。另一方面，提供民生用水、發電、灌溉及防洪等功能的水庫則因淤泥快速沉積，造成有效蓄水量急遽降低，使其應有功能大打折扣。然而，這些淤泥多屬黏土、頁岩或泥岩等材質，本質上非常適合用來燒製輕質粒料。因此，已有許多學者嘗試以水庫淤泥製造性質優良的輕質粒料，並將輕質粒料混凝土推廣應用於房屋建築工程(參考文獻中文部分 [5-10])。其主要考量即在於，抽取水庫淤泥燒製成輕質粒料，不僅在避免製造二次污染的情況下回復水庫蓄水功能，亦可有效疏解混凝土料源短缺的情況，達到資源利用之目的。 1.2 研究目的隨著國家經濟的持續發展及人民對生活品質需求的提升，國內大型建築物不斷興建，導致建築產業之能源消耗量不斷增加，建築能源管理因而顯得十分重要。如前所述，廣義的建築節能概念包括建築結構節能、建築材料生產節能和建築物使用過程中的節能。若從建築物的直接. 36.

(37) 節能定義觀之，則包括建築物的空調、照明和動力(電力)等的節約。而台灣位處亞熱帶氣候區，夏季日照充足，使得氣溫居高不下，大多數建築物必須依賴空調設備來降低室內溫度，以增加舒適度。但台灣地區近年來的電力系統負載資料顯示，耗電量越來越高，電力備轉率則越來越低，此情況已充分凸顯改善建築外殼隔熱性對建築節約能源管理之重要性與迫切性。因此，在國內輕質粒料混凝土逐漸量產並普遍使用之際，從事將輕質粒料混凝土隔熱標準納入「建築技術規則」之草案研擬及研究，實有其必要性，亦是刻不容緩的要務。綜上所述，本研究計畫旨在研擬隔熱用輕質粒料與輕質粒料混凝土標準之草案，俾能將其納入「建築技術規則」，以作為建築外殼節能設計之國家標準，並促使全面推廣應用輕質粒料混凝土。研究方式主要乃蒐集國內外相關法令，參酌各國有關輕質粒料混凝土之隔熱標準並予以綜合檢討比較，一方面在改變輕質混凝土外殼建材熱傳導係數的條件下，利用既有的分析軟體 BEEP-Ⅱ(Building Energy Evaluation Program-Second Edition，參考文獻中文部分[11])計算建築物之全年外殼耗能量 Envelope Load (ENVLOAD)，並分析比較其結果。另一方面，依據國內民情，擬訂出適合國內環境的輕質粒料混凝土建築節能基準，同時邀請相關產、官、學界舉辦座談會，藉以評估所擬草案之可行性，並綜合各界意見修改草案條文。預期此研究成果將助益於政府推動訂定輕質粒料混凝土隔熱節能規範，並促成輕質粒料混凝土之推廣應用及產業化。至於本計畫之進行步驟，則邏列如下： (1).. 蒐集文獻資料。. (2).. 比較分析規範內容。. (3).. 整理分析文獻資料。. (4).. 研擬隔熱用輕質粒料與輕質粒料混凝土標準之草案初稿。. (5).. 舉辦說明會或座談會，收集產官學研各界專家的意見，提供修訂初稿之參考。. (6).. 隔熱用輕質粒料與輕質粒料混凝土標準定稿，並撰寫期末報告。. 37.

(38) 建築環境. 室內環境. 熱空調設備氣空調設備光照明設備音音響、隔音設備水給排水設備 ). ). 38. 自動化控制系統. ( ( ( (. 系統化控制系統規格化管理系統標準化法令規定. ) ) ) ) 指標 Req 指標 Uar. ENVLOAD 指標 . 圖 2-1.1 建築節約能源體系架構圖. ) ) ). 開口部熱傳透率遮陽. 本土氣候狀況 (. 外部污染源之影響都市化的影響建築物、用電量增加、擁擠等心理影響. 安全、健康、效率、舒適. 室內環境因子機械設備. ( ( ( ( (. 建築外殼自然環境. ).

(39) 第二節建築外殼之熱傳遞與節能分析熱傳遞(heat transfer)係由於溫差所引起的能量輸送現象。換言之，只要物體中或物體間有溫度差存在，熱傳遞便會發生。而熱傳遞問題的分析則是用以計算一個系統或部件的溫度分佈及其它熱物理參數，如熱量的獲取或損失、熱梯度、熱流密度(熱流通量)等。就房屋建築之隔熱節能而言，建材之熱傳遞與熱傳分析都扮演著重要的角色。僅就熱傳遞之方式與熱傳問題的分析方法，扼要摘錄整理如后。此外，從熱平衡觀點出發，先推估建築外殼的能源消耗率，其次實際比較輕質與常重混凝土作為建築外殼的隔熱效率，並進行建築物之能源成本分析與經濟效益評估。 2.1 熱傳遞之方式基本上，熱傳遞的方式可分為熱傳導(thermal conduction)、熱對流 (thermal convection)及熱輻射(thermal radiation)三種，如圖 2-2.1 所示(參考文獻外文部分[3-4])。熱傳導是在緊鄰的固定實體部分做熱的輸送，由微觀的角度來看，就是能量由一個原子或分子傳遞到下一個的過程；熱對流是因液體或氣體的運動及混合，而把熱由一個地方傳送到另一個地方；熱輻射是以看不見的波來傳送熱，類似光的傳播。茲分述如后： 1. 熱傳導完全接觸的兩個物體之間或一個物體的不同部分之間，由於存在著溫度梯度(temperature gradient)而引起內能交換的現象，稱之為熱傳導 (參考文獻外文部分[4])。舉例而言，冬天時，暖房內的暖氣會散失到室外的大氣中，而這些散失的能量，其主要途徑就是經由牆壁的熱傳導。基本上，在有溫度梯度的情況下，熱傳導的方式必定是由高溫處往低溫處傳遞。在氣體與液體中，熱傳導之物理機構包括混亂的原子或分子運動，主要乃藉由粒子間的相互碰撞作用，將較活潑粒子的能量與動量傳給較不活潑的粒子，以達成熱能的輸送。至於在固體中，熱能的傳導可以兩種方式進行，即晶格振動與自由電子的傳送。經由熱傳導這種方式. 39.

(40) 傳遞的能量，與每單位面積之熱傳導速率 q (heat transfer rate)以及法線溫度梯度(normal temperature gradient)成正比，可表示如下(參考文獻外文部分[4])：. q ∂T ∝ A ∂x. (2-1). 代入比例常數 k 後，並令 q" = q/A，則可改寫為：. q" =. ∂T q = −k A ∂x. (2-2). 式中：. q" = 熱流密度或熱流通量(heat flux)(單位：W/m2) A = 熱流經過之面積(單位：m2) k = 熱傳導係數 (thermal conductivity coefficient) 或稱為導熱性 (thermal conductivity) (單位：W/m⋅˚K) ∂T/∂x = 熱流流動方向之溫度梯度因此，對熱傳導而言，其熱流率方程式可表示成式(2-2)，即所謂的傅立葉定律(Fourier’s law)(參考文獻外文部分[4])。如圖 2-2.2 所示的座標系統，由式(2-2)可知，熱流通量與 x 方向的溫度梯度(∂T/∂x)成正比，負號. “−”則表示熱量流向溫度降低的方向，以滿足熱力學第二定律。由此觀之，利用熱流率方程式可以量化熱傳導的過程，也就是說可求得每單位時間所傳遞的熱能。. 2. 熱對流固體的表面與它周圍接觸的流體之間，由於溫差的存在所引起之熱量交換，則稱之為熱對流(參考文獻外文部分[4])。這種型式的熱傳遞包括兩個機構，除藉由分子混亂運動外，尚包括流體的整體運動，也就是在任意瞬間，有大量分子同時在移動。因此，在溫度梯度存在的情況下，熱對流的總熱傳係分子混亂運動及流體整體運動的疊加效果。一般而言，依流體移動的方式，熱對流可分為強制對流(forced convection)和自然對流(natural or free convection)。當流體流動係由外力所造成者，稱為 40.

(41) 強制對流；由於流體本身溫度變化形成密度差，因而所造成的流體流動，則稱為自然對流。對熱對流而言，熱流率方程式遵循可用牛頓冷卻定律(Newton’s law of cooling)來描述，則熱流通量 q"可表示如下(參考文獻外文部分[4])：. q " = h (TS − TB ). (2-3). 式中：. h = 對流換熱係數(convection heat-transfer coefficient)或稱膜傳熱係數(film conductance) (單位：W/m2⋅˚K). TS = 固體表面的溫度(˚K) TB = 周圍流體的溫度(˚K) 3. 熱輻射熱輻射係指物體發射電磁能，並被其他物體吸收轉變為熱的熱量交換過程。物體溫度越高，單位時間輻射的熱量越多。熱傳導和熱對流都需要有傳熱介質，而熱輻射無須任何介質。實質上，在真空中的熱輻射效率最高。在工程中，通常考慮兩個或兩個以上物體之間的輻射，系統中每個物體同時輻射並吸收熱量。它們之間的淨熱量傳遞可以用斯蒂芬—波爾茲曼幅射定律(Stefan-Boltzmann law)表示，則熱傳導速率 q (或稱熱傳率、熱流率)可表示為(參考文獻外文部分[4])：. q = εσA1F12 (T14 − T24 ). (2-4). 式中：. q = 熱傳導速率(單位：W) ε = 輻射率或黑度(emissivity) σ = 斯蒂芬－波爾茲曼常數(約為 5.67×10-8 W/m2⋅˚K 4) A1 = 輻射面 1 的面積(單位：m2) F12 = 由輻射面 1 到輻射面 2 的形狀係數 T1 = 輻射面 1 的絕對溫度(單位：˚K) T2 = 輻射面 2 的絕對溫度(單位：˚K). 41.

(42) 由上式可看出，熱輻射的能量放射率與該物體絕對溫度的四次方及其表面積成正比，故包含熱輻射的熱分析是高度非線性的。. 2.2 熱傳分析為能適切模擬房屋建築外殼建材的熱傳過程，並據以比較評估建材的隔熱效率乃至於能源消耗率。茲將能量守恆定律 (the law of the. conservation of energy)、熱擴散方程式(heat diffusion equation)、一維平面壁的穩態熱傳遞，扼要分述如后。. 1. 能量守恆定律熱分析遵循熱力學第一定律，即能量守恆定律。對於一個封閉的系統(即沒有質量的流入或流出)，假設在一段時間∆t 內，傳到系統的總熱量為 Q(能量進入系統)，系統作功量為 W(能量流出系統)，則其能量守恆定律的通式可表示如下(參考文獻外文部分[4])：. Q - W = ∆U + ∆KE + ∆PE. (2-5). 式中：. ∆U = 系統內能 ∆KE = 系統動能 ∆PE = 系統勢能對於大多數工程之傳熱問題而言，可視為∆KE = ∆PE = 0，且通常考慮沒有做功(即 W = 0)，則式(2-5)可簡化為：. Q = ∆U. (2-6). 對於穩態熱分析而言，係假設 Q = ∆U = 0，即流入系統的熱量等於流出的熱量；對於瞬態熱分析者，則其流入或流出的熱傳遞速率(或稱為熱傳率) q 等於系統內能的變化，即 q = dU/dt。換言之，穩態傳熱者，其系統的溫度場不隨時間變化；而瞬態傳熱者，其系統的溫度場隨時間明顯變化(參考文獻外文部分[4])。. 42.

(43) 2. 熱擴散方程式從事熱傳導分析之主要目的在於決定一個系統或部件的溫度分佈。一旦溫度分佈已知，物體內部任一點或表面上的傳導熱流通量即可由傅立葉定律計算之，而其他重要數據亦可決定。首先，探討溫度分佈隨時間變化，且物體內有熱源(heat sources)存在的一般情況。假設一均勻物體，考慮其內部一無窮小的元素(控制體積)，並以直角座標表示其溫度分佈，如圖 2-2.3 所示。對於此元素而言，利用能量守恆定律可列出其在 x 軸方向的能量平衡式如下(參考文獻外文部分[4])：傳入左面的能量 + 元素內所產生的能量 = 內能的改變量 + 傳出右面的能量. 上述能量可分別表示如下： ∂T 傳入左面的能量 = q x = kA ∂x. 註：利用傅立葉定律. •. 元素內所產生的能量 = q Adx 內能的改變量 = ρcA 傳出右面的能量 ∂T = q x +dx = − kA ∂x. x + dx. ∂T dx ∂t.  ∂T ∂  ∂T   = −A k + k dx   ∂x ∂x  ∂x  . 式中： •. q = 每單位體積所產生的能量(W/m3) A = 控制體積垂直於 x 軸方向之面積(等於 dydz) k = 熱傳導係數(W/m·˚K) c = 比熱(J/kg·˚K) ρ = 材料之單位重(kg/m3) 將上述關係式合併，可得：. 43.

(44) − kA. 或. ∂T • ∂T  ∂T ∂  ∂T   dx − A k + q Adx = ρcA + k dx  x x x ∂x ∂t ∂ ∂ ∂    . ∂  ∂T  • ∂T k  + q = ρc ∂x  ∂x  ∂t. (2-7). 同理可求得 y 與 z 軸方向之式子。因此，以直角座標系統表示之三維熱擴散方程式的通式為[8]：. ∂  ∂T  ∂  ∂T  ∂  ∂T  • ∂T  +  k k  +  k  + q = ρc ∂x  ∂x  ∂y  ∂y  ∂z  ∂z  ∂t. (2-8). 式(2-8)亦稱為熱方程式(heat equation)，當熱傳導係數為常數時，則可改寫為： •. ∂T 2 ∂T 2 ∂T 2 q 1 ∂T + + + = ∂x 2 ∂y 2 ∂z 2 k α ∂t. (2-9). 其中α = k/(ρc)即為熱擴散率。此外，尚有其他簡化的型式，例如：在穩定狀態下，儲存能的量並不會改變，則式(2-9)可改寫為(參考文獻外文部分[4])： •. ∂T 2 ∂T 2 ∂T 2 q + + + =0 ∂x 2 ∂y 2 ∂z 2 k. (2-10). 在穩定狀態下，若熱能為一維傳遞(假設在 x 方向)且無熱源，則式(2-10) 可改寫為：. dT 2 =0 dx 2. (2-11). 熱方程式是分析熱傳導問題的基本工具，因可據以求得溫度分佈與時間的關係。然而，熱方程式的解與物體所處的邊界條件有密切關係，. 44.

(45) 此外若溫度與時間有關，則需要初始條件。關於邊界條件有許多典型的數學表示法，以一維系統為例，常見的三種邊界條件如圖 2-2.4 所示(參考文獻外文部分[4])。這些條件限定在物體表面上(x = 0 處)，熱傳遞及溫度分佈均沿著 x 方向，且與時間有關的溫度分佈記為 T(x, t)。第一種條件是有關於表面溫度維持在 Ts 的情況，通常稱為 Dirichlet 邊界條件或第一類邊界條件，此為最接近實際狀況的條件。第二種條件是有關於表面具有固定熱流通量 qs"的情況，通常稱為 Neumann condition 邊界條件或第二類邊界條件，此條件適用於表面上有一層薄膜或電熱片的情況。當表面完全絕熱時，其∂T/∂xx=0 = 0，即為此類之特殊例子。第三種條件是有關於表面藉對流加熱或冷卻的情況，通常可由表面的能量守恆或能量平衡求得邊界條件。. 3. 平面壁的熱傳遞為探究房屋建築外殼建材的熱傳遞，並據以比較評估建材的隔熱效率與能源消耗率。可透過平面壁的一維、穩態且無熱源的熱傳遞方式來探討，也就是將房屋建築外殼視為一維的平面壁，其溫度分佈只為壁體厚度方向的函數且僅在此方向發生熱傳遞。如圖 2-2.5(a)所示，平面壁兩側有不同溫度的流體，由 T∞,1 到 Ts,1 為熱對流，平面壁內部為熱傳導，而 Ts,2 到 T∞,2 為熱對流。從平面壁內部著手，首先決定溫度分佈，然後便可得到熱傳遞率。假設壁內無熱源或匯點(heat sinks)，且為穩定狀態，則熱方程式可表示為(參考文獻外文部分[4])：. d  dT  k =0 dx  dx . (2-12). 因此，比較式(2-2)與式(2-12)可知，一維、穩態且無熱源的平面壁，其熱流通量為一常數，且與 x 無關。再假設平面壁的熱傳導係數為一常數，則式(2-12)經積分兩次，可得一通解如下：. T ( x ) = C1 x + C 2. (2-13). 45.