追尋更好的自己，風力發電機的離岸故事

本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。 

根據聯合國統計數據，全球每年 38% 的溫室氣體排放，並非來自道路上的交通工具，而是由「現代都市與建築」所造成的。

我們如今站在兩條路徑的十字路口。一條是依賴更多水泥建築與空調系統來抵禦夏季酷暑，然而這樣的選擇只會加劇室外大氣的惡化。另一條則是徹底改革建築、用電、設計與都市規劃，不僅尋求低碳排放的建築方式，還要找出節能降溫的解決方案，實現事半功倍的效果。

然而，我們是否真的能將建築業的碳排放歸零？

建築的溫室氣體哪裡來？

在建築物 60 年的生命週期中，建材的碳足跡其實只佔 9.8%，因為建築一旦完成後，材料不會頻繁更換。相反，日常生活中的用電才是主要的碳排來源，占了 83.4%，其中大部分來自冷氣、照明和各種電器。

當然，讓大家集體關燈停用電器「躺平」來拯救地球，顯然不切實際。既然完全不消耗能源是不可能的，我們應該尋找更現實的解決方案。

現在就來看看全球七棟零碳建築之一——成大的「綠色魔法學校」，臺灣首座淨零建築，如何運用建築技術，成為當代永續建築的典範。這些技巧中，有哪些能應用到你我家中呢？

為了省電要把煙囪塗黑、吸收更多太陽光？

都市裡，我們最大的挑戰之一就是夏天的高溫，水泥建築群在陽光的烘烤下，變成一個個巨大的窯爐。為了解決這個問題，綠色魔法學校在國際會議廳裝了一個煙囪，不過這不是為了讓窯爐更熱，而是用來降溫的。

煙囪為什麼都都要蓋的那麼高？原來煙囪越高，上下的溫差越大。熱空氣因為密度低而向上移動，產生熱對流。溫差越大，這個熱對流就越強烈，這就是所謂的「煙囪效應」。在要幫室內降溫的情況下，我們的目的是產生更強的煙囪效應，抽走熱空氣，讓室溫下降。但這棟建築裡沒有火爐，而溫差不夠大時，這效應會變得微弱，那該怎麼辦？

_{浮力通風效應。圖 / 泛科學自製動畫截圖}

綠色魔法學校提出了一個大膽的解法：在煙囪南面下半部改裝透明玻璃窗，並將煙囪內部塗成黑色，還加裝了黑色烤漆鋁板，這樣可以最大限度地吸收太陽光。每當艷陽高照，這個不插電的的「自然通風系統」就能自動啟動，創造局部的熱對流，帶動整根煙囪的熱氣向上移動，為室內降溫，達到節能效果。以熱制熱，完全反常識。

幫室內降溫的最大原則是：通風。

實際上，不是人人家裡都有煙囪。但如果建築的高處沒有任何窗戶或通風設備，熱空氣就是會從屋頂一路往下蓄積在室內。因此，你也一定在許多工廠或民宅的屋頂看過一個不斷旋轉的小風扇，它們也是有異曲同工的效用。雖然不是高聳的煙囪，但特殊的渦輪構造，風吹過就會開始轉動，並連帶空氣排出室外。是個不用插電的通風球。

綠色魔法學校的煙囪就是個效能更強的換氣機，足以讓 300 人大型會議廳的換氣次數，高達每小時 5 到 8 次，甚至能在室內颳起風速每秒 0.5 公尺的微風，是最舒適的環境。這些利用熱氣密度的差異來改善室內溫度的方法，又稱為「浮力通風」。

為了把通風貫徹到底，綠色魔法學校在建築的兩面裝設大量窗戶以及吊扇，來讓水平也能通風。這些我們習以為常的裝置，其實才是關鍵。靠吊扇的一點點電力讓自然風可以自由進出，耗費的能源，遠比冷氣還要少得多。

幫空調省電的最後一招，就是微環境控制。

實際上魔法學校內還是找的到空調設備，並不是完全拔除不用。除了選用最高效率的主機，以及把室內循環做到最好以外，降低周遭環境溫度才能減低冷氣的負擔。要降低水泥叢林的熱島效應，需要植被與水體來做溫度調適。

在太陽照射下，水泥屋頂表面最高可以達到攝氏 70 度，如果屋頂有種植植栽，室內頂層樓板的表面溫度就可以維持在攝氏32 度以下。不用開電就先幫室內降溫。

水也是關鍵的一環。一是水的比熱高，想打破水分子之間的氫鍵，需要大量的熱量，要讓一千克水的溫度升高一攝氏度，需要 4,200 焦耳的熱量，這可以避免溫度因為烈陽就快速上升。二是當溫度真的過高，水也會透過蒸發帶走熱量，讓溫度不至於向上飆。

魔法學校的屋頂花園使用水庫淤泥，研磨後燒製成的再生陶粒，裡頭混合了稻穀，結構極細，不會像有機土一樣分解消失，可以涵養水源，還不用動不動補土壤，不只降低屋頂植被的澆水次數，還能達到降溫效果。地面也採用透水鋪面，讓每一滴水都不浪費。

綠色魔法學校本名是成功大學的「孫運璿綠建築研究大樓」

2013 年被英國知名出版社羅德里其評為「世界最綠的建築」，並獲選為聯合國全球七棟零碳建築之一。

除了表彰之外，在認證上也確實取得了臺灣最高等級的「鑽石級綠建築」認證，以及美國最高級的「白金級綠建築」兩個綠建築認證。

為了讓相同的成效可以陸續在全臺的所有建築上實現，臺灣在既有的綠建築標章體系上，擬定出了「建築能效評估系統 BERS」，針對關鍵的空調、照明、插座電器的用電狀況訂出明確的耗電密度指標得分。簡單來說，就是每平方公尺的面積上，每年平均的用電量。

要打造一棟淨零建築，需要設計與材料硬體的相互配合。在日常用電這最大耗能項目上，能透過前面的淨零設計與智慧能源管理來減低能耗。而我們還沒提到的最後一塊拼圖，則是回到建築的建材本身。這部分減碳的方法有很多種，例如將傳統施作工法改為在工廠就完成模組化建材製造的「預鑄工法」，減少現場搭建鷹架、施工的步驟，達成減碳。又或是將部分建材更換為木、竹等負碳建材，甚至使用零廢棄物、能「循環使用」的建材。例如 2018 年亮相的臺中花博荷蘭館、或是 2021 年台糖在沙崙啟用的循環聚落。

建築物能夠完全不用電嗎？……電從哪裡來？

沒錯，連全球最綠的建築——綠色魔法學校，也無法做到完全不使用電力。正如前面提到的，建築的最大能源消耗來自日常使用，而這所「魔法學校」的成就，是成功將日常能源消耗降低，讓溫室氣體排放減少超過 50%。

這就是關鍵，減少一半後，剩下的部分就靠周邊的造林、太陽能和風能等綠色能源來補足。

2022 年 3 月，國發會公佈了 2050 淨零排放的路徑圖，參考美國、日本、歐盟等國，制定了 2050 年達成淨零建築的目標。

這條路徑包含兩個核心目標：第一，所有建築物要在建築能效評估系統（BERS）中達到 1 級節能，甚至進一步達到「1+ 級」近零碳建築的標準，減少至少 50% 的能源消耗。第二，同步發展再生能源，讓這些近零碳建築朝淨零邁進。

這個目標比你想像的要容易實現。比如，2023 年 12 月，台達電的瑞光大樓 II 就成功取得了「1+ 級」近零碳建築認證，並符合 0 級淨零建築規範。而在 2024 年 7 月，國泰人壽在臺中烏日的商辦大樓經過改造後，也達到 0 級淨零建築標準。這些案例證明了綠色魔法學校的成功經驗可以複製，不論是新建築還是舊建築，都能達成甚至超越淨零目標。

為了不讓每一年的夏天都是你我餘生最涼的夏天，碳排歸零是必須要實現的目標。現在你知道，這個任務的關鍵就掌握在你我手中。就像選擇能源標章電器一樣，只要選擇符合 BERS 能效標準的建築，我們不僅能降低冷氣的依賴，也能節省電費，讓地球和你的荷包都雙贏。

前兩次革命：農業和工業

大約在一萬年前，世界上的人口經過數千年的增長，已達到相當龐大的（就當時而言）1000 萬人左右。這些人屬於游牧的狩獵／採集者，但於某些地區，他們的數量已經超過當地植物和野生鳥獸所能供養的程度。他們採取兩種作法因應野生資源逐漸消失的問題。有些人進一步強化他們的遷徙生活形態，從他們在非洲和中東的祖居地遷移到野生鳥獸為數甚多的地區。

另外一些人開始馴養動物、種植植物，並在某地定居下來。這是種全新的生活形態。這些最早期的農民從來沒想到，他們因此改變了地球的風貌、人類的思想，以及社會的形態。

此時，擁有土地首度具有意義。人們不必隨身背負家當也可以累積財產，而且，有些人還能累積得比別人多。財富、地位、遺產、貿易、金錢和權力等觀念於焉形成。有些人能靠別人生產的多餘糧食過活，因此，他們可以成為全職的工具製造者、音樂家、文字抄寫者、祭司、士兵、運動員或國王。某種形態的工會、樂隊、圖書館、廟宇、軍隊、競賽活動、朝代和都市乃應運而生。

身為農業革命的繼承者，我們認為此一革命是人類向前邁出的一大步。不過，當時此種新的生活形態可能利弊參半。許多人類學家認為，農業生活並不是更好的生活形態，卻是養活愈來愈多人口的必要生活形態。定居的農民從每公頃土地獲得的糧食多於狩獵／採集者，但此種糧食的營養成分較低且種類較少，而且要花更多勞力才能有收穫。農民比游牧者更容易受天氣、疾病、害蟲、和外來者入侵的危害，及受到新形成的統治階級的壓迫。此外，農民不會搬離他們自己製造的廢物之堆積地，因而最早體驗到人類製造的長期污染。

儘管如此，農業不失為因應野生動植物日漸稀少的有效對策。農業生活使得人口成長的速度加快，幾千年下來，人口增加的數量非常可觀：從早先的 1000 萬人增加到 1750 年的 8 億人。人口劇增後，出現了新的資源短缺問題，尤其是土地和能源日漸不敷使用。此時，需要有另一波的革命。

工業革命始於英國，帶來的主要變化是以豐富的煤礦取代消失中的林木。使用煤礦牽涉的實際問題包括廢土的移除、礦場的構築、抽水、運輸和燃燒控制等。這些問題很快就獲得解決，使得勞力開始大量集中於礦場和礦石碾碎廠。此一革命凸顯了科技和商業在人類社會中的地位——超越了宗教和倫理。

和農業革命一樣，此時許多事物都出現料想不到的改變。機器，而不是土地，成為生產的主要手段。封建制度為資本主義及與資本主義作對的衍生體制共產主義所取代。大地上出現公路、鐵路、工廠和煙囪。城市日益擴大。同樣的，這些改變也是利弊互見。工廠的勞力工作比農村的勞力工作更低下、更辛苦，新建工廠附近的水和空氣髒得嚇人，大部分工業勞動人口的生活水準遠不如農民。但農地取得不易，工廠的工作卻多的是。

現在的人很難理解工業革命為人類思想帶來多麼重大的改變，因為已然改變的思想，迄今仍塑造了我們對世事的看法。1988 年，歷史學家唐納德．沃斯特（Donald Worster）深刻描述了工業主義對人類思想造成的影響。今天看來，他的觀點仍然非常中肯：

資本家保證，他們以科技支配世界後，將可讓每個人過著更公平、合理、有效率和更具生產力的生活。⋯⋯他們的方法只是在促使個別企業能免於傳統的層級系統和社會的束縛，不論這些束縛是來自其他人或來自地球本身。⋯⋯此點意味著要教導每個人以坦率、積極和自主的態度面對地球、相互打交道。人們必須經常想要如何賺錢；必須視他們周遭的每一樣事物——土地、自然資源和本身的勞力——為可能在市場上賺取利潤的潛在商品；必須要求有權利能在不受外在規定和干擾的影響下，生產、購買和出售這些商品。⋯⋯隨著需求的遽增和市場的擴大，人類和大自然的關係只剩下最起碼的工具主義而已 ¹。

工具主義帶來極其可觀的生產力，使得現在的世界能養活 60 億人——此一人口數量比發生農業革命之前的人口數量足足高出六百倍。市場的擴大和需求的遽增，驅使人類孜孜矻矻向大自然獲取資源，從極地到熱帶地區，從山巔到深海，不錯失任何機會。工業革命的成就，和以往狩獵／採集行為與農業革命的成果一樣，都造成資源的短缺，不只是野生鳥獸、可耕地和燃料及金屬的日漸稀少，地球環境的整體承載能力也為之下降。人類生態足跡再一次超越能永續發展的程度。工業革命的成就，創造了進行另一次革命的需求。

下一次的革命：永續性

現在任何人都不可能描述永續性革命可能造就什麼樣的世界，就像公元前 6000 年的農民無法預見現今愛荷華州——一望無際的玉米田和大豆田，以及公元 1800 年的英國煤礦工人無法想像豐田汽車公司（Toyota）的自動化裝配線一樣。一如其他的重大革命，即將到來的永續性革命將改變大地的風貌及人類認同感、制度和文化的基礎。一如以往的幾次革命，永續性革命也要花好幾個世紀才能完全展開，雖然嚴格地說它已經開始。 當然，沒有人知道如何促使這樣的革命發生。並沒有一套準則可以告訴我們：「為完成全球性的重大改革，應遵循這二十項步驟。」像以往的重大革命一樣，這波新革命無法預先加以計畫且其本身不受控制。它不會聽命於政府的一連串法令或電腦模擬的指使。永續性革命將是結構性的改變。它將產生自數十億人的願景、見解、實驗和行動，促使其發生的責任不在於任何一個人或團體。沒有一個人能獨攬功勞，但每一個人都能做出貢獻。

——本文摘自《成長的極限》，2024 年 03 月，臉譜出版，未經同意請勿轉載。

過渡到一個永續性系統

靜止狀態對我們環境資源的需求減少，但對我們精神資源的需求卻大增。

——赫曼．戴利，1971 年

當人類社會發現資源使用和污染排放有超過永續極限的跡象時，可能會做出三種反應。第一種反應是對這類訊息加以否認、掩飾和擾亂。這種反應的方式形形色色：有些人聲稱，根本沒有必要擔心極限的問題，市場和科技自然會解決這些問題；有些人聲稱，在沒有進行更深入的研究之前，不應該試圖限制所謂超過限度的行為；更有人設法將他們超過限度的行為造成的代價，轉嫁給在時空上距離他們很遙遠的人。舉例而言，可能會發生以下的情形：

• 樹立更高的煙囪，俾使污染廢氣飄到更遠的地方，讓別人呼吸遭受污染的空氣。
• 將有毒化學製品或核廢料運送至遙遠地區進行處理。
• 以保住眼前的就業機會或支付債務為由，從事過度漁撈或過度砍伐林木的行為，卻因此耗竭用以支持就業機會和償債能力的自然資源。
• 對因為資源枯竭而致營運困難的採掘工業提供補貼。
• 未能有效率的使用已開採的資源，卻不斷地探勘新的資源蘊藏。
• 不斷施肥以彌補土壤肥沃度的下降。
• 以法令或補貼來壓低價格，導致市場無法以價格的上漲來反映資源匱乏的現象。
• 因為資源成本過高，無力支付，而改以運用武力或威脅運用武力的方式，確保對資源的使用權。

這些反應非但不能解決因為生態足跡擴大所衍生的問題，反而使問題更形惡化。

第二種反應係以科技或經濟的應急措施，緩解各種極限所造成的壓力。可能的具體作為如下：

• 降低汽車每行駛一哩或發電機每生產一千瓦電力所產生的污染量。
• 更有效率地使用資源、進行資源的回收利用，或以再生資源來取代非再生資源。
• 運用能源、人類資本和勞力來取代以往由大自然執行的功能，如污水處理、防洪、或增加土壤的肥沃度。

這些措施確實有其迫切性，因為可提高生態效率、可暫時緩解壓力，也可以爭取寶貴的時間以利發展徹底解決問題的方法，卻無法消除造成壓力的原因。假如汽車每行駛一哩產生的污染量已經減少，但開車的人愈來愈多，或者，處理污水的能力增加，但污水的排放量愈來愈大，則將只能延緩問題所造成的危害，而無法根本解決問題。

第三種反應是從問題的肇因著手，設法尋求解決之道；也就是退一步想想，承認人類的社經體系結構本身難以管理、已經超越自然極限並朝崩毀的狀態發展，因此，釜底抽薪的辦法是改變系統的結構。

改變結構此一用詞常常具有負面的意義。就革命分子而言，此一用詞表示要將掌權的人物趕下台，而且在過程中有時還會扔炸彈。或許有人認為，改變結構是指改變實體結構，也就是先破壞再建設的過程。更有人解釋為改變權力結構、統治集團和指揮系統。基於這種解釋，改變結構顯然困難重重、極其危險，而且會對經濟和政治力量構成威脅。

然而，在系統學的名詞裡，改變結構與驅逐人員、拆除建築物或摧毀官僚體制等並不相關。事實上，採取這些行動但卻未能真正改變結構，則只會造成新一批人進駐新建築物或新單位，並花更多時間、更多金錢追求相同的目標，最後產生的結果和舊體制一模一樣。

在系統學的名詞裡，改變結構指的是改變一個系統內的回饋結構，也就是訊息的連結關係：包括系統內的行為者必須處理的資料之時效與內容，以及會促成或限制行為的觀念、目標、誘因和回饋資訊。假如系統內的行為者認為有充分的理由做出改變，又假如他們能自由行事而且又有誘因做出改變，則同一批人、同一個組織和同一個實體結構，可能會有完全不同的行為。此外，一個系統若有了新的資訊結構後，假以時日，也可能會改變本身的社會和實體結構。這個系統可能發展出新法規、新組織、新科技、具有新技能的人員、新機器或新建築物。這種轉變不見得需要由一個中央單位來加以督導。這種轉變的發生可以是毫無計畫的、自然的、帶有革命性質而又令人感到興奮和愉悅的。

新的系統結構自然會產生無所不在的改變。我們不必做出犧牲或施加脅迫，除非為了防止既得到益者忽視、扭曲或阻撓相關資訊的傳播。人類歷史已出現過好幾次重大的結構性轉變，其中影響最深遠的兩個事例為農業革命和工業革命。這兩次革命都肇因於種植糧食、運用能源和組織工作的新觀念。事實上，我們在下一章會討論到，正因為以往的結構性改變獲致重大成就，世界才有必要進行下一次的結構性轉變，我們稱此一轉變為永續性革命。

——本文摘自《成長的極限》，2024 年 03 月，臉譜出版，未經同意請勿轉載。