窺視星辰間的美麗螺旋：雙星系統研究新頁

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。

• 文／洪萱眉 雅文基金會聽語科學研究中心 助理研究員

你的日常生活也是這樣子嗎？桌上總是堆滿了待處理的資料與報告，電話聲不斷，會議一場接一場，連坐下來喘息或喝水的機會都沒有。下班後拖著疲憊的身軀回家，睡前仍在想著白天的工作與隔天的待辦事項。日復一日，這些繁瑣的事務不僅讓人感到焦慮與壓力，還影響了生活作息和睡眠品質。為了舒緩壓力、獲得一覺好眠，有些人會在睡前點精油或香氛蠟燭，營造一個舒適放鬆的環境。但你知道嗎？我們的彩色噪音也能讓我們放鬆身心，助我們一覺好眠嗎？

噪音和彩虹一樣也有顏色的區分

聽到「噪音」這個詞，通常會聯想到那些刺耳且令人心煩氣躁的聲音，例如施工時的電鑽聲或敲打聲。但其實噪音也有顏色區分，就像彩虹一樣。

一般而言，我們眼睛所見的顏色實際上是由可見光的不同頻率產生的，當光波刺激我們的眼睛並傳送到大腦時，大腦會根據其頻率和強度將其解釋為不同的顏色。例如，低頻的光波為暖色調，而高頻的光波為冷色調。而同樣的概念也可以套用在噪音上，因為噪音也有不同的強度及頻率^[1-2]，根據噪音的頻率範圍和強度，我們可以依此區分為白色噪音、粉紅色噪音、棕色噪音等不同類型的噪音^[3-4]。

不同類型的噪音顏色會有不同的功效

不同類型的噪音顏色都具其獨特的頻率分佈特性，其中，最常被討論的三個噪音顏色，分別為白噪音、粉紅噪音、棕色噪音：

1. 白噪音（white noise）：白噪音是大家最熟悉、最常聽到的噪音顏色。我們人可聽到的聲音頻率介於 20~20,000 赫茲 ( Hz )，而白噪音在所有頻率上具有相同的強度。這與白色光由紅、綠、藍三原色均勻組成的概念相似。
   白噪音的聲音聽起來有如電視機壞掉發出沙沙聲、風扇聲、冷氣運轉聲音等^{[1, 5-6]} 。白噪音通常用來蔽屏 ( mask ) 其他聲音，覆蓋掉環境中我們不想聽到的聲音，營造一個舒服、放鬆的環境。對於有睡眠困擾的人來說，白噪音可以幫助改善睡眠品質。Ebben、Yan、Krieger ( 2021 )針對 10 位因受環境噪音干擾而造成失眠問題的成人，執行一週白噪音的介入，並使用穿戴式睡眠測量器來記錄其睡眠狀況。結果發現，因白噪音介入會覆蓋擾人的環境噪音，這 10 位受試者他們的入睡後醒來時間（wake after sleep onset，簡稱WASO）與入眠期（sleep latency）比在介入前都有顯著降低與改善。然而，即使沒有白噪音的介入，其入睡後醒來時間（WASO）的改善成效依然能持續^[7]。
2. 粉紅噪音（Pink noise）：相比於白噪音，粉紅噪音的聲音聽起來較為低沉、舒緩且平衡，因為它過濾掉較多高頻的聲音且在低頻的能量上較白噪音強，聲音聽起來接近我們聽到大自然的風聲、雨聲等 ^[5,8]。研究指出，粉紅噪音能加強我們深度睡眠、提高記憶力^[9]。Papalambros et.al（2017）探討使用不同聲音刺激（acoustic stimulation），對提升深層睡眠時間和記憶力的影響。受試者為 13 位 60-84 歲的健康的成人，結果發現，睡覺時有使用粉紅噪音介入能增加他們深層的睡眠時間，且在記憶測驗上也有顯著的提升^[10]。
3. 棕色噪音 （Brown noise）：又稱為紅色噪音。跟白噪音和粉紅噪音相比，棕色噪音具有更明顯的低音頻率，隨著頻率的增加而音量逐漸降低。所以聲音聽起來像是低沉的隆隆聲^[11]。棕色噪音聲音類似打雷聲、大雨聲、海浪拍打聲音^[9]。和白噪與粉紅噪音一樣，都能遮蔽環境中讓人干擾的聲音，並營造一個有利於放鬆、專注與睡眠的環境。有研究表明，棕色噪音會對大腦活動產生影響，與放鬆、冥想和深度睡眠有關，因此對於有減輕壓力和焦慮帶來很大的幫助^[10] 。

噪音顏色除了讓我們放鬆、改善睡眠品質外，還是耳鳴、聽覺過敏以及新手爸媽的救星 

從上述可知，白噪音、粉紅噪音和棕色噪音不僅能改善睡眠品質、專注力以及放鬆外，其實在臨床上更被用來治療耳鳴和聽覺過敏等症狀。所謂的耳鳴，指的是在沒有外界聲音刺激的情況下，患者感覺耳中持續有嗡嗡聲。在臨床治療中，白噪音通常用作背景音，以減少患者對耳鳴的感知^[12]。對於聽覺過敏患者，他們對日常生活中的聲音敏感度較高，因此粉紅噪音更適合用於治療，因為其低頻聲音的特性有助於患者長時間適應並習慣低強度聲音^[12]。此外，許多新手父母使用白噪音來安撫哭鬧寶寶，因為它可以模擬寶寶在母體內聽到的模糊外界聲音，並遮蓋其他可能會驚擾寶寶的聲音，市面上的許多助眠裝置也運用了這個原理^[5]。

然而，儘管噪音顏色可以提升睡眠品質和專注力，長時間或過度暴露於任何類型的噪音都可能對聽力和整體健康造成負面影響。建議播放時間應限制在10至15分鐘，並給耳朵足夠的休息時間。如果打算使用彩色噪音來幫助自己入睡，應設置播放時間以避免整晚播放，避免聽力造成損傷，那就得不償失了！^{[9, 11, 13]}

參考資料：

1. Bulter, R.  & Writer, S. (2023). What Are Sonic Hues? White Noise, Brown Noise, Pink Noise, and More. https://thegatorseye.com/13787/opinion/what-are-sonic-hues-white-noise-brown-noise-pink-noise-and-more/

2. Sound of Life。(2021)。噪音竟然助眠？白噪音、粉紅噪音是最佳床伴。取自：https://shorturl.at/abdV1
3. 林奕榮。（2023/10/19）。噪音有顏色？ 白、綠、棕、粉紅噪音都能減壓助眠。蔬福生活。取自：https://vegemap.merit-times.com/veganews_detail?id=5682 
4. Color Energy Soup (2016/11/25)。人的眼睛為什麼能看到顏色?取自：https://color-energy-soup.com/2016/11/25/eyes-light/ 
5. 鄭俊宇。（2021/4/16）。白噪音更能安撫寶寶？「粉紅噪音」能增強記憶力、改善睡眠。親子天下。取自：https://www.parenting.com.tw/article/5089287 
6. Surles, T. (2023.3.13). What are white, pink and brown noises? Health Hearing. Retrieved from https://www.healthyhearing.com/report/53430-Noise-colors-white-pink-brown-tinnitus-hearing 
7. Ebben, M. R., Yan, P., & Krieger, A. C. (2021). The effects of white noise on sleep and duration in individuals living in a high noise environment in New York City. Sleep Medicine, 83, 256-259.
8. Sloan, M. (2023.3.27). Noise Colors: Which One Is Best for Sleep? Retrieved from https://www.discovermagazine.com/health/noise-colors-which-one-is-best-for-sleep 
9. Shapiro, Z. (n.d.). Exploring the World of Color Noises: White, Pink, and Brown. Retrieved from https://audiologyisland.com/blog/exploring-the-world-of-color-noises-white-pink-and-brown/?srsltid=AfmBOordaPgtNG9s6MyfN–He9dD-BejcA5sQTj2hncTWg4MmkQi666v 
10. Papalambros, N. A., Santostasi, G., Malkani, R. G., Braun, R., Weintraub, S., Paller, K. A., & Zee, P. C. (2017). Acoustic enhancement of sleep slow oscillations and concomitant memory improvement in older adults. Frontiers in human neuroscience, 11, 1-14
11. Sedona Sky Academy (2024.5.10). Can brown noise turn off your brain ? Retrieved from https://www.sedonasky.org/blog/can-brown-noise-turn-off-your-brain
12. American Speech-Language-Hearing Association. (n.d.). Tinnitus and Hyperacusis. (Practice Portal). Retrieved from www.asha.org/Practice-Portal/Clinical-Topics/Tinnitus-and-Hyperacusis/.
13. Cleveland Clinic (n.d.). Brown Noise May Help You Focus and Relax. Retrieved from https://health.clevelandclinic.org/brown-noise