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新建材改善老建築永續能力

thisbigcity城事
・2012/03/07 ・2139字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

作者:Edwin Colyer (Green Futures )

許多人的房屋既老舊又耗能,要如何進入重視生態環保的21世紀?很簡單!只要把好幾英呎的隔熱板塞入牆壁與閣樓,淘汰古董電器、改用符合節能標準商品,再換上三層玻璃,最後加裝感應式設備即可…了嗎?

PRP Architects 建築事務所代表梅勒(Andrew Mellor)表示,「試想各位住在侷促的小套房裡,打算加裝隔熱牆,但又不希望原已狹窄的空間更無容身之處,縱然只在其中一面牆隔熱,還是會占去寶貴的幾英寸」。

裝修工程若要成功,關鍵在於房屋效能必須更高,但不會讓屋主損失原有空間、便利與美觀,施工也很重要,若干擾無法愈少愈好,可能連動工機會都沒有。

究竟有何創意解決方案,能兼顧種種考量?

以隔熱為例,拜美國太空總署 研發之賜,目前已出現「氣凝膠」(aerogel)這項產品,原本是為幫助太空人保暖,如今成為世界上隔熱效果最佳的材質,如名所述,這項材質多數為空氣,最高達99.8%,將氣體困在以矽為本的鬆散結構中,原始材質因為過於脆弱,在多數情況不宜使用,不過Aspen Aerogels 與Thermablok 兩家開發商找到方法,整合強化纖維,成品厚度僅9.5公釐,據美國能源部兩座實驗室 檢驗結果,最高可提升牆面隔熱能力達42%,Thermablok更宣稱,不會因為黴菌或時間老化與影響功能,還可以回收。氣凝膠隔熱材質目前仍比傳統隔熱板昂貴,不過隨著市場需求增加,價差已從幾年前的一倍縮小至20%。

屋頂補強研究領域同樣前景可期,德國夫朗和斐營建物理學協會 一項研究顯示,樓板面積80平方公尺的房屋若有縫隙,使用暖氣所需能源與面積五倍大的房屋相同,人們常使用氣密膜或封箱膠帶應急,但若要翻修年代更久遠的建築,還得考量濕度,尤其濕氣可能已深入滲透結構中。新型「智慧膜」具備濕度控管功能,還能抵抗風雨,德國企業pro clima 另開發出透氣式薄膜,不僅密閉與防水,還能因應濕度,寒冷時幾乎完全不透氣,但溫暖時濕氣能散逸。

縱然是氣密式建築也需要通風,工程師也在研發各種智慧方式,確保新鮮空氣流入暖氣房時也可保暖,Energyflo 公司開發的新式隔熱系統正在英國測試,將隔熱板加裝於外牆上,其中孔隙讓空氣能夠受陽光及房屋散逸的熱能增溫,暖空氣隨著空隙上升,藉由透風系統導引至屋內。

如果熱能因窗戶而流失,也相當可惜,Pike Research 研究中心的潔淨科技市場分析師布魯姆(Eric Bloom)指出,「玻璃會造成能源大量流失,牆面可以加強隔熱,但假設玻璃未經處理,等於沒有作用」。

雙層玻璃目前也不符合高節能標準,雖然三層玻璃隔熱效果佳,但對設有木質拉窗的老舊房屋完全不適用,真空玻璃技術這幾年才出現在市面上,可做為替代方案,並不增加玻璃層,而是避免熱能從玻璃與窗框之間的縫隙散失,這種材質非常薄,站在遠處可能會誤以為只有單層玻璃,故很適合古蹟維護或文物保存等級的建築,也可應用於一般住家,況且價格也與標準雙層玻璃相仿。

布魯姆對電致變色(electrochromic)玻璃問世頗為興奮,認為適合大型企業裝修計畫,運作模式與感光變色鏡片有些相似,可自動隨光線強度明暗,也能由大樓住戶自行調整,此種系統能避免建築物在強光下過熱,而冬季時能讓更多陽光灑落至室內,善用自然光線與溫度。

若想改變現況,未必需要多麼先進的科技,就算是水泥,也可以變得更有智慧,環保營建商大都對水泥不屑一顧,卻忘了這種材質功能眾多。

Lafarge A&C UK 公司混凝土部門經理格林伍(Jeremy Greenwood)指出,「表面上看來,水泥似乎總是建築師與工程師的折衷方案,水泥是功能最多、最耐久、最划算的建材,可是對環境傷害頗大,除了灰色建築相當醜陋(自一九六零年代遺害四十年),碳足跡也相當可觀」。

Lafarge公司為此決定,要改寫混凝土用途參考書籍,開發多種永續型混凝土與砂漿層混合建材,可用於商業大樓翻修工程,希望減少原物料用量,但達到相同效果,例如Extensia 內含鋼絲網面與纖維強化,即可取代樓板,不需使用鋼筋,但維持極佳負重能力,也克服鋼纖維在長期壓力下會外露的問題,而且非常耐久,可削減長期維護成本。這種建材兼具抗壓力與彈性,故能降低樓板厚度,讓二氧化碳排放量減少兩成。

因為自動修復功能研究,未來混凝土結構可能將永遠不壞,美國伊利諾大學 建築系榮譽教授德萊(Carolyn Dry)已開發一種具黏性的修復材質,能夠注入混凝土的中空孔隙裡,當建築因壓力產生裂痕,就會釋出黏性物質固定,自動維持結構完整,降低整修成本、提高建築安全。

由於翻修工程迫在眉睫,要等待新一代產品進入主流市場,可能不切實際,所幸目前已有眾多材料可用,讓老舊建築重獲新生,梅勒認為,「若打算更換窗戶或重新粉刷牆面,為何不順便選用具隔熱功能的產品?價錢或許會貴一些,但能真正改善建築物的能源效能」。

本文原載於獨立永續專業團體「未來論壇 」雜誌《Green Futures 》及ThisBigCit城事。照片來源:Flickr用戶jude hill 、seier+seier

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《城事》為永續城市部落格,長期發掘關於建築、設計、文化、科技、運輸、單車的都市創新構想,曾數度獲獎。《城事》網羅世界各地城市生活作者,文章曾發表於Next American City、Planetizen、Sustainable Cities Collective、IBM Smarter Cities等網站。《城事》遍尋全球,在世界奮力邁向永續的時刻,呈現城市帶來的種種機會,力求保持樂觀,但不忘批判。


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》