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冬季奧運的幕後功臣-人造雪

科景_96
・2011/02/10 ・788字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 515 ・六年級
相關標籤: 人造雪 (2)

source:Phil Roeder
source:Phil Roeder

Original publish date:Mar 08, 2006

編輯 John C. H. Chen 報導

人造雪已經成為冬季奧運中不可或缺的一部份。但是這種對人造雪的需求卻可能會對環境造成損害。

在2006年杜林冬季奧運會中,人造雪被廣泛應用在許多的競賽中,例如滑雪及滑雪板。事實上,今年杜林的雪下的比往常要薄,所以為了使比賽能夠順利進行,人造雪也可以說是必然的選擇。而人造雪的好處除了製造足夠的雪量之外,同時可以做出可以維持的較久而且狀況較好的表面。對競賽選手來說,人造雪可以使他們更容易創造新紀錄。這種人造雪的技術在許多的滑雪聖地都已經被廣泛的使用,以避免因為天氣關係雪量不夠而無法營業的情形發生。

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製造人造雪主要是將水從一個噴嘴中高速噴出來然後利用高壓空氣將水滴吹到空中造成起霧般的效果,然後讓這些液滴在空氣中結成雪花。成功的關鍵是要讓這些液滴在降落到地面之前就凝結起來。

現在因為地球環境暖化,所以找到好的滑雪場地已經越來越困難。舉例來說,阿爾卑斯山的雪線已經逐年上升,對滑雪愛好者來說,的確不是個好消息。但是過度依賴人造雪也是會有問題。國際保護阿爾卑斯山組織(International Commission for Protection of the Alps, CIPRA)的Michel Revaz就表示,製造人造雪要消耗水及能量。而這些人造雪所溶化的水也會對周圍的生態系造成影響。

所以Revaz提了一個可能的折衷方案。他表示像冬季奧運這種大活動,不需要為了奧運就每四年建一堆造雪機器。把這些機器回收使用應該是個可以接受的方法。

參考來源:

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本文版權聲明與轉載授權資訊:

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科景_96
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Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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專屬你的雪天使
邱文凱
・2013/09/03 ・1878字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 501 ・六年級

文 / K(物理碩士)

緣起

高中曾去安寧病房照顧癌末病童,當時裡面的一個孩子對我說:「哥哥,我沒有看過雪,你能不能變出雪給我玩」因為我便去尋找、思考如何製作人造雪。

後來於日本的書籍發現了或許可以使用高分子吸水物(聚丙烯酸鈉)來製作,也是這時候發現原來可以拿來堆雪人,製作雪人出來時,的確讓孩子很開心。

當孩子向我道謝時,我心裡想著:「其實,我能做的也只有這樣而已了……」

所需材料

p1

  1. 尿布或衛生棉的內容物(高分子吸水物,請別誤食),也可至化工行購買聚丙烯酸鈉(俗稱的吸水粉)。
  2. 冰水(只是為了讓產物觸摸溫度更像真正的雪,也可使用室溫的水取代)
  3. 塑膠盆之類的盛裝容器
  4. 手扒雞手套(防止高分子吸水物沾黏於手上,若是想體驗人造雪的觸感,則可不必使用)
  5. 竹籤、串珠等裝飾用物品以及老虎鉗(剪裁竹籤用)

製作流程

1. 一開始將尿布或衛生棉內容物放在杯子(請盡量撕碎內容物,方便之後製作)

p2

2. 然後加入冰水後,會產生神奇的變化 (如下圖,為了讓圖片更清楚,所以放置到黑色杯子中)

p3

*這裡有個關鍵點:

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如果是使用市售的尿布或衛生棉製作,再加水之後,必須盡量清除內含的棉絮成分,只保留其中的高分子吸水物

p4

拿起來會像如此的凝膠物質(高分子吸水物)

p5

3. 之後再把人造雪從杯中倒出,會呈現像筒仔米糕的樣子(如下圖),這樣比較好塑型

p6

4.將他塑形,先捏出大小兩顆圓球,作為雪人身體與頭部 (請穿戴手扒雞手套)

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5.最後以竹籤、串珠等物品裝飾雪人,即大功告成

p8

製作完後,把手扒雞手套取下翻面,手套外沾到的人造雪便會被包在手套中,手上便不會沾黏到人造雪

原理

在尿布或衛生棉中的高分子吸水物通常是吸水力超強的聚丙烯酸鈉(可以吸收質量比200到300倍的水分),乾燥時是白色粉末,放進水中會像海綿般吸水,成為凝膠聚合物。

主要是因為結構中的鈉含量很高,使水分子經由滲透作用進入聚合物中。反過來若把鹽灑在凝膠上,使聚合物外部的鈉濃度更高,就可以逆轉,讓水從凝膠流出。

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P.S.一開始製作雪人時,也曾仿效「撒鹽空中差可擬,未若柳絮因風起」,結果差強人意XD

下落速度超快的撒鹽空中差可擬XDD

後來想到曾聽過羅馬帝國的皇帝尼祿命令人從高山上取雪,加上水果和牛奶,製作成原始的冰淇淋,所以我開始嘗試製作無糖的冰淇淋來模仿雪的外觀與觸感(即使沒加糖,但因為有牛奶的成分,所以在塑型時手會黏黏的……)。

失敗了幾次以後,我開始分析古人說的撒鹽、柳絮還有我做的冰淇淋,到底是想表現雪的何種性質?撒鹽、柳絮應該是想表現雪的外觀、飄落,而冰淇淋是想模仿外觀、觸感,綜合以上的想法,如果要做出人造雪,必須做到外觀(白色)、觸感(柔軟、可塑、冰涼)。

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查詢資料跟實驗的過程中發現高吸水樹脂吸水後會呈現顆粒狀,一粒粒的小樹脂加冰水膨脹,塑型後的質地和觸感摸起來很接近真實的雪,因為雪本身便是由小小的冰顆粒物構成。

而最近也使用手機顯微鏡來觀察聚丙烯醯銨(人造雪人原料聚丙烯酸鈉的近親)觀察吸水前後的狀態,同樣放大倍率下,吸水後體積增加不少,也意外地發現微觀世界下的聚丙烯醯銨,竟是如此的美!!!10255553_10201336537649996_4408258660115502247_n-horz

吸水實況影片

後來有位讀者剛好看到了這篇文章,他也正好是醫院志工,並將這雪人分享給在病房中的孩子們,而雪天使也就這樣傳遞了出去。

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螢幕快照 2015-05-24 下午1.30.47

生活應用

嬰兒紙尿布、女性衛生用品、膨脹玩具(恐龍蛋)、水晶寶寶、魔晶土、人造雪……等,都含有這類成分。

P.S. 筆者於製作時發現,一些較便宜的衛生棉中,聚丙烯酸鈉的含量頗少(幾乎都是棉絮),吸水性不佳,且不利於製作人造雪人。還記得當時為了找雪人的材料,買了個品牌的衛生棉來嘗試,結帳時被店員跟顧客被奇怪的眼光注視著… 不過為了病童的願望,只能豁出去了 XD

作者:K,物理碩士。相信著 “以人化物” 器物再美,缺乏人的溫度,終將不完美 而若多一分人性的溫暖,便能包容原先器物的小缺陷 這是設計科學小物的初衷 希望這些東西能充滿著溫暖,無論是手心的亦或是內心的。

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邱文凱
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相信著 "以人化物" 器物再美,缺乏人的溫度,終將不完美 而若多一分人性的溫暖,便能包容原先器物的小缺陷 這是設計科學小物的初衷 希望這些東西能充滿著溫暖,無論是手心的亦或是內心的