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綠建築,是與環境共生的未來奇觀,還是當代工程的演化方向?

廖英凱
・2015/03/23 ・6021字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

文/江佳芸、廖英凱

節能減碳好重要,到處都在喊口號。大家都知道要記得關燈還要投資再生能源,要愛用大眾運輸或是練習回歸簡單生活。但是,如果有一種節能減碳的方法,既不用花太多錢也不用太勞累自己,甚至還能顧及身體健康。這樣的環保行動,聽起來可誘人多了吧!

在不斷地尋找與開發大規模且懶惰地減碳的方法之路上,近年來開始備受矚目的「綠建築」,就是在每一個人都一定會有的居住需求上,試圖達到更高效率的資源利用,同時更友善的對待環境。而全世界綠建築的箇中翹楚,首推位於成大的綠色魔法學校(孫運璿綠建築研究大樓)。

地表最綠 – 成大綠色魔法學校

成大綠色魔法學校不僅很綠,而且是地表最綠。日前,美國綠建築教父Jerry Yudelson指出,我國著名的綠建築—成大綠色魔法學校比起即將在2016年完工的蘋果電腦新總部「Apple Campus 2」來得更「綠」、更節能減碳[1],是今日「全世界最綠的綠建築」。也因此,讓我們試圖來瞭解這棟綠色魔法學校究竟蘊藏了什麼樣的神奇魔法?

圖片來源:10 places vying for the title of greenest building on the planet, The Guardian, 2014
圖片來源:10 places vying for the title of greenest building on the planet, The Guardian, 2014
圖片來源:10 places vying for the title of greenest building on the planet, The Guardian, 2014
圖片來源:10 places vying for the title of greenest building on the planet, The Guardian, 2014

成大綠色魔法學校以「諾亞方舟」作為外觀造型,共採用了13種綠建築設計方法,並以「適當技術」、「本土科技」、「四倍數效益」[2]為理念,打造出每坪8.7萬(註:不動產估價師公會統計一般建物的營建與施工約每坪4~6萬[3]),節能成效卻高達65%的綠建築。以國際會議廳「崇華廳」為例,他同時運用了「灶窯通風」以及「二次照明」兩種設計,來因應大型室內空間對於空調與照明的龐大能源需求。

灶窯通風原理

「灶窯」是古時百姓人家必備的烹飪設備,由灶台與排煙煙囪所構成,氧氣由底部入口進入、廢氣從頂部煙囪排出,燃燒效率良好。崇華廳仿造其原理,在主席台下方有開口引進涼風,觀眾席下亦設有通風口,而在會議廳後牆設計了壁爐式的大煙囪,如此就創造出了一個由低向高的氣流場。煙囪內裝有黑色烤漆鋁板,內部空氣吸收太陽輻射熱後,根據浮力原理,便會帶動這可容納三百多人的場地自動換氣。此一設計一年就可省下27%的空調耗電量。

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圖片來源:浮力通風 – 綠色魔法學校

 

二次反射照明與分區設計

崇華廳兩側牆上配置了高演色性的陶瓷複金屬燈,越高演色性的光源可使物體在該光源下所呈現的色彩越接近於太陽光下的色彩真實程度[4]。再投射於天花板,利用多次反射讓光線均勻分布於觀眾席上,如此不僅減少大量的配線設備,也讓燈具的更新維修更為容易。另外,燈光也有分區控制的設計,會場人少的時候,讓觀眾集中往前坐,便可強制節能,減少不必要的浪費。

圖片來源:浮力通風 - 綠色魔法學校
圖片來源:浮力通風 – 綠色魔法學校

除了崇華廳以外,魔法學校的辦公區以「空調與吊扇並用系統」減少空調耗能;建材部分,也多選用對環境負荷較小且對人體健康無害的綠建材,諸如:透水鋪面、外牆岩棉隔熱材、陶粒輕隔間幕牆版以及回收尼龍再製的環保地毯等作為設計。

外觀造型猶如「拿破崙軍帽」的屋頂也是一大特色。整個屋頂是一座階梯式的花園,上面栽種了許多台灣特選的耐旱植物,可供觀賞又具有隔熱效果。而屋頂層上裝設有太陽能光電板與風力發電塔,可提供再生能源的使用。

圖片來源:林憲德, 綠色魔法學校:傻瓜兵團打造零碳綠建築, 2010
圖片來源:林憲德, 綠色魔法學校:傻瓜兵團打造零碳綠建築, 2010

台灣一般辦公室年用電強度為125kWh/(m2∙yr),而綠色魔法學校年用電強度僅為43kWh/(m2∙yr),減少了65%的能耗。而搭配環保建材的工法與生態園區的設計,估計能比同規模辦公建築物減少51.7%的碳排放[5]。這棟舒適節能、充滿綠意,且獲得台灣EEWH鑽石級認證與美國LEED白金級認證的綠建築實在值得親身走一遭。[6]

綠建築 = 所費不貲 + 太陽能板 + 花花草草 + 認證困難 ??

然而,這樣子世界第一的指標性建物,似乎離我們的居家生活有點遙遠,而認證和標章制度,又似乎有種跑公文或積點數的繁瑣感覺,這使得今日大部分人們也對綠建築感到陌生而有距離。但是,若細究今日對綠建築的定義與相關法規,會發現綠建築並沒有那麼遙不可及,而綠建築的改良重點,也不只是更省電而已。

根據內政部「綠建築標章申請審核認可及使用作業要點」,綠建築就是「兼顧生態(Ecology)、節能(Energy Saving)、減廢(Waste Reduction)、健康(Health)的建築物」,換句話說,就是「以人類的健康舒適為本,消耗最少地球資源與能源,產生最少廢棄物,讓人類與所處環境得以和諧共存的建築」。而一棟好的綠建築,會根據每個基地不同的特性(氣候、通風、採光、開口…等等),設計出對當地環境衝擊最小的適居空間。

既然提到了法規,也點名到了政府單位,我們再來看看最令人費思量的綠建築標章。我國的綠建築評估系統與標章制度(ecology,energy saving, waste reduction and health, EEWH),是以九大指標[7]作為綠建築判定與分級的強度依據:

  1. 生物多樣性指標:目前適用於1公頃以上之大型基地開發,目的在提升大型基地的生態品質,例如鼓勵以生態化的水池、河流創造水域生態環境,或是以原生植物、植栽多樣化以及維持既有良好生態的自然地貌來創造多樣性且穩定的生態環境。
  2. 綠化量指標:環境「綠化」除了可淨化空氣、美化環境以外,更關鍵的目的在於植物的固碳效果。因此,這項指標的評估方式則是把植物依固碳成效分為七個層級,估算建物基地中,每單位面積的實際固態效果做為評估標準。
  3. 基地保水指標:有別於傳統工法採用不透水鋪面,並利用地下水道系統將雨水迅速排出而增加防洪時的負擔。基地保水是指建築基地內自然土層及人工土層涵養水分及貯流雨水的能力,保水性愈佳,愈能維護建築基地內的生態環境並促進大地水循環的能力。並利用降低建物遮蔽率以及提升地質透水性為評估與改善方法。
  4. 日常節能指標:在建築物的建材生產到日常使用以及最終拆除的各個階段中,耗能最大的部分其實是日常使用的「空調」與「照明」,因此以此兩項的節能效果做為評估重點,例如建物設計的外觀、採光、日曬方位以及空調與照明的節能設備使用。這項指標也同時被定義為「夏季尖峰時期空調系統與照明系統的綜合耗電效率」。
  5. 二氧化碳減量指標:此指標是以建築物構造與建材製造所產生的二氧化碳來評估,將建材實際使用量與單位建材所排放的二氧化碳的積分作為指標「E CO2」,意味著在同等容積的建築物中,建材使用越少,以及選用愈經濟的建材,例如建物設計均勻單純避免挑高鏤空、選用鋼骨結構與再生建材等等,均可作為降低碳排放的方法。
  6. 廢棄物減量指標:此指標是評估建築物施工與拆除過程所產生的廢棄建材、棄土以及空汙揚塵。因此,引進自動化營建、建地開挖的棄土用作建材的「土方平衡」,以及施工過程的洗滌與防塵設施等等,不僅可減量廢棄物,也能提升工地附近的環境品質。
  7. 室內環境指標:室內環境指標則是著重於居住者的生活品質與健康要求。以「健康性」和「環境性」的角度來評估,例如良好的隔音、自然採光、具有空氣交換功能的空調系統,以及避免含有害物質的室內建材等等。
  8. 水資源指標:該指標則是評估該建物的「節水率」,例如透過節水器具的裝設、雨水與汙水再利用系統,來提升水資源的利用效率。
  9. 汙水垃圾改善指標:這項指標則是針對「環境衛生」品質控管,例如建築物的生活汙水是否排入汙水下水道,公共空間是否設有足夠衛生的垃圾清運、廚餘收集空間與資源回收系統。除了能有效控管居住者所製造的廢棄物以外,也能提升環境衛生來增進居住品質。

而判斷一棟建築物的綠建築程度指標,則是總和前面九項的評估數值,設計成一個滿分為100分的評分量表。若以公式來表達的話:

評估總分RS,為各分項RSi (i=1~9)的總和:

螢幕截圖 2015-03-22 17.17.33

分項分數RSi,為該項內的得分變距Ri,乘以該項的配分比重ai,並加上滿足基準值的常數ci

螢幕截圖 2015-03-22 17.18.45

前項公式的 Ri,是建物的設計值與指標基準值的絕對差值,和指標基準值的比例。大概可以理解為若一棟建物的設計成效高出大部分建物的基準值越多,則Ri也越高,此分項分數RSi也會越高:

螢幕截圖 2015-03-22 17.19.53

而配分比重ai,以及加上滿足基準值的常數ci則是根據2003~2009年共一千八百多件候選綠建築證書實例之得分分佈,調整後所得到的參數,由此將此分項分數的計算方式改寫為:

螢幕截圖 2015-03-22 17.20.43

舉例來說,某一所位於台南獲得黃金級綠建築的小學。在日常節能指標中的照明節能(EL)部分,獲得0.43的設計值,照明節能基準值為0.7。而照明節能這一項的配分比重ai為10.5,常數項ci為1.5。因此該項的得分即為5.5分。

而以此方式加總出來的總分RS,在候選綠建築中的得分成對數常態分佈。因此這項制度再取分數為20~90分,在此區間內得分數95%以上的為鑽石級、80%~95%為黃金級、60%~80%為銀級、30%~60%為銅級、30%以下為合格級。而低於20分的就不及格了…(所以前面提到的台南小學光靠照明就取得了及格分數的四分之一囉)

各等級得分界線一覽表 圖片來源:林憲德, 2012年版之綠建築評估手冊-基本型, 內政部建築研究所, 2012
各等級得分界線一覽表
圖片來源:林憲德, 2012年版之綠建築評估手冊-基本型, 內政部建築研究所, 2012

一般來說,取得綠建築認證的建築物,原則上必須保證未來40年的使用期間,省電20%、省水30%[8]。截至2014年年底,獲得綠建築標章之建物共有1427件,而拿到候選綠建築證書共有3445件[9],數量一直持續增加中。

所以看完評估方式,我們可以發現,綠建築並非一定都要裝設太陽光電,也並非要坐擁一大片綠地,更不是非要長得像模擬城市裡的未來建築不可。重要的是能否真正達到各項指標的實際效益。而雖然實際評分方式看似繁雜,但標章的取得並不會特別難,台灣的綠建築標章有著「合格容易,高得分難」的特質,近年來更因為優質綠建築的增加,致使五等級等分間距再度向上提升,使更多綠建築達到合格以上的標準。

而針對不同類型的建築物,EEWH評估系統也在2011年正式將建築物分成五大類:基本型(EEWH-BC)、住宿類(EEWH-RS)、廠房類(EEWH-GF)、舊建築改善類(EEWH-RN)以及社區類(EEWH-EC),並以基本型為共同參考之基礎,分別完成五類專用綠建築的評估手冊,使評估方式能有效針對不同類型的建築物做評估。

可是瑞凡,講了這麼多,我家就不是綠建築該怎麼辦 ?

雖然我們已能在這樣的新建物上取得指標性的成就,然而根據經濟合作暨發展組織(OECD)統計,到了2050年,全球約有80%的建築耗能來自2005年前蓋好的建築。而在台灣,既有建築物更占了全國建築物的97%。面對數十年內大部分的建物都還是既有建築的狀況下,我們勢必無法仰賴綠建築的新建做為因應氣候變遷的重要措施。因此,更應該要思考既有建築物的改善方式,以及居家生活器材的選用新標準。

除了今日民眾普遍有認知的選用節能標章產品、改用LED與T5燈具、選擇定時或變頻的電子產品等坊間較有充足討論的方式以外[10][11][12][13],筆者認為較少被關注的節能方法還有:居家通風設備與通風路徑的改善、冷氣管與熱水管加裝隔熱包覆、玻璃隔熱紙的使用、樓頂和外牆增加植栽覆蓋、以及公共場域將「提升生物多樣性和綠化比率」做為主要空間設計手法(而非單著重視覺藝術) ……等等,這些改善措施在今日並不算困難,且不僅能提高能源的使用效率以因應我國漸趨嚴峻的能源困境,也能提升健康與生活品質,對環境更有永續經營的效果。

Z > B,WHY NOT ?

回顧近年來國內公民營部門在綠建築的推動上,筆者認為或許是因為我國水電資源相對便宜且容易取得,再加上政策規劃不夠完善,致使民眾對於成本較高的節能家電、建材以及近期試辦的綠色電價等,使用意願均不高,更不用說要自掏腰包改善自家的通風路徑與空間格局。

然而隨著生存環境的挑戰加劇,以及環保意識的提升與普及,在可預期的未來中,若考量國內外相關碳稅、能源稅等開徵與碳排放外部成本,那麼綠建築成本的平價趨勢,以及避免不必要浪費的「減量設計」思維,將帶給綠建築更多價格上的優勢。如果最近有打算要買新房或裝潢的話,不妨把綠建築當成一項長期投資,只是投資的不是土地增值,而是地球的未來與更舒適健康的居家生活。

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[1] Apple Campus 2: the greenest building on the planet?, The Guardian, 2014

[2] 四倍數效益:暢銷書作家Ernst Ulrich von Weizsacker所提出「資源使用減半、人民福祉加倍」的理念。

[3] 第四公報-營造或施工費標準表 「附件一之十三 – 台南縣市」, 中華民國不動產估價師公會, 2011

[4] 周遵儒, 演色性, 國家教育研究院雙語詞彙、學術名詞暨辭書資訊網, 2012

[5] 綠色魔法學校

[6] 林憲德, 綠色魔法學校:傻瓜兵團打造零碳綠建築, 2010

[7] 林憲德, 2012年版之綠建築評估手冊-基本型, 內政部建築研究所, 2012

[8] 方偉達, 邁向綠色永續未來, 行政院環境保護署, 2013

[9] 綠建築標章/節約效益, 財團法人台灣建築中心, 2014

[10] 張楊乾, 五成電費 他們省下了, 低碳生活部落格, 2008

[11] 陳胤安, 創意綠生活 建築的永續方案, 環境資訊中心, 2007

[12] 省能小秘訣, 節能標章全球資訊網

[13] 邱繼哲, 好房子2, 2011

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關於作者
IMG_2033江佳芸
成大土木系三年級,不折不扣的柯南迷。宇宙是內心的信仰,希望有一天頭殼下的左腦和右腦能和平共存。
 
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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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好木材不用嗎?幫地球減碳的「木建築」正夯——《一生必修的科學思辨課》
天下文化_96
・2021/08/19 ・2332字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 作者 / 江才健

自 2000 年左右,在加拿大等幾個國家,開始建造一些高樓層的木造建築,這些建築反映了近代建築技術的進展,也反映出人類面對宇宙環境的思維改變,支持木建築的這些「思維先行者」,一方面強調木建築在建築結構上的優勢,同時搭上近年流行成風的全球暖化現象,大力宣揚木建築在抑制碳排放方面的貢獻。

最古老的木建築

目前世界上一些比較著名的高樓層木建築,除了 2014 年在加拿大喬治王子市,高 30 公尺的八層木建築,還有 2015 年挪威蓋的 52.8 公尺高層木樓,2016 年加拿大英屬哥倫比亞大學蓋了 53 公尺高的木造學生宿舍,2019 年奧地利在維也納建成高達 84 公尺,包括飯店、公寓以及辦公室的木造高樓,美國則是 2016 年在明尼阿波里市開始,陸續還要在波特蘭以及紐約市建造木質高樓。

木質高樓並不是近代產物,到目前為止,世界上最古老的木造建築是山西應縣木塔,這個木塔始建於遼代,有一千年歷史,67 公尺的高度也還是目前最高的古木造建築。這個稱為「佛宮寺釋迦塔」的木塔,在山西北部靠近北嶽恆山的應縣,1992 年頭一次去中國大陸,有機會到山西參遊,曾經登臨應縣木塔,當時站在塔上,見四野低矮房舍,遠眺沃野平沙的北國景色,至今記憶猶深。

佛宮寺釋迦塔 。圖/維基百科

其實中國的木建築素有傳統,那回在山西的五台山,也看到更早建於唐代的佛光寺,佛光寺是目前保存最完整也最大的木造建築,這種木建築的建造技術,歷代累積,到北宋由李誡彙編成《營造法式》一書,成為木建築工藝智慧集大成的經典著作。《營造法式》總結了木造建築工藝的實作經驗,雖說對木造結構的施作提出規範,卻依然保留極大的隨意性。

在《營造法式》中討論的木造建築工藝,對於檐梁斗拱,頂柱結構的施作,都有其規範,特別的是利用木質材料的特質。木結構的結合,不用外加釘粘,是以榫卯接合,保持木質材料的彈性特質,充分利用自然巧力,也使木建築具有對抗如地震外力的彈性,展現中國木建築的豐富創造力,以及其背後的一種宇宙思維傳統。

會呼吸的木建築比鋼筋水泥更環保

近代的木造高層建築,雖說材料是採用了木材,但是其技術則是沿襲著近代建築科技的思維。工程師主要以特殊膠合方式開發出強應力的層板,這些交叉層壓板應力強,重量輕,可以準確切割,用於建造木建築的不同結構,以技術理論來說,這些木結構建造建築可以達到的高度,應該沒有局限。

木建築本來的一個弱點,是容易燃燒,歷史上也曾經在倫敦、紐約等城市發生大火,現代的木材質建築,比起不可燃材質的建築,遭火焚的損害容易預見,而且木質外層炭化後能保護內層免於祝融,不會有鋼材熔化和混凝土脆化問題,更能夠保持結構完整。

木質材料易燃,是作為建材的一大弱點。圖/Pixabay

木質建築近年受到重視的一個原因,與全球暖化的碳排放問題有關。木材本來可以蓄存碳,如用於燃燒,其中所蓄存的碳就回到大氣之中,木材如用於建築,碳就一直蓄積其中。目前人類使用的木材,只占森林增長的 20%,推廣木建築並不會造成大的問題,而且生產鋼材與混凝土所造成的大量碳排放,更不利於控制暖化問題,會呼吸的木建築,正是目前當令的綠建築,冷卻與加熱需要的能量,比起混凝土鋼材建築都更為節省。

推動木造建築目前主要是在美國與歐洲,美國的鄉間住宅 80% 已是木造,開採木材大約是每年森林增長的三分之一,歐洲多數建築使用的還是鋼材與混凝土,根據一份芬蘭政府的報告,歐洲利用木材於建築到 2010 年只增加了 4%,還有不少增長空間。

傳統思維與現代科學的揉捻

在這些技術性的問題背後,其實有一個更為根本的自然思維問題。中國長久以來的木建築傳統,孕生自文化傳統對於宇宙的思維,那就是「厚生利用」,建築房舍木材的供取講究平衡,所謂「斧斤以時入山林」,對於木材的使用,也是因勢採擷,在木造結構中也充分利用各種木質材料,所謂的榫卯接合正是出於此一思維。

這樣的宇宙自然思維,其實與西方科學思維大為不同。近代科學講究的,是究簡近因果以達立竿見影之效,由物質宇宙的觀察入手,到理論模型的建構,莫不如此,在建築技術方面,也是以加大建材抗應力安全係數方式,完成建築物的建構,其結果是建築物完成快速,卻沒有講究所謂的結構最佳化。我們可以看 20 世紀大蓋的河川水壩,那正是近代鋼材混凝土建構技術的產物,這些大量構築的水壩,確實很快發揮蓄水防洪以及發電的多重效果,但是卻也很快出現負面後果,譬如河流生態的巨變,而蓄集水庫的淤積情況,甚至危及水壩安全到不得不拆除的地步。光以美國為例,在全國的大約八萬五千座水壩中,半數已不能發揮原來的預期功效,自 21 世紀以降,拆除的水壩已經超過一千一百多座。我們可以舉一個不同的例子,那就是在四川成都平原的都江堰,這個攔截利用岷江河水的水利設施,並沒有採行強力的攔蓄,而是因勢利導的順應自然之力,達到分洪和灌溉目的,雖說近代都江堰也增加了小的水壩,但整體上依然維持原本順水利導的思維。這個戰國時代由李冰父子修築的水利設施,竟能歷兩千年持續發揮功效。

如何由《營造法式》和都江堰的自然思維,看到傳統文化的木建築智慧,超越當前木建築新趨勢所依循簡近因果、立竿見影的近代工程科學思維模式,是很值得我們思考的。

——本文摘自《一生必修的科學思辨課》,2021 年 6 月,天下文化出版
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空汙來襲,創客爸爸們打造「空氣盒子」替環境把關
Research Portal(科技政策觀點)_96
・2019/04/12 ・5039字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 作者/王宣智

空汙影響大,睡眠、智商都受其害

世界衛生組織發表「亞太地區空氣污染狀況」報告指出,全球每年有 700 萬人死於因空氣污染而引發的疾病,其中 60 萬人為兒童3

研究資料指出馬德里的空氣污染對於肺健康的傷害,其汙染程度相當於每天抽超過兩包煙8。類似的結果也出現在台灣,抽煙人口呈現持續下滑,竟然沒有減緩我國罹患肺癌的人數,近幾年肺癌的患者每年仍持續上升。

日益嚴重的空氣污染不只改變了生活環境,對民眾的生活、求職競爭力造成影響。空氣污染造成問題不僅僅是毒物體造成的生理損害,還會對心理健康、認知能力造成嚴重的負面影響。空氣污染會讓睡眠呼吸障礙加劇,在睡眠過程呼吸不順暢將會影響睡眠的品質,長期睡眠品質不佳,還會影響學習的表現11。吸入高濃度的污染物,甚至會造成智力下降或受損,依據分析 2012~2014 年間近 32,000 名中國人的智力測驗結果發現,曝露在污染空氣中時間越長,智力測驗的分數越差,其中語言及數學測驗的分數與空污程度成反比9

日益嚴重的空氣污染不只改變了生活環境,對民眾的生活也造成影響。圖/pixabay

空氣污染除了影響智力外,也對學童課程學習產生了影響,因為空氣品質不佳,被迫取消戶外課程,導致學童缺乏充足的體能活動,影響體力與健康。長期處於空氣品質不良區域的部分國小,空污影響未達停課的標準,但是欠佳的空氣品質讓家長擔心,甚至要求學童需要戴著口罩上體育課10。空氣污染對民眾已經不再是簡單的環境污染問題,空氣污染造成認知能力與學習能力退化,將影響民眾的就業力與競爭力,在知識競爭的時代,民眾認知與學習能力退化,甚至危及國家的整體競爭力。

空氣污染日漸嚴重,過去號稱因東北季風帶來境外的污染,但最近幾年,吹東南風的夏季,空污仍然常常超標。政府雖然提高交通工具的環保標準,降低交通工具排氣的污染影響,但我國整體空氣品質仍呈現不佳的情況。2017 年空氣品質指標 (AQI) 良好日數超過半年的縣市僅有六個,而南投縣、雲林縣、嘉義縣、金門縣的居民每年只有不到三個月的空氣品質為良好,以高雄市為例,在 2017 年竟有高達 130 天空氣品質屬於不健康等級14

汙染成分落差大?只看平均值是不夠的!

在面對空氣污染問題時,民眾需要的是預應式措施:在預估空氣品質未變差之前,即通過管制排放等相關辦法,讓民眾呼吸的空氣能夠維持在無害的水準。然而,空氣污染預測系統的建構,需要大規模的空氣品質數據與分析研究,正如同氣象學相關研究一般,充足的分析資訊,建構適宜的分析預測系統,驗證推論與修正等持續不斷的過程,方能建構完備的預估模式。

過去台灣因為缺乏足夠的空氣品質偵測站、長時間且持續監測資料,因此對於污染源的掌握,都是在有限的科學資料基礎下建構出來的推論。

研究學者因研究需要,在特定時間、特定位置擺設儀器收集空氣品質資料,輔以政府的空氣品質測站的資料,推斷出台灣特定區域空氣污染巨觀的狀況。巨觀的資料可以提供旅行出遊的參考,但是對於民眾的日常生活,卻無法提供趨吉避兇的指引。空氣品質監測網的橋頭偵測站資料代表著高雄市橋頭區 25.94 平方公里的空氣品質平均值,但是臭氧、PM2.5、PM10、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮的濃度在 25.94 平方公里的區域卻是不均勻的,民眾更想了解的是,居住地附近的空氣品質。

民間力量崛起,創客爸爸們的「空氣盒子」

推動自主空氣品質監測行動的是一群新手爸爸,多數是因為家有過敏兒,才特別注意空氣品質的問題,通過號召各縣市的創客,匯聚了來自十九個縣市,共四十位創客參與製作微型偵測站,以偵測自家周遭的空氣品質。針對空氣污染問題已日漸嚴重,由科技社會、民間團體發起了參與式感測行動,以感測器與網路做為載體,通過開放資料與數據分析的方法,透過群眾觀察所得的數據,找出空氣污染問題的樣貌7

因為家有過敏兒,一群新手爸爸合作推動了自主空氣品質監測行動。圖/pixabay

空氣盒子就在這樣的背景,由創客社群和新手爸爸們所建立的 PM2.5 環境感測。高密度的建置微型感測器,才能夠掌握生活周遭的空氣狀況,民間業者適時提供資金的捐助與協助產品開發,讓空氣盒子在 2016 年正式銷售,讓非創客、不會自行組裝的一般民眾也能夠參與到自主空氣品質監測計畫。空氣盒子發展近兩年,2017 年中研究參與空氣盒子計畫的研究人員獲得政府「前瞻計畫」民生物聯網的經費補助,以用來擴充空氣盒子設置站點及較早期空氣盒子的修繕。

民間數據 vs. 官方資料,誰測的才準?

在第十次全國科技會議時政府已承諾要增加空氣污染的偵測站,強化空氣品質偵測,但是弔詭的是,在第十次全國科技會議有人建議要建立平台串聯政府與民間的資料,形成更強有力的預警系統時,官方代表的回答竟然是:

民間的免費設備偵測資料可靠度較差,偶有測錯、誤報的問題,因此採取的作法為由主管機關逐步建立高精準偵測站,佈建台灣的官方的空氣品質偵測系統。

我國政府後來通過前瞻計畫的通過民生物聯網經費,支持了自主空氣品質監測計畫,讓其計畫從創客自主行動轉變為產官學研與公民的共同合作,但也因為前瞻計畫經費的支持,致使空氣品質監測計畫需受到立法院的監督。

在立法院審查 2019 年政府預算時,立法委員曾針對空氣盒子精度未能符合分析化學的敏感度、準確性及穩定性原則,其量測方法未採用較嚴謹環境工程規範,及空氣盒子量測的部分結果與政府空氣品質偵測站之數據有明顯差異等,提出了質疑。立法委員提到了一般民眾對於空氣品質量測技術差異缺乏深入的了解,且空氣品質監測計畫執行網頁上,缺乏說明空氣盒子測站與政府標準空氣品質測站兩者感測值差異之原因,當民眾在不了解差異的前提下,易將兩者數據結果視為相同,若自行資訊解讀錯誤甚至可能產生恐慌效應,因此提出應暫緩核發空氣品質監測計畫次年度的研發經費的建議6

由下而上改變社會,業餘的科學行動

針對空氣盒子量測精度的問題,筆者認為應先探討空氣盒子行動的動機與目的:提供一個即時追查 PM 2.5 濃度變化的設備,並透過開放資料和數據分析,即時追查空氣品質變化,協助預測空污擴散趨勢。換言之,空氣盒子的民眾自主行動,是透過業餘者的科學行動,補足研究過程仍欠缺的資料。

運用公眾力量,協助收集科學數據,再由專業研究人員分析數據,形成研究成果一事,在國際已經行之有年,例如韋爾斯.伍德布里奇.庫克發起的北美鳥類物候學計劃 (The North American Bird Phenology Program )或奧杜拜學會的聖誕節鳥類統計 (The Audubon Society’s Christmas Bird Count),研究資料即運用公眾的力量協助收集,再交由研究人員分析,最後產生了鳥類種群和生物多樣性指標1

奧杜拜學會的聖誕節鳥類統計,也是運用公眾力量,協助收集科學數據的民間科學活動之一!圖/pixabay

這種業餘者參與的科學研究活動被稱之為公民科學 (Citizen Science),或社群科學 (Community Science)、群眾科學 (Crowd Science)、眾包科學 (Crowd-sourced Science) 或網絡科學 (Networked Science )等,泛指由業餘科學家、非領域專家、科學愛好者與志願者參與的科學活動,範圍包括科學問題的探索、新技術的發展、研究資料的收集與分析等15。公民科學透過協同合作模式,實現科學研究目標,主要由專業科學家規劃,一般大眾有系統地參與全部或部分的科學研究,擴展資料收集的廣度與數量。

業餘者的公民科學行動,除了協助科學調查完整性外,也會促成社會改變。美國紐約州的托納萬達 (Tonawanda) 市擁有紐約州大型工業設施,居住此區的民眾多數患有慢性病,在 2004 年時當地居民注意到空氣品質與社區的慢性病可能有關,因此居民開始使用簡單的設備收集空氣樣本並嘗試分析,發現空氣中具有高濃度的苯。居民依據調查結果,讓紐約環境保護局執行進一步的空氣品質測試,並確定污染來源,促使相關公司增加洩漏偵測裝置與採取污染防治手段17,最終讓空氣中的苯含量降低86%。

多方合作,空氣監測不該分你我

台灣空氣品質監測服務計畫的參與者有民間業者 Edimax、開源和公益社群 LASS、中央研究院、g0v 零時政府組織社群、環保署、一般民眾或機構等,參與的方式包括了硬體的開發與改善、開發共同性的連接介面、設置空氣品質監測站,並分享即時空氣品質資訊、雲端平台資訊的收集整合、空氣品質呈現的模式與優化等,讓政府、民眾、企業或開源碼社群,分享部分的空氣品質監測資料,並進行串聯。

在空氣品質的呈現上,軟體社群的參與者開發出整合空氣品質資訊、地圖資料與 NCEP 氣象資訊的軟體平台,讓民眾透過網頁或手機應用程式,即可隨時監看各據點的空氣品質資訊,進階的使用者甚至可以通過風向資訊,自行推測空氣品質的變化。

從公民科學的角度來看,空氣品質監測活動是另一種大規模的公民科學協同合作模式。圖/flicker

從公民科學的角度來看,空氣品質監測活動是另一種大規模的公民科學協同合作模式,產官學研與民眾透過不同的方式,參與到了空氣品質監測的任務中,並透過可溝通的應用程式資訊接口(API),讓空氣品質監測行動的參與者,分享彼此的監測資料12

收集到的空氣品質資料,提供給研究人員做為空氣品質分析或建立空氣品質預測模型使用,如張艮輝 (2018) 的社群式多尺度空氣品質模式 (CMAQ) 或莊秉潔 (2018) 的高斯煙流軌跡模式 (GTx),期望研究者能夠通過空氣盒子行動所收集到的空氣品質變化數據,找到適宜台灣的空氣品質預測模型,建立可有效預測空氣品質的完善系統,讓台灣民眾能夠如同獲天氣預報一般,取得準確的空氣品質預報資訊。

善用大數據,盡早防範空氣汙染

空氣污染問題不再僅僅影響民眾呼吸道健康,同時還影響著人們的睡眠、學習能力、語言認知與數學能力,造成民眾學習能力弱化,從長遠來看將會影響著國家的科研競爭力或國家競爭力。

在面對空氣污染問題時,民眾需要的是預應式措施而不是反應式措施,期待在空氣品質變差前,即通過管控措施降低空污的影響。然而,空氣污染預測系統,需要大規模的數據與研究,驗證分析空氣品質預測系統。空氣污染是令人苦惱的環境議題,但是台灣卻因為空氣品質測的公民科學運動,成為發展空氣品質預測模式最佳的基地,以極高的密度建置了微空氣品質監測站—空氣盒子,累積了大量空氣品質資訊,可作為發展空氣品質預測系統的基礎。

自主空氣品質監測行動是一種新形態的公民科學,業餘者不再是被動式的參與科學研究,通過主動式定義社會問題,串聯技術社群,建立收集數據的工具,累積科學研究資料。因為,新公民科學的漸漸成型,未來科學研究將由數據缺乏問題轉換為分析人才缺乏,正如空污議題在台灣,不再是缺乏數據,而是缺乏活用數據並轉換為有效的預測模式的人才。

參考資料

  1. Akiko Busch. (2018). 意外的守護者:公民科學的反思. (王惟芬譯) (初版). 新北市: 左岸文化
  2. Pseric. (2017). 空氣盒子 EdiGreen AirBox 即時監測台灣各地區 PM 2.5 空氣品質資訊
  3. 民視新聞. (2018a). WHO最新數據!每年700萬人死於空污疾病
  4. 民視新聞. (2018b). 空污影響智力?國際研究:髒空氣讓人變笨
  5. 立法院. (2018). 立法院第9屆第6會期教育及文化委員會第8次全體委員會議
  6. 李秉芳. (2018). 「空氣盒子」錯了嗎?數據和環保署的不一樣,立委說要刪預算惹議
  7. 林婷嫻. (2017). 空氣盒子推手:空氣變髒了,難道沒有辦法嗎?
  8. 陳文茜. (2017). 印度空氣汙染超上限30倍,對肺的損害超過每日吸兩包香菸.
  9. 陳豐偉. (2014). 台灣該放「空污假」!空氣太髒會害老人失智、小孩變笨.
  10. 黃旭磊. (2017). 空污嚴重一年只剩20天可上戶外課?高市府駁斥
  11. 黃筱珮. (2016). PM2.5真恐怖!北醫研究發現,空汙會致睡眠呼吸障礙、還會變笨
  12. 零時政府組織. (2018). g0v 零時空汙觀測專案
  13. 維基百科. (2018). 公眾科學. In 維基百科
  14. 環保署. (2018). 空氣品質指標
  15. Gura, T. (2013). Citizen science: amateur experts. Nature, 496(7444), 259–261.
  16. Phys.org. (2018). Air pollution kills 600,000 children each year: WHO
  17. Ron Williams. (2016). The Air Sensor Toolbox | Citizen Scientists Measure Air Quality
  18. Wikipedia. (2018). Citizen science. In Wikipedia
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