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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

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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?

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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。

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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。

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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:

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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。

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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。

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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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廖英凱
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非典型的不務正業者,對資訊與真相有詭異的渴望與執著,夢想能做出鋼鐵人或心靈史學。 https://www.ykliao.tw/

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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 BRITA 合作,泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎?

如果你回到兩百年前,試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水,可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐,氣味刺鼻,甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」,當時的人們雖然知道水不乾淨,但卻無力改變,導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

幸運的是,現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物,但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰,哪些技術真正有效?

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19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展,面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊,甚至未經處理的地下水,導致傳染病肆虐。

1854 年,英國醫生約翰·斯諾(John Snow)透過流行病學調查,發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關,這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度,促使公衛政策改革,加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初,英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒,成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率,這一技術迅速普及,成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾,尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後,惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年,後藤新平出任民政長官,他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設,對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題,他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓(William Kinnimond Burton) 來台,規劃現代化的供水設施。在雙方合作下,台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年,全台已有 16 座現代水廠,有效改善公共衛生,為台灣城市化奠定關鍵基礎。

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圖片來源/BRITA

進入 20 世紀,人們已經可以喝到看起來乾淨的水,但問題真的解決了嗎? 科學家如今發現,水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物,甚至微量的內分泌干擾物,這些看不見、嚐不出的隱形污染,正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此,濾水技術迎來了一波科技革新,活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透(RO)等技術相繼問世,各有其專長:

活性碳吸附:去除氯氣、異味與部分有機污染物

離子交換樹脂:軟化水質,去除鈣鎂離子,減少水垢

微濾技術逆滲透(RO)技術:攔截細菌與部分微生物,過濾重金屬與污染物等

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這些技術相互搭配,能夠大幅提升飲水安全,然而,無論技術如何進步,濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯,決定了水質能否真正被淨化,而現代濾水器的競爭,正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是,最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能?

濾芯的壽命與更換頻率:濾水效能的關鍵時刻濾芯,雖然是濾水器中看不見的內部構件,卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例,其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂,能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質,並過濾鉛、銅等重金屬,同時軟化水質,提升口感。

然而,隨著市場需求的增長,非原廠濾芯也悄然湧現,這不僅影響濾水效果,更可能帶來健康風險。據消費者反映,同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯,顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全,建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯,避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙,正面則可看到 BRITA 商標,以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計,底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節,才能確保濾芯發揮最佳過濾效果,讓每一口水都能保證潔淨安全。

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濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計 (圖片來源 / BRITA)

不過,即便是正品濾芯,其效能也非永久不變。隨著使用時間增加,濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞,導致過濾效果減弱,濾水速度也可能變慢。而且,濾芯在拆封後便接觸到空氣,潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯,不僅會影響過濾效能,還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質,形成「過濾器悖論」(Filter Paradox):本應淨化水質的裝置,反而成為污染源。為此,BRITA 建議每四週更換一次濾芯,以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題,BRITA 推出了三大智慧提醒機制,確保濾芯不會因過期使用而影響水質:

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈:即時監測濾芯狀況,顯示剩餘效能,讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒:掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間,自動提醒何時該更換,減少遺漏。

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3. LINE 官方帳號自動通知:透過 LINE 推送更換提醒,確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天,濾芯已不僅僅是過濾裝置,更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備,成為了健康生活的關鍵。

人類對潔淨飲用水的追求,從未停止。19世紀,隨著城市化與工業化發展,水污染問題加劇並引發霍亂等疾病,促使濾水技術迅速發展。20世紀,氯消毒技術普及,進一步保障了水質安全。隨著科技進步,現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術,去除水中的污染物,讓每一口水更加潔淨與安全。

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(圖片來源 / BRITA)

今天,消費者不再單純依賴公共供水系統,而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如,BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求,從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題,去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%,並通過 SGS 檢測,通過國家標準水質檢測「可生飲」,讓消費者能安心直飲。

然而,隨著環境污染問題的加劇,真正的挑戰在於如何減少水污染,並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具,更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備,它象徵著人類與自然的對話,提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利,更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源,且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

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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

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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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近零碳建築新趨勢:從節能創意到 2050 淨零轉型
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・2024/10/23 ・3701字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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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?

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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?

綠色魔法學校。圖 / 內政部建築研究所

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。

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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?

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。

綠色魔法學校的特殊煙囪設計,玻璃引入太陽光。圖 / 泛科學攝影畫面截圖

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。

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綠色魔法學校館內動畫-室內通風排熱補冷。圖 / 泛科學攝影畫面截圖

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。

綠色魔法學校透過屋頂植栽與造林改善微氣候。圖 / 綠色魔法學校

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。

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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。

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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。

建築能效標示。圖 / 內政部建築研究所

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。

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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。

淨零建築路徑。圖 / 內政部建築研究所。

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。

圖 / 台達電瑞光大樓 II
圖 / 國泰人壽臺中烏日商辦大樓

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。

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