營建化學綠建材專題報告.doc

9911112營建系一B紀延璋營建化學綠建材專題報告一、 前言 人為溫室氣體 主要來源二氧化碳（CO2）甲烷（CH4）一氧化二氮（N2O）氯氟碳化合物(CFCs)臭氧(O3)燃燒化石燃料或其他有機物垃圾掩埋場內(nèi)、畜牧業(yè)排洩物等有機物分解燃燒固體廢棄物與化石燃料、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動冷媒、發(fā)泡劑、清洗劑及推進劑氮氧化合物，經(jīng)光化學作用而產(chǎn)生臭氧溫室氣體的另一個特性是它們在大氣中的生命期相當長，二氧化碳為50200年，甲烷1217年，氧化亞氮為120年。這些氣體一旦進入大氣，幾乎無法回收，只有靠自然的過程讓它們逐漸消失。由於它們長時間地存在於大氣中，產(chǎn)生的溫室效應影響是長久的而且是全球性的。即使人類立刻停止排放所有的人造溫室氣體，從工業(yè)革命之後累積下來的溫室氣體仍將繼續(xù)影響地球的氣候。 二、二氧化碳的問題一個多世紀以來，由於人類大量地燃燒石化燃料以及砍伐森林，已使得大氣中二氧化碳的濃度增加。隨著二氧化碳含量的增加，將導致全球性顯著的暖化趨勢和極區(qū)冰層的崩解。 僅僅是南極西部冰原的崩解，便足以使海水面升高四至六公尺；如此一來，將會淹沒全世界各地的港口、海岸城市及其他低窪地區(qū)。至於未受海水覆蓋的海岸區(qū)，也將受到更劇烈的侵蝕作用、間歇的氾濫和鹽侵的威脅。海水面的上升，也將使河流及海灣的水面及鹽度升高，因而威脅到橋樑及河堤的安全。而水生動物、植被和人類的生活，也都會受到影響。臺灣的精華地區(qū)都在西部沿海，水面只要上升三公尺便足以淹沒主要港口設備。沿海之堤防，橋樑，鐵、公路亦將受到嚴重影響，曾文溪出海口更將往內(nèi)陸退卻十五公里之遠。雖然海洋被認為是人類製造出來的二氧化碳的儲存槽，但是有關其增加量之定量的相關探討極少，而且也僅止於對海水表層，或是對有相同來源的深海水的探討。因此之故，大部份關於二氧化碳的空氣海洋交換，以及其在全世界海洋中的分佈的知識，皆來自間接資料的探討，便使用放射性追蹤劑氚(超重氫)、碳-14及氡。其他的追蹤劑倒很少被使用。到目前為止，從這些追蹤劑在多種模型上所得數(shù)據(jù)的應用非常成功。然而，過量二氧化碳在二度空間的分佈情形無法由這些模型中得到。甚至某些模型的適用性還有問題。此外，過量的二氧化碳，尚可由海洋中的碳酸鹽的資料直接尋得。1958年到1962年間的核子彈試爆，將大量的氚和碳-14射入了大氣，而提供了海洋學兩種重要的追蹤劑，以估計空氣海洋的交換速率，以及深海中水團的移動。通過海洋表面的空氣海洋交換的速率（一天數(shù)公尺）雖然比起要達到碳酸物之間的平衡所需要的時間慢得很多，它在阻礙深海水吸取過量二氧化碳上，並非速率決定步驟；速率決定步驟乃是更慢的垂直混合速率。關於垂直混合速率，由氚及碳-14的探討中已經(jīng)提供了重要的資料。垂直混合速率已被廣泛地利用氚及碳-14來追蹤，而加以探討，於1972年在西大西洋的GEOSECS探勘期間所做的氚及碳-14之短期資料清楚地顯示出，氚在核彈試爆後的廿年內(nèi)，已經(jīng)滲透到北大西洋北部的海底了。有關碳-14的分佈結構與氚的情形類似，北大西洋北方年代較近的海水滲透的較深入（負值較?。?，但是在靠近南極的地區(qū)則無此現(xiàn)象。多氟氯烷類的資料其分佈的情形亦類似於氚的情形。這份短期資料提供了我們一個在1972年有關氚及碳-14滲透情形的生動印象。最近在北大西洋的探勘，利用可變追蹤劑所收集到的氚的資料指出，在深海及海底之水中的氚量已往南移動了約緯度八度左右。這種更進一步的滲透反映出應有更多的二氧化碳也滲透入北大西洋的深海中。然而將追蹤信號轉變成二氧化碳的信號是無法準確的，因為這種轉換隨著模式的不同而異。這種不準確性不僅存在於氚的情形，同時也存在於所有經(jīng)由間接方法以獲取資料的模式。譬如1960年時Broecker認為北大西洋深海海水每700年循環(huán)一次，利用新的碳-14數(shù)據(jù)，Stuiver等人估計每230年循環(huán)一次。同樣的數(shù)據(jù)Broecker卻推算出每100年循環(huán)一次。五年後，還是利用同樣的數(shù)據(jù)，Broecker等人又認為300年才對。不過，雖然說這些方法有這麼多問題，還是有其參考價值的。假如有一原來在表層的海水，後來經(jīng)由對流而被轉移到深海中的某一點上，而後該點又被取了樣並做了分析，則所測量出來的總二氧化碳濃度會高於原來的值。因為有部份的有機物質及碳酸鈣被分解於其中?？扇芙獾奶妓徕}的量，可以由鈣離子之濃度或滴定總鹼度看出。而所分解約有機物質之量，也可以從其中的氧濃度反映出。因為滴定總鹼度及氧都很容易測量，因此目前的工作仰賴著對這兩種濃度的測定以提供這份海水在離開其原來的表層後，轉變到深海間的變化。在另一方面，雖然鈣離子資料的應用並不比滴定總鹼度資料差，但是因為較難以測量，因此較少使用。在北大西洋的北端，由於水團受冷卻下沉到海底，石化二氧化碳隨著下沉海水由海面進到海底。由於湧升流的影響，赤道附近受到的影響較小，只滲透到一千公尺左右。在南緯四十度左右，由於南極中層水往下沈，使得石化二氧化碳也跟著沈到超過1800公尺的地方。再往南時，強大的南極湧升流，又把底層沒有受到石化二氧化碳污染的海水往上堆。受污染的海水，甚至不超過兩百公尺厚。一般說來，由於海流的影響，污染的海水在大西洋的西邊沉得較東邊為深。在太平洋裡，和大西洋不同的地方，是太平洋北邊的海水受冷卻的程度不夠，因此冷水無法下沉到海底。二氧化碳污染的程度也就沒有大西洋那麼嚴重。在北太平洋只有一小塊地方1200公尺深的水受到污染。太平洋其它地區(qū)的分佈與大西洋類似。在赤道周圍及南極洲附近，由於湧升流的影響，受污染的海水不超過兩百公尺厚。而在南緯四十度左右，南極中層水帶著二氧化碳下沉到較深的地方。一般來講，太平洋受到影響的深度要比大西洋來得淺些。一般來講在印度洋二氧化碳下侵的深度，介於太平洋與大西洋之間。由於印度洋北邊沒有冷水，西北印度洋之中層水，來自高溫、高鹽之紅海。紅海從上到下全部都已受到石化二氧化碳污染。二氧化碳上昇，除了增高海平面外，還可能使得海水的酸性增加，而使得海洋生態(tài)產(chǎn)生變化，也使得珊瑚礁及石灰?guī)r較易溶於海水。自然界對二氧化碳之增加所造成的複雜反應也可以由海洋之循環(huán)、海洋之生態(tài)系統(tǒng)、碳酸鈣之溶解的巨大變化中反映出來。譬如在南半球海洋中海冰所覆蓋的面積可大到二千一百萬平方公里。在我們能測定冰如何影響到很重要的碳循環(huán)鏈之前，必須要先了解這些冰之中，到底有多少間隙可以供二氧化碳滲透。目前所有的氣候模式，均考量到氣候與海冰之間的相關性，因為冰具有很大的反射性，其存在與否會改變表層太陽能的平衡，而使得氣候的變化會更為顯著。另一方面，由於二氧化碳所引發(fā)的全球性暖化，而造成海冰的減少，可能會因為有較高的光度而強化生物的活性，致而減低了大氣二氧化碳的濃度。更多的過量二氧化碳也可能滲透入兩極的海中，而降低了溫室效應，這些回饋機制以及它的重要性，尚需要進一步的加以評估。Kellogg於1983年，在假設人類持續(xù)使用石化燃料的情況下，設計了五種回饋環(huán)，分別代表了五種控制二氧化碳濃度的不同條件組合。這五個環(huán)是(1)二氧化碳海洋循環(huán)海水上湧，(2)二氧化碳海洋穩(wěn)定度冬天海水下竄，(3)二氧化碳北極的海水北極的生物群，(4)二氧化碳降雨的分佈赤道生物群，(5)二氧化碳凍原(Permafrost)凍土地帶之生長與衰褪及凍原甲烷之放出。在這五環(huán)中(1)、(2)及(5)環(huán)均產(chǎn)生了擴大大氣二氧化碳之增加率的淨結果，而(3)環(huán)及(4)環(huán)牽涉到北極及赤道地帶生物群的變化，產(chǎn)生了些許的降低二氧化碳增加率的結果。Kellogg警告，由於二氧化碳的增加可能使氣候變化加速。2.1綠建材 二氧化碳綠建築概念最早可追溯至1970年代兩次石油危機，由於能源短缺，油價暴漲，先進國家開始進行節(jié)能、省能的研發(fā)。1990年起，由於全球暖化及環(huán)境變遷問題日益惡化，追求永續(xù)發(fā)展形成綠建築主流。 在防止全球暖化的議題中，與建築業(yè)息息相關的就是綠建築的規(guī)範。臺灣在綠建築的法令規(guī)範標準，可以說是全世界最高的，只不過因為法令規(guī)章通過的時間還不長，全面普及度尚不足。 綠建築的規(guī)定影響範籌很廣大，包括建材與建築設計都在規(guī)範之內(nèi)。在建築設計上，由於臺灣身處亞熱帶地區(qū)，只要適度的縮小建築開口，就能避免陽光直射入室內(nèi)，減少對冷氣設備的使用，達到降低耗能與製造二氧化碳等問題。 不過，縮小建築開口對通風會有影響，所以建築設計上通常會開深凹窗，並且在外面設計陽臺，才能讓陽光斜射，不直接照射進室內(nèi)，減少對冷氣的需求。透過減少耗能耗電，才能降低火力發(fā)電過程會排放的二氧化碳。 對舊建築物來說，一般住宅很難適用綠建築的規(guī)定，也不容易改善。唯有大型商業(yè)或者公共空間，遇到變更使用時，依法必須申請裝修許可，就會被要求符合新的綠建築相關規(guī)定。 要防止暖化、減少二氧化碳的排放，還有一個很重要的議題，就是減少許多建材生產(chǎn)過程的二氧化碳排氣量。但是這個部分並不是建築領域的專業(yè)，必須要靠研究單位進行監(jiān)控。 一般家庭能做的，就是儘量不要將陽臺外推，以免陽光直接照進陽臺外推之後的室內(nèi)空間，造成大量使用冷氣設備。在耗電之餘，還會衍生前面提到的二氧化碳問題。 臺灣於1997年推出綠建築及居住環(huán)境科技計畫，1998年訂定臺灣亞熱帶氣候專屬的綠建築評估指標系統(tǒng)。綠建築政策為簡化、量化的目的，原本只採用綠化、基地保水、日常節(jié)能、CO2減量、廢棄物減量、水資源、污水垃圾改善等七大指標，作為綠建築草創(chuàng)期的評估體系。後來再加入生物多樣性指標與室內(nèi)環(huán)境指標，組成新的綠建築九大評估範疇，作為最新綠建築評估主軸。 這九大指標為生態(tài)（含生物多樣性、綠化量、基地保水三指標）、節(jié)能（日常節(jié)能指標）、減廢（含CO2及廢棄物減量二指標）、健康（含室內(nèi)環(huán)境、水資源、污水及垃圾三指標）四大部分，簡稱EE-WH系統(tǒng)，並將我國的綠建築重新定義為生態(tài)、節(jié)能、減廢、健康的建築物，而建築技術規(guī)則綠建築專章亦於2005年發(fā)布實施，展現(xiàn)政府對落實綠建築的決心。 三、如何減少二氧化碳3.1降低二氧化碳的方法。1. 專家指人工林符合全球降低二氧化碳趨勢。2. 加國研究：混合堆肥降低二氧化碳排放量。3. 溫室氣體減量對策中的二氧化碳固定和利用技術。4. 節(jié)約用電就是個人、家庭或公司降低二氧化碳排放,愛護這塊土地最好的方式,除提升發(fā)電。 5. 風力發(fā)電在減少二氧化碳排 放量與資源開發(fā)上扮演相當重要的角色。風力發(fā)電，如果可以取代其他的發(fā)電方式， 例如使用石 化燃料的燃煤或燃油火力發(fā)電，或者核能發(fā)電，每年將可以降低由以上發(fā)電方式所釋放出可觀的二氧化碳排放量。北海沿海國家的經(jīng)驗，如比利時、丹麥、德國、荷蘭與英國等國家，可以提供相當具有說服力的例證。交通運輸方面：6. 首先，儘量利用步行或腳踏車行動。人行空間應該以友善民眾行走為重，讓大家走得健康 舒適。7. 其次，儘量使用大眾運輸系統(tǒng)。各地方應規(guī)畫完善的大眾運輸網(wǎng)，讓民眾方便搭乘。8. 其三，鼓勵近距離上班、上學。拉近城鄉(xiāng)產(chǎn)業(yè)差距，可以讓大家在住宅附近就業(yè)就學。9. 其四，利用網(wǎng)路系統(tǒng)傳輸溝通，可以減少交通奔波勞頓，甚至個人在家工作的可能。二、住家方面10. 首先，保持家中日光充足、通風流暢，可以少開冷暖氣，少用能源耗費電力。11. 其次，儘量利用自然光源，不要白天開燈。省電也可以節(jié)省電力發(fā)電所產(chǎn)生的二氧化碳。12. 其三，在家烹飪時，儘量少用長時間煲煮的食物，就不會使用爐火時間過長，產(chǎn)生熱氣；省用瓦斯，也可降低二氧化碳的量。13. 臺灣工業(yè)部門是二氧化碳排放最多的。其中的七大行業(yè)所排放的二氧化碳占工業(yè)的77，分別是：鋼鐵23.5、石化19.4、電子10.1、紡織7.5、水泥6.8、人纖6.2、造紙3.5，政府應加強產(chǎn)業(yè)的排放管理，甚至要總量管制，以降低二氧化碳。14. 運輸部門過去大家都忽略其重要性。唯從二氧化碳的排放比例上，我們可以看到運輸亦有很大的二氧化碳排放，其中公路佔93.28（3,296.5萬公噸）、水運佔2.74（96.8萬公噸）、航空佔2.11（74.7萬公噸）、鐵路佔1.87（66.2萬公噸）。所以，倚賴公路系統(tǒng)的運輸型態(tài)應該要做調(diào)整，不要太多的小汽車及摩托車在公路上奔馳，要發(fā)展大眾運輸系統(tǒng)，增加自行車道，鼓勵近距離工作上學，都可以使公路運輸?shù)囊蕾嚩冉档汀?5. 樹木和糞肥製成的生物量(biomass)燃料代替煤炭發(fā)電，或可降低二氧化碳排放量，並創(chuàng)造就業(yè)機會。 16. 溫室氣體的排放主要是因為能源的使用，住商部門使用的能源主要有電力與瓦斯（或天然瓦斯），發(fā)電或開採天然氣的過程中就會排放出溫室氣體。因此節(jié)約能源，不僅可減少溫室氣體排放量，更可為民眾節(jié)省荷包，降低電費及瓦斯費的支出。根據(jù)統(tǒng)計我國2003年住宅部門排放的溫室氣體約為32 百萬噸二氧化碳，若以2003年全國總戶口數(shù)7,047,168戶及總人口數(shù)22,604,550人來估算，平均每戶3人每月的二氧化碳排放量約為381 公斤。要降低二氧化碳排放量，居家的能源使用效率之提升極為重要17. 具生物可分解和無毒等特性，可做為柴油引擎燃料，與石化柴油調(diào)和使用可降低油耗及廢氣排放，又有綠色原油的稱號。 18. 建築物製造CO2大戶 推動綠建築刻不容緩。目前國內(nèi)的新舊建築數(shù)量約3比97，如果落實推動綠建築，20年後至少可以省下45座火力發(fā)電廠、或全國所有的水力發(fā)電廠、或1部大型核能機組的年發(fā)電量，加上綠化的成果，對抑制CO2排放貢獻匪淺。 (臺北 民生報) 19. 減少溫室氣體排放 埋葬二氧化碳廢氣 . 的溫室氣體排放量,降低吸收二氧化碳廢氣的處理成本,西班牙政府正在研究把二氧化碳注入地下貯存的方法 . 吸收成本降到可以接受的程度。 20. 氣體分離及二氧化碳的儲藏：把氣體中的氫氣和二氧化碳分離，是這個發(fā)電廠最重要的程序，而二氧化碳能否長久儲藏，則是二十一世紀能源新技術發(fā)展能否成功的關鍵。當前正在研究中的方法是用金屬或陶磁薄膜技術來分離氫氣，然後把二氧化碳儲藏在地層或巖石的深處，包括已廢用的油井、礦井或深海裡，使二氧化碳不致進入大氣中。3.2何謂二氧化碳減量指標 所謂CO2減量指標，乃是指所有建築物軀體構造的建材(暫不包括水電、機電設備、室內(nèi)裝潢以及室外工程的資材)，在生產(chǎn)過程中所使用的能源而換算出來的CO2排放量。3.3二氧化碳減量的目的 地球氣候高溫化的問題是當前地球環(huán)保最迫切的課題。從1992年地球高峰會議制訂的全球氣候變化公約到1998年京都議定書，各國無不積極進行二氧化碳排放減量的工作。過去國內(nèi)建築產(chǎn)業(yè)採行高耗能、高污染的構造設計，對地球環(huán)境破壞甚大，目前臺灣新建建築物中，有95為鋼筋混凝土構造，除了每年80盜採自河川砂石及高耗能水泥生產(chǎn)能源之外。未來混凝土建築拆除解體時，其廢棄的水泥物、土石、磚塊又難以回收再利用，造成環(huán)境莫大負荷，因此必須從建築物之規(guī)劃設計及構造進行改善，以減少二氧化碳的排放量。3.4二氧化碳減量指標與基準 建築物軀體的CO2排放量指標為 E CO2，必須由其建材的實際使用量及建材之單位CO2排放量累算求得。E CO2指標計算值越小，象徵此建築物使用越經(jīng)濟的建材，而其CO2排放量越少，對地球環(huán)境的傷害越少。3.5如何達到合格標準 為了達成CO2減量指標的基準要求，建築物的建材使用計畫應善加配合之規(guī)劃原則包括：n 結構輕量化建築物的輕量化直接降低了建材使用量，進而減少建材之生產(chǎn)耗能與CO2排放。最具體的做法，即為推行鋼構造建築以及金屬帷幕外牆設計。 n 合理的結構設計為了降低建材的使用量，首重合理而經(jīng)濟的結構系統(tǒng)設計，亦即盡量使建築物的跨距設計合理化