營建化學(xué)綠建材專題報(bào)告.doc

9911112營建系一B紀(jì)延璋營建化學(xué)綠建材專題報(bào)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(jī)物垃圾掩埋場(chǎng)內(nèi)、畜牧業(yè)排洩物等有機(jī)物分解燃燒固體廢棄物與化石燃料、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)冷媒、發(fā)泡劑、清洗劑及推進(jìn)劑氮氧化合物，經(jīng)光化學(xué)作用而產(chǎn)生臭氧溫室氣體的另一個(gè)特性是它們?cè)诖髿庵械纳谙喈?dāng)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(jìn)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(shí)間地存在於大氣中，產(chǎn)生的溫室效應(yīng)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(gè)多世紀(jì)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(dǎo)致全球性顯著的暖化趨勢(shì)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(huì)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(dòng)物、植被和人類的生活，也都會(huì)受到影響。臺(tái)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(shè)備。沿海之堤防，橋樑，鐵、公路亦將受到嚴(yán)重影響，曾文溪出?？诟鼘⑼鶅?nèi)陸退卻十五公里之遠(yuǎn)。雖然海洋被認(rèn)為是人類製造出來的二氧化碳的儲(chǔ)存槽，但是有關(guān)其增加量之定量的相關(guān)探討極少，而且也僅止於對(duì)海水表層，或是對(duì)有相同來源的深海水的探討。因此之故，大部份關(guān)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(shí)，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(yīng)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(xué)兩種重要的追蹤劑，以估計(jì)空氣海洋的交換速率，以及深海中水團(tuán)的移動(dòng)。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(dá)到碳酸物之間的平衡所需要的時(shí)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(guān)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(guān)碳-14的分佈結(jié)構(gòu)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(fù)值較?。窃诳拷蠘O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(gè)在1972年有關(guān)氚及碳-14滲透情形的生動(dòng)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(dòng)了約緯度八度左右。這種更進(jìn)一步的滲透反映出應(yīng)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(hào)轉(zhuǎn)變成二氧化碳的信號(hào)是無法準(zhǔn)確的，因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)換隨著模式的不同而異。這種不準(zhǔn)確性不僅存在於氚的情形，同時(shí)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(shí)Broecker認(rèn)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(jì)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(rèn)為300年才對(duì)。不過，雖然說這些方法有這麼多問題，還是有其參考價(jià)值的。假如有一原來在表層的海水，後來經(jīng)由對(duì)流而被轉(zhuǎn)移到深海中的某一點(diǎn)上，而後該點(diǎn)又被取了樣並做了分析，則所測(cè)量出來的總二氧化碳濃度會(huì)高於原來的值。因?yàn)橛胁糠莸挠袡C(jī)物質(zhì)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(jī)物質(zhì)之量，也可以從其中的氧濃度反映出。因?yàn)榈味傷|度及氧都很容易測(cè)量，因此目前的工作仰賴著對(duì)這兩種濃度的測(cè)定以提供這份海水在離開其原來的表層後，轉(zhuǎn)變到深海間的變化。在另一方面，雖然鈣離子資料的應(yīng)用並不比滴定總鹼度資料差，但是因?yàn)檩^難以測(cè)量，因此較少使用。在北大西洋的北端，由於水團(tuán)受冷卻下沉到海底，石化二氧化碳隨著下沉海水由海面進(jìn)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(shí)，強(qiáng)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(yán)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(duì)二氧化碳之增加所造成的複雜反應(yīng)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(cè)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(guān)性，因?yàn)楸哂泻艽蟮姆瓷湫?，其存在與否會(huì)改變表層太陽能的平衡，而使得氣候的變化會(huì)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(huì)因?yàn)橛休^高的光度而強(qiáng)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(yīng)，這些回饋機(jī)制以及它的重要性，尚需要進(jìn)一步的加以評(píng)估。Kellogg於1983年，在假設(shè)人類持續(xù)使用石化燃料的情況下，設(shè)計(jì)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(gè)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(kuò)大大氣二氧化碳之增加率的淨(jìng)結(jié)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(jié)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(jī)，由於能源短缺，油價(jià)暴漲，先進(jìn)國家開始進(jìn)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(guān)的就是綠建築的規(guī)範(fàn)。臺(tái)灣在綠建築的法令規(guī)範(fàn)標(biāo)準(zhǔn)，可以說是全世界最高的，只不過因?yàn)榉钜?guī)章通過的時(shí)間還不長，全面普及度尚不足。 綠建築的規(guī)定影響範(fàn)籌很廣大，包括建材與建築設(shè)計(jì)都在規(guī)範(fàn)之內(nèi)。在建築設(shè)計(jì)上，由於臺(tái)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(duì)冷氣設(shè)備的使用，達(dá)到降低耗能與製造二氧化碳等問題。 不過，縮小建築開口對(duì)通風(fēng)會(huì)有影響，所以建築設(shè)計(jì)上通常會(huì)開深凹窗，並且在外面設(shè)計(jì)陽臺(tái)，才能讓陽光斜射，不直接照射進(jìn)室內(nèi)，減少對(duì)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(huì)排放的二氧化碳。 對(duì)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(shí)，依法必須申請(qǐng)裝修許可，就會(huì)被要求符合新的綠建築相關(guān)規(guī)定。 要防止暖化、減少二氧化碳的排放，還有一個(gè)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(gè)部分並不是建築領(lǐng)域的專業(yè)，必須要靠研究單位進(jìn)行監(jiān)控。 一般家庭能做的，就是儘量不要將陽臺(tái)外推，以免陽光直接照進(jìn)陽臺(tái)外推之後的室內(nèi)空間，造成大量使用冷氣設(shè)備。在耗電之餘，還會(huì)衍生前面提到的二氧化碳問題。 臺(tái)灣於1997年推出綠建築及居住環(huán)境科技計(jì)畫，1998年訂定臺(tái)灣亞熱帶氣候?qū)俚木G建築評(píng)估指標(biāo)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(biāo)，作為綠建築草創(chuàng)期的評(píng)估體系。後來再加入生物多樣性指標(biāo)與室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)，組成新的綠建築九大評(píng)估範(fàn)疇，作為最新綠建築評(píng)估主軸。 這九大指標(biāo)為生態(tài)（含生物多樣性、綠化量、基地保水三指標(biāo)）、節(jié)能（日常節(jié)能指標(biāo)）、減廢（含CO2及廢棄物減量二指標(biāo)）、健康（含室內(nèi)環(huán)境、水資源、污水及垃圾三指標(biāo)）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(shù)規(guī)則綠建築專章亦於2005年發(fā)布實(shí)施，展現(xiàn)政府對(duì)落實(shí)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(shì)。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(duì)策中的二氧化碳固定和利用技術(shù)。4. 節(jié)約用電就是個(gè)人、家庭或公司降低二氧化碳排放,愛護(hù)這塊土地最好的方式,除提升發(fā)電。 5. 風(fēng)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(dāng)重要的角色。風(fēng)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(yàn)，如比利時(shí)、丹麥、德國、荷蘭與英國等國家，可以提供相當(dāng)具有說服力的例證。交通運(yùn)輸方面：6. 首先，儘量利用步行或腳踏車行動(dòng)。人行空間應(yīng)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(yùn)輸系統(tǒng)。各地方應(yīng)規(guī)畫完善的大眾運(yùn)輸網(wǎng)，讓民眾方便搭乘。8. 其三，鼓勵(lì)近距離上班、上學(xué)。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(xué)。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(gè)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(fēng)流暢，可以少開冷暖氣，少用能源耗費(fèi)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(shí)，儘量少用長時(shí)間煲煮的食物，就不會(huì)使用爐火時(shí)間過長，產(chǎn)生熱氣；省用瓦斯，也可降低二氧化碳的量。13. 臺(tái)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(yīng)加強(qiáng)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(yùn)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(yùn)輸亦有很大的二氧化碳排放，其中公路佔(zhàn)93.28（3,296.5萬公噸）、水運(yùn)佔(zhàn)2.74（96.8萬公噸）、航空佔(zhàn)2.11（74.7萬公噸）、鐵路佔(zhàn)1.87（66.2萬公噸）。所以，倚賴公路系統(tǒng)的運(yùn)輸型態(tài)應(yīng)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(yùn)輸系統(tǒng)，增加自行車道，鼓勵(lì)近距離工作上學(xué)，都可以使公路運(yùn)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(jī)會(huì)。 16. 溫室氣體的排放主要是因?yàn)槟茉吹氖褂?，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(huì)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(fèi)及瓦斯費(fèi)的支出。根據(jù)統(tǒng)計(jì)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?cè)丝跀?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(hào)。 18. 建築物製造CO2大戶 推動(dòng)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(shí)推動(dòng)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(jī)組的年發(fā)電量，加上綠化的成果，對(duì)抑制CO2排放貢獻(xiàn)匪淺。 (臺(tái)北 民生報(bào)) 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(chǔ)藏：把氣體中的氫氣和二氧化碳分離，是這個(gè)發(fā)電廠最重要的程序，而二氧化碳能否長久儲(chǔ)藏，則是二十一世紀(jì)能源新技術(shù)發(fā)展能否成功的關(guān)鍵。當(dāng)前正在研究中的方法是用金屬或陶磁薄膜技術(shù)來分離氫氣，然後把二氧化碳儲(chǔ)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(jìn)入大氣中。3.2何謂二氧化碳減量指標(biāo) 所謂CO2減量指標(biāo)，乃是指所有建築物軀體構(gòu)造的建材(暫不包括水電、機(jī)電設(shè)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(dāng)前地球環(huán)保最迫切的課題。從1992年地球高峰會(huì)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(jìn)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(gòu)造設(shè)計(jì)，對(duì)地球環(huán)境破壞甚大，目前臺(tái)灣新建建築物中，有95為鋼筋混凝土構(gòu)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(shí)，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(fù)荷，因此必須從建築物之規(guī)劃設(shè)計(jì)及構(gòu)造進(jìn)行改善，以減少二氧化碳的排放量。3.4二氧化碳減量指標(biāo)與基準(zhǔn) 建築物軀體的CO2排放量指標(biāo)為 E CO2，必須由其建材的實(shí)際使用量及建材之單位CO2排放量累算求得。E CO2指標(biāo)計(jì)算值越小，象徵此建築物使用越經(jīng)濟(jì)的建材，而其CO2排放量越少，對(duì)地球環(huán)境的傷害越少。3.5如何達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn) 為了達(dá)成CO2減量指標(biāo)的基準(zhǔn)要求，建築物的建材使用計(jì)畫應(yīng)善加配合之規(guī)劃原則包括：n 結(jié)構(gòu)輕量化建築物的輕量化直接降低了建材使用量，進(jìn)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(gòu)造建築以及金屬帷幕外牆設(shè)計(jì)。 n 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了降低建材的使用量，首重合理而經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，亦即盡量使建築物的跨距設(shè)計(jì)合理化