Q&A

 
 
 

綠建築

 

1. 能源危機對地球帶來的衝擊為何?

1760年始於英國的工業革命,不僅把人類的物質生活文明帶到前所未有的新紀元,同時也深深的改變了人的觀念。藉著科技的發展,人類發現自己〝支配地面〞的能力越來越大;1961年一枚巨型火箭把人類第一次送上太空;8年後,阿姆斯壯登陸月球,並插上了美國國旗,這隱約的表達出人類〝支配天〞的慾望。

在1970年代能源危機之前,美國人享有的富足與繁榮讓多數人真的可以不用為明日擔心,因為只要有錢什麼都可以做到,〝人定勝天〞的觀念是普遍被接受的。然而隨著能源危機、地球溫室效應、臭氧層的破壞、以及乾旱洪水等自然的反擊,喚醒了富裕的美國人重新思考四千年前〈約伯記39篇〉的對話『你知道天的定例嗎?能使地歸在天的權下嗎?』

2. 從“防洪”到“疏洪”,美國對於生態體系想法的轉變?

回顧1960年代之前美國工程界的觀念,例如所謂〝防洪〞,就是把城市街道的雨水迅速的排出以免氾濫。隨著都市的成長,排水系統越作越大,水泥河堤越加越高,投入的經費也越來越高。但到了70年代後,卻發現這套以人類科技文明的防洪系統來取代大自然原有調節系統的方法,對防洪效果相當有限,但卻對環境生態帶來了嚴重的負面衝擊。在體認到人類的法則終究不能取代自然的法則,美國的聯邦環保署(EPA)終於在1999年12月頒佈新的法令(phase II Stormwater rules),要求所有的土地開發需控制地表的排水涇流量(Run off),也就是50%的水需經由蒸發及植物葉子的吸收,45%的水需滲入土壤進到地下水系統,剩下的水(不超過5%)才可流入排水系統。為達這個效果,唯一可行的方法就是效法自然(Doing it the Natural Way),把溼地與森林帶入土地開發中,屋頂綠化、透水性舖面的運用都是可行的方案。景觀設計不再只是提供視覺的享受,亦要溶入自然的生態體系;防洪系統不再只計算排水量,而需考慮整體的生態體系。

3. 為什麼會有冷氣機的發明呢?

1902年,開利冷氣的創辦人開利博士(Dr. Carrier)發明了世界第一部冷氣機,為的是可以控制印刷廠的高熱與溼度。1920年代冷氣空調開始進入美國的戲院、百貨公司及住宅市場,改變了人類生活過去的限制;到了1995年,75%的美國住宅設有冷氣,美國南部(如佛羅里達州)地區的住宅設有冷氣空調設備的比例更高達90%。冷氣空調成了現代文明生活不可缺的部份。

4. 美國綠建築協會訂定的綠建築評估標準(LEED Green Building Rating System)為何?

在邁入20世紀末,美國的綠建築協會(Green Building Council)為美國政府訂定了一套綠建築評估標準(LEED Green Building Rating System),LEED的評估標準包括了:

  1. 永續的基地 (Sustainable Sites)
  2. 有效的用水 (Water Efficiency)
  3. 能源及大氣 (Energy & Atmosphere)
  4. 材料及資源 (Materials & Resources)
  5. 室內環境品質 (Indoor Environmental Quality)
  6. 創新技術及設計 (Innovation & Design Process)

評分的細項共41項,包括了由基地的選擇、能源、用水的節約、材料選擇、空氣品質到設計的流程。LEED的評估標準被美國許多地方政府採用(要得到LEED的認證最低需得分26分,滿分69分),例如西雅圖的永續建築政策(Sustainable Building Policy)要求所有由政府輔助超過5000平方英呎(約140坪)的新建築或整修工程需最少符合LEED評估標準的銀標章(Silver Rating,33~38分)。

5. 美國環保署提出住宅節能及舒適的要素是什麼?

依照美國環保署(EPA)的報告,恰當的隔熱是住宅節省能源及舒適的要素(Key Element)。美國能源部(U.S Department of Energy)將全美國分成三個區:

  • 溫暖(Warm,需要冷氣),如佛羅里達州,南加州,東南德州。
  • 混合(Mixed,需要適度的冷暖氣),如奧立岡州,華盛頓州。
  • 寒冷(Cold,需要暖氣),如紐約州,大湖區密西根州等。

依這三個區域的氣候分別訂定建築外殼最基本的隔熱值(表Figure I ,Cost Efficient Insulation R-Values),溫暖區如佛羅里達州規定屋頂隔熱值為R:38~39,外牆R:11~22,樓板R:13~25(採用電冷氣設備);寒冷區如紐約州規定屋頂隔熱值為R:49,外牆R:11~28,樓板R:25。

環保署(EPA)的ENERGY STAR Labeled Home 鼓勵採用比能源部所訂定更高隔熱值的建築外殼,因為美國住家超過40%的能源是消耗在冷暖氣之使用上。

6. 美國對於節能所提供的獎勵措施為何?

根據紐約州的統計,符合ENERGY STAR Labeled Home 的住宅比一般住宅每年節省的冷暖氣費用可達美金$483(約台幣19605元),若再採用省電燈具及其它節能電器設備,可再節省美金$221(約台幣7735元),合計起來大約是台灣建築系畢業生一個月的薪資。

政策得以執行是需蘿蔔(獎勵)與棒子(法令)並用的。在西雅圖地區為了鼓勵節約用水,只要是當地居民更換較高效率的洗衣機,就可得到電力公司的退費(refund)。1992年夏天西雅圖久旱不雨,當地水公司甚至免費送省水蓮蓬頭給每個住家,並呼籲民眾庭院少種植草地,改種抗旱性植物。為了鼓勵集合住宅資源回收,只要有住戶志願監視公寓的垃圾資源回收,西雅圖的Public Utilities 就會給予美金$100作為獎勵;西雅圖住宅局(Seattle Office of Housing) 並提供低利貸款給居民當作改善住宅的隔熱,居民若更換較高效率的熱水爐、暖氣機,或將門窗的單層玻璃改成隔熱效率較高的雙層玻璃,亦可得到瓦斯公司的退費;為了鼓勵搭乘辦公運輸系統,在西雅圖許多公司的職員及華盛頓大學的學生都可拿到全年的免費公車票,甚至公共停車場(如Seattle Center)的停車費是根據乘客人數決定的,一輛車越多人搭乘,停車費就越低。政府甚至提供較高的貸款金額給購屋者,條件是他們所選住宅區位,可減少私人車輛的使用。為了節約能源,甚至將家裏的普通燈泡改為省電燈泡都可得到退費;政府也在網路上提供可買到減價的高效率燈具(符合EPA Energy Star的產品)的商店。

7. 西雅圖區為提高能源效益,提出一套Built Green政策的內容有哪些?

西雅圖所在的國王郡(King County)及Snohomish County 亦提出一套Built Green的政策(請參閱http://www.builtgreen.net),目的是要在土地的開發同時,保有華盛頓州整個西北區(Pacific Northwest)的青山綠水。Built Green 提供一個網路使建築師、營造廠、開發商、材料商、銀行及房屋仲介業得以整合,以提供當地居民有較高能源效益、較健康、較安全的房子,同時亦可保護整個華盛頓州西北區的漂亮環境。

Built Green的評估標準分成六大項:

  1. 綠建築法規 (Green Building Codes)
  2. 環境及水資源保護 (Site & Water Protection)
  3. 能源效益 (Energy Efficiency)
  4. 健康與空氣品質 (Health & Air Ouality)
  5. 材料效益 (Materials Efficiency)
  6. 提供使用者合乎環保的操作與維修 (Environmentally Responsible Home Ownership)

8. 大西雅圖區原本就是環保意識很高的地方,在Built Green及Sustainable Building的兩大綠建築政策下,產生了一些具地方性的綠建築如下:

Elbow Coulee 的小木屋(建築師:Balance Associates)面積約1400平方英呎

基地選擇時避開樹林,減少樹木的移除並遠離現有的溪水,減低對環境的衝擊。依著山坡將建築分成兩個高程,減少土方開挖,施工時被清除區域補種了抗旱性高的原生植栽。結構用材多是較環保的人工合成木 (processed wood) ,例如膠合樑、夾板、工型木樑(I joist)等而非原木(Saw Lumber),屋外的雨淋板亦採用天然乾燥的廢材(salvaged wood ) ;室內石灰牆採用integral color,減少了油漆的程序。設計時尺寸依4英呎模矩 (北美夾板尺寸為4呎 × 8呎 ), 減少建築廢棄物,並採用省水設備。因為建築面積控制在1400平方英呎(約40坪),所以施工時可減低建築廢物的產生;建築物南邊及東邊裝設高效率的玻璃 (high performance glazing),同時提供了大面積的thermal mass以利用passive solar gain,減低暖氣的消耗;設有低速排風機及新鮮空氣的進氣設備,可依使用人數多寡感應,自動調整換氣量。此外在室內建材如地坪、牆壁,儘量選擇不需再加油漆或保護漆的工法。

9. 大西雅圖區受綠建築的影響下,建造出的Reeve住宅的特點有哪些?

Reeve住宅(建築師Jim Cutler)座落於華盛頓州Lopez 島的海岸邊(AR April 2002,P108-113) ,基地面對Juan de Fuca海灣,擁有典型西北區安靜美麗的原始風貌,在基地上偶而可聽到鯨魚及禿鷹的叫聲。在未有建築物之前,屋主Reeve一家六口都是由西雅圖搭渡輪來此渡假,十年來他們始終是住在拖車裏,深恐一旦蓋了建築物就會破壞基地特有的風貌;後來,他們找到了當地的建築師Jim Cutler(FAIA),因Cutler在西雅圖附近完成多與環境結合、溶入自然的住宅。業主在設計之前告訴Cutler他們不要那種登在建築裝潢雜誌上看起來〝美美〞的房子,他們要的是一個真正能住的小木屋,Cutler最後完成的是充滿泥土味(rustic), 卻又具有田園詩般優雅的隱居處(retreat)。他的設計出發點是〝將人溶入自然環境的美,人就自然會開始去思考保育的議題〞,這種以設計者敏銳的直覺去感受基地,與一般由環保技術的角度去切入設計有很大的不同。業主原先希望建築座落在基地的高處,以便享有懾人的美景,但Cutler認為這樣建築會太過暴露,破壞峭壁原有的風貌,Cutler謹慎地將建築順著地形配置於森林與海岸之間,單斜的屋頂壓低在樹林的高度之下,不僅讓建築隱藏在地貌之中,也可避開冬季的時速70英哩(112公里)的強風。單斜的屋頂覆土植上當地的野生草種,讓建築溶入自然,並提供了很好的隔熱效果;雨水沿著屋頂流到地下8000加崙的儲水槽當作消防用水。建築物在一個大屋頂下分成三段獨立的量體,分別是主臥室、起居空間及小孩臥室(P.113平面),由一個空間到另一個空間需經過半戶外,讓人可體驗到自然的溫度,風吹在皮膚的感覺,聽到海浪及松濤,看到禿鷹在空中盤旋,聞到松脂及泥土的香味。

體驗Reeve 住宅與天地萬物的關係時,令人不禁想起一百多年前,美國華盛頓州原住民被迫將土地賣給政府時,酋長西雅圖對美國政府所說的一段如詩的宣言:

大地的每一部份都是神聖的

如果你們買了這片大地

你是不是已經做好準備

善待大地、風和雨

以及每一根松針、每一處沙灘

每片草地和每一隻小蟲

還有那飛越山峰與生命之河的巨鷹

在林間跳躍的鹿和震撼山林的熊吼

他們和人類同享潔淨的空氣和溪流

如果你們買了這片大地

請你們讓野牛繼續在大草原上奔跑

請勿讓交錯的電線遮去了山林的視線

讓森林神聖的角落永遠保持它的神秘

讓飛鷹在湖中看見自己飛翔的英姿

為了我們的子孫

請保持大地、河川和空氣的潔淨

如果你們買了這片大地

請你們對待他們像對待兄弟姊妹那樣

人、動物、昆蟲、山、溪流、森林和雲彩………

我們都屬於同一個家族

公平的接受大地之母的孕育

我清楚的記得,祖先流傳下來的一句話

大地不屬於我們,我們屬於大地

如果你們買了這片大地

請照顧她,像我們照顧她那樣

因為大地是我們的母親

我們愛這大地

請你們也能愛她,就像我們愛她那樣

-----《西雅圖宣言─國立編譯館版》

10. 紐約州政府為鼓勵綠建築,提出“ENERGY STAR Labeled Home”的政策有哪些內容?

在美國東北的紐約州亦推出〝ENERGY STAR Labeled Home 〞及〝New York Energy Smart 〞的政策來鼓勵當地的綠建築。美國紐約州有很長的冬季需要暖氣,但夏天七、八月時溫度亦可高達攝氏三十多度,沒有冷氣空調的房子是無法居住的。在這種夏天炎熱、冬天嚴寒的地區,能源的耗費相當可觀。紐約州的政府採用了環保署(EPA)的ENERGY STAR Labeled Home的評鑑標準,鼓勵居民選擇較節約的住宅(比依現行能源法規下的住宅,可節省百分之30以上能源)

所謂ENERGY STAR Labeled Homes共有五項基本評估標準:

  1. 構造氣密性 (Tight Construction) : 增加建築構造的氣密性,防止冷(暖)氣外洩,減少溼度、灰塵、蚊蟲及污染進到室內。
  2. 空調管道氣密性 (Tight Ducts) : 改善室內空氣品質,增加舒適度,減少噪音。
  3. 高效能的冷暖設備 (Energy Efficient Heating and Cooling Equipment) : 減低電費、瓦斯費,降低噪音,提高設備使用年限。
  4. 增加隔熱值 (Improved Insulation) : 增加建築外殼的隔熱值,提供舒服安靜的環境。
  5. 高效能的門窗 (High Performance Windows) : 冬天防止暖氣流失,夏天防止熱氣進來。

11. 紐約州政府亦提出“New York Energy Smart”的相關政策及鼓勵的措施?

紐約州的Energy Smart 政策與鼓勵居民使用太陽能,居民可在住宅的屋頂裝設太陽能光電板(PV panels)發電。太陽天時,所產生的電力供家用,多餘的電力可經由供電系統賣回給電力公司。裝設太陽能發電板不僅可發電,設備費用亦可抵25%的稅。台灣目前雖有獎勵利用太陽能的政策,但台電並不購回一般私人的發電,自行發電後得自行儲存在蓄電池,但成本加高,效率卻不高,再加上政府輔助款只佔設備費用的一小部份,所以誘因不多。在陽光充沛的台灣反而無法推動太陽能發電,卻要為核電存廢爭吵,實在是可悲!

12. 美國領土中,哪一州的氣候條件與台灣較類似呢?

位於美國東南的佛羅里達州,與台灣一樣屬於炎熱潮濕的氣候區(附件Miami Yearly Weather Patterns),佛州的邁阿密(Miami)接近北回歸線,夏天溫度最高紀錄35.50℃,高溫大多發生在六~九月的下午,一年當中75%氣溫在18.30~29.40℃之間,其它14%氣溫在7.20~18.30℃之間。每年的九月到十一月是颱風的季節,年平均降雨量1524mm(台中1724mm),而六~九月幾乎是每隔一天下一次雨。邁阿密的溼度也很高,年平均蒸氣壓(Vapor pressure)是18mm Hg,七月到十月甚至高達20mm Hg (舉例來說,2002年6月4日,邁阿密的相對溼度在80~90%之間,溫度在240~310℃之間,台中溫度在240~290℃之間),在這種氣候條件下減少太陽的幅射熱、提供適當通風、降低溼度,成為省能建築的基本需求。

13. 佛羅里達州政府頒布的能源法規(FORM 600 A-01)對住宅建築的要求項目主要有:

  1. 挑簷深度 (鼓勵深的挑簷)
  2. 玻璃種類及面積 (鼓勵雙層,隔熱玻璃)
  3. 建築外殼隔熱值R值 (屋頂R>19,外牆R>11,鼓勵高R值及白色屋頂)
  4. 冷氣空調系統、送風方式及位置 (要求所有風管需加保溫,R>6,鼓勵高效率的空調設備,鼓勵加吊扇及自然通風。
  5. 熱水器 (鼓勵熱回收自空調設備及使用太陽能集熱器)

14. 佛羅里達州政府鼓勵居民使用節能的方式?

佛羅里達州政府亦頒佈政策鼓勵利用太陽能及其它替代能源(如Biomass Energy,以微生物分解產生沼氣發電)供住宅及交通運輸用,當地電力公司(如FLORIDA POWER & LIGHT COMPANY)亦提供住宅免費診斷,評估建築是否省能。屋主若是改善建築外殼的隔熱值因而減少空調用電負荷,可申請抵電費達美金$626 (台幣21910元),更換高效率的冷氣機亦可抵電費美金$216~436(台幣7560~15260元),電力公司亦提供訓練課程教導營造廠如何蓋省能建築,並對省能建築收取較低的基本費。電力公司對商業及工業用建築亦提供類似獎勵,如增加隔熱值、改換高效率照明、高效率冷暖氣或自設發電設備,每年都可抵繳可觀的電費。佛羅里達州的電力公司因為不是獨占事業,每個區域都分別由不同的電力公司經營,地方可選擇適當的公司。在這種自由競爭之下,各電力公司自然要以效率及管理來爭取競爭的優勢,因此當地居民不用常受電力公司限電的恐嚇,倒也是福氣。

15. 佛羅里達州受綠建築的影響下,建造出來的建築物有哪些優點值得台灣學習呢?

佛羅里達州因氣候炎熱潮濕,不同於北美其它溫帶或寒帶地區,因此當地也產生了一些適合台灣參考的綠建築。大西洋藝術村(ATLANTIC CENTER FOR THE ARTS)(AR 06.97 PP. 99~111)座落於佛羅里達州New Smyrna Beach 海灘邊的叢林中。建築師Thompson & Rose 的基本設計策略是不要干擾基地原有的生態,因此建築物需化整為零,將藝術村的舞蹈、戲劇、繪畫、雕刻、音樂、寫作等各工作室及其它附屬設施分散在叢林中,再用棧道相互聯接。在設計之初,建築師參考了一些相同緯度的熱帶區域,如非洲的建築型態、材料及遮陽的運用(P.102)。Thompson & Rose在設計上採用深挑的屋簷,除了視覺上提供建築群間的對話,亦是對當地多雨及烈日的氣候提供較恰當的建築對策。所有的建築及棧道都是高架離開地面,不僅可斷開濕氣,亦減少土方的開挖,減少對生態體系(動、植物)的干擾。Thompson & Rose與業主都對保留基地現有植栽非常在意,例如當地原生種矮橡樹、小棕櫚、及松林等都被儘可能的保留。Thompson & Rose亦精準的計算太陽角度來決定各建築物的相關位置,深挑的屋簷及木百葉門窗提供了足夠的遮蔭,油畫工作室設置可開啟的百葉,利用自然排氣排除油畫顏料的揮發氣體。

整個藝術村建坪有16000平方英呎(436坪)分成十多棟小木屋,散落在67英畝(82,000坪)的叢林之中,靠著棧道相連就像走迷宮一般,建築物在叢林中因此有〝若隱若現〞的感覺,Thompson & Rose的設計一方面重現了南方鄉土建築的風格(Southern Vernacular Cracker Style),另一方面也暗示著藝術工作的本質。

TENNIS COTTAGES & SIDEYARD HOUSE (ARCHITECTURE / MAY 1995 PP 100~105)座落於佛羅里達州的溫沙市(Windsor),是一棟具有南方地域風格的合院建築:白色石灰牆、深挑的屋簷、半戶外廊道及可開啟的木百葉窗,充分地反應當地炎熱潮濕的氣候型態。建築物南北座向,面向中庭的南向廊道深達3公尺,幾乎是一個房間的深度,也因此提供了足夠的陰影,可在此擺張圓桌享受下午茶。建築造型雖然簡單,但卻是個住起來很舒服的房子。反觀台灣許多的名宅,設計者似乎過分地陶醉於視覺的造型,且常〝語不驚人死不休〞,反而忽略了住宅的〝可居性〞與〝平實性〞,也忽略了當地氣候的特色。台灣建設公司的一些豪宅雖在外型也有試圖模仿溫沙市豪宅的造型,但構造上因兩地能源法規的差異,在溫沙市住宅的外牆及屋頂需加上隔熱層(P.102剖面),才能通過當地的能源法規;反觀台灣的豪宅,若要通過佛羅里達州能源法規,需在RC外牆再加上2英吋(約5cm)厚的PS發泡冷凍板,RC屋頂需再加上3英吋(約7.6cm)厚的冷凍板(表Figure 2),才可通過審查。台灣的豪宅也不具溫沙市住宅的深廊(約3m)與深簷(約90cm),反倒是建於1629年的淡水紅毛城,出現這種深的走廊,較能反映台灣炎熱潮濕的氣候。

16. 美國南方的阿拉巴馬州建造出來的綠建築,有什麼優點值得台灣學習的呢?

美國南方的阿拉巴馬州與佛羅里達州相連,臨墨西哥灣,也是屬於潮濕炎熱的區域。奧本大學(Auburn University)的Rural Studio為當地的貧戶設計住宅,並由學生親自施工蓋了一棟低造價的綠建築(Architecture Aug 1997,PP. 90~93)。為了因應當地的氣候,600平方英呎(16坪)的室內空間外連結250平方英呎(7坪)的陽台(加了紗窗的半戶外空間),半戶外陽台不僅成為室內空間的遮陽設施,並成為家人的起居空間。自然通風是本設計的主要考量,傾斜的屋頂、挑高的室內空間,使這棟建築得以自由呼吸,而牆上的排風機及閣樓的透氣設施(Attic Vent),加強空氣的對流;外部建材採回收的松木及鍍鋅鋼浪板。整棟建築的造價約美金$25,000(約合台幣88萬),再加上水箱及環保化糞池約美金$5,000,工程款大多由阿拉巴馬州的電力基金(Alabama Power Foundation)所贊助。阿拉巴馬州的這個案例,除了在設計上作了一次低成本綠建築的示範外,在操作的模式上倒也很值得台灣的建築系及電力公司參考。

17. 美國人對於永續生態的觀念是什麼呢?

美國人在過去因國富民強、資源充沛,政治及軍事力量又足以掌握中東的石油,從未面臨歐洲人在生活資源匱乏的憂慮。因此美國雖擁有高度科技及生產技術(如NASA為人造衛星發展的太陽能電池,太空船的隔熱、保溫材料),但卻無足夠的〝生存壓力〞,使得美國不如歐洲對〝省能〞、〝永續〞建築的探討來得認真。因此像美國知名建築師Richard Meier,過去在建築上被稱為白派,在美國本土設計了許多漂亮的房子,在空間美學上及材料的運用吸引了媒體雜誌的爭相報導,學生及年輕建築師也喜好模仿他的作品。他喜歡運用大量的玻璃採光,但當能源、生態等問題逐漸成為人類不得不關心的議題時,卻被批評為浪費資源,直到80年代之後,Meier因為在歐洲拿到了許多案子,在當地嚴格的能源法規之下,使Meier必須在他所喜好的大量玻璃天窗與帷幕牆上加上另一層遮陽系統,也開始考慮自然通風,也因此在1996年2月號的建築雜誌Architecture的Richard Meier專集中出現一篇文章(P.131),標題為“Meier’s White Turns Green”,意旨他的設計從〝白派建築〞逐漸〝轉綠〞,更趨向綠建築的思考。因嚴格的能源法,使Meier必需在他所喜好的大量玻璃天窗及帷幕牆加上另外一層的遮陽系統,也因如此的轉變,使他的設計更趨於綠建築。Meier在美國亞歷桑納州鳳凰城(炎熱的沙漠地帶,最高溫紀錄47.80C,夏天下午約在290C~400C之間)所設計的聯邦法院是個大玻璃盒子(這不禁讓我想到這個案子在台灣一定被攻擊的體無完膚,如同台中市政中心的競圖首獎作品!),但Meier運用他的『歐洲經驗並與Ove Arup技師的合作』,竟然可使得六層樓的挑空空間不需要另設空調供應冷氣。(Architecture,1992年2月號,P.167)

Meier 在聯邦法院的建築設計及Ove Arup 利用電腦流體力學(Computational fluid dynamics)的軟體來模擬室內的溫度及氣流,是運用相當高科技的手法。然而其背後的原理卻是最原始,最基本的自然法則:避開西晒、增加遮陽、利用煙囪效應達到自然通風、利用水的蒸發降低空氣溫度。

18. 在台灣有運用類似Richard Meier的設計手法嗎?

台中市政中心競圖首獎其實也是運用類似的思考方法來解決日晒的問題,瑞士建築師Weber / Hofer在雙層的玻璃牆中間加了一道可調整的百葉遮陽,利用煙囪效應將玻璃牆中的熱氣排出,不讓熱傳導到室內,同時利用經由地下預冷的空氣來減低建築物空調的負荷。這些技術的運用在歐洲近十年來已陸續被採用,並視為綠建築的範例。Weber / Hofer的台中市政中心雖是個大玻璃盒子,但卻沒有傳統玻璃帷幕牆Heat gain 及Heat trap 的問題,也不像台中大部份建築的RC外牆吸收了大量的輻射熱,造成空調額外的負擔。許多專業與非專業人士在批評台中市政中心競圖首獎作品時,常不明就理的將之歸類餘一般的玻璃帷幕建築,痛批這個設計浪費能源。這不僅突顯我們的無知,其實也失去了一個〝高科技省能建築〞在台中實現的機會。

19. 關於美國能源政策的訂定,台灣是否有值得借鏡的地方呢?

縱觀美國的能源政策,美國一直到70年代能源危機後,對能源法規做了一次大幅度調整;90年代之後,聯邦政府及各州政府紛紛訂定了更嚴格的能源法規及各種獎勵措施。與歐洲不同的是,美國幅員廣闊,涵蓋的地理氣候也有很大的差異,由北邊的阿拉斯加(嚴寒),到紐約(溫帶),到南加州、德州(炎熱、乾燥),到佛羅里達州(炎熱、潮濕)各有不同需要面對的自然環境挑戰。同樣的構造細部在紐約可行,到了邁阿密或夏威夷,可能就導致失敗(如隔熱層與防潮層之位置);在南加州可行的,到了邁阿密也可能颱風一來就到處進水(如Frank Gehry 的自宅)。台灣在參考國外的綠建築時,需注意到有一些是屬於通則性的,放諸四海皆準(Global),例如太陽能、風力發電、隔熱、保溫等措施;有一些卻是只適用在特定的地理環境,具有地域性的(Regional),例如遮陽、遮雨、通風等措施。一般而言,同在北迴歸線附近的地區,又同樣有颱風天災的邁阿密、琉球等地都可當作台灣的借鏡。

20. 未來若思考綠建築的問題時,該抱持著何種態度呢?

綠建築可以是High tech (如歐洲流行的雙層玻璃牆),也可以是Low tech (如美國南部州的稻草屋Straw Bale Home),但基本上均對自然生態體系做出敏感的對應。態度上不再嘗試去〝征服自然〞,而是採取謙遜的姿態來〝順應自然〞。工業革命後,兩百四十多年以來,人類終於重新再反省自己與天地萬物間的關係,因為上帝從未曾應許人可〝主宰〞萬物,祂祝福並應許人〝治理〞這地,〝管理〞各樣的活物,希望全世界的華人從我們這一代起,能有智慧得到祝福與應許。

21. 以永續生態的觀點來看,建築的生命週期可分為以下幾個時期?

一、70年代的省能建築及Sick Home Syndrom

1970年代的能源危機,促成了省能建築的濫觴,工業化國家驚覺到地球能源不再是取之不盡用之不絕。歐美國家開始制定較嚴格的能源法來規範建築物的保溫值(Insulation)及遮陽效果(Shading Factor)。以美國為例,70年代以前的建築物在門窗上無嚴格的要求,單層玻璃普遍被接受,屋頂及外牆的隔熱值也較低,建築物的氣密性也較差,造成了空調上(冷氣及暖氣)相當大的浪費。

因此能源危機之後,美國政府能源部訂定了較高的隔熱保溫值,以佛羅里達州為例(與台灣氣候相似,同屬高熱潮濕)建議的隔熱值分別為屋頂R:38~39、外牆R:11~12(註:台灣目前15㎝ RC牆的構造R值約等於1.6,隔熱值顯然偏低),美國各州的瓦斯及電力公司也以各種優惠的方式,鼓勵消費者將單層玻璃門窗改為雙層玻璃,以及運用氣密材來填補門窗與牆的空隙,以增加建物的氣密性。

嚴格的能源法規的確在省能的成效上有相當的改進,但同時卻引發了始所未料的問題,即所謂的Sick Home Syndrom。

建築物裡有許多建材是會釋放出氣體(outgasing),例如曾被當作隔熱材的Urea formaldehyde以及裝潢常用的密集板(particleboard)。在氣密性差的建築物,這些有害物較不易聚集,但在氣密性良好而無適當換氣的建築中,這些釋放出的有害氣體,再加上影印機、電腦產生的化學物容易累積,造成人體的過敏,許多長期待在室內的人常有頭痛流鼻涕類似感冒的症狀,但只要出到戶外,症狀便減輕,這便是Sick Home Symdrom的受害者。另外在美國有些地區的地質會釋放出具放射性物質的氡氣,若建物基礎有裂縫,氡氣進到室內累積會有致癌的危險。

二、80年代的健康住宅

因此在80年代,開始有許多的探討是針對所謂的健康住宅(Healthy House),探討的議題已不再只限於如何省能,更進一步的考慮到室內環境對人的生理及心理的影響,例如室內空氣品質(污染源的控制及換氣量)、水的品質(飲用及排放)、室內建材的選擇、過敏源的控制(塵璊、貓狗的毛…等)燈光、色彩與心理的反應…等等。

三、90年代關切整體的生態體系及倫理

到了1990年代,資源(不只是能源)演變成全球性的議題。1992年里約熱內盧及1997年日本京都的全球高峰會議探討的問題已全面性的關切了整個地球生物(不只是人類)的存亡,包括了資源(能源、雨林、水)的分配與運用、有害物質的控制、地球的溫室效應,同時也關切整體的生態體系及倫理。

這樣的趨勢下,建築師所面臨的已不再是單純的省能建築技術,而是更廣泛、更週全的以生命週期(Life Cycle)的觀點來思考建築的對策。很不幸的,這些對策並沒有標準答案。例如木構造是否就是綠建築?假如所用的木料是來自原始林(如東南亞及中南美州的雨林)或台灣高山盜採的檜木,那不僅不是綠建築,反而是造成土石流,破壞生態的幫凶。建築師面對這些問題(技術性的、道德、倫理性的)時,過去的教育及訓練已不足以恃。

四、推廣綠建築及永續生態的觀念

若由生命週期(Life Cycle)來看建築,需由最初的建築基地選擇(是否對現有的生態體系如溼地,保育區造成衝擊),材料的選用(在生產、製造、運輸過程對環境的衝擊及能源的消耗),施工方式(能源的消耗、工期、噪音、產生的污染、廢水、廢棄物等),使用維修(能源的消耗,使用年限,居住的健康及舒適度,維護難易及費用),回收(建物拆除時需耗費的能源、噪音、污染,及建材可回收的程度)等問題來思考建築的對策。

22. 北美加拿大對於綠建築的獎勵措施有哪些呢?

北美的加拿大也是在綠建築上的先驅者。在Canada Mortgage and Housing Corporation(CMHC)的支持下,多倫多蓋了一棟「完全」自給自足的住宅(Architectural Record 03,97, P.28)利用太陽能,雨水回收使該住宅不需接外電及自來水。省能建材及高效率的電器用品,使該住宅(約47坪/實坪)每年用電量是3600kwh(一般同面積的住宅年用電量約8000kwh),北美政府為了鼓勵用太陽能發電,容許住宅在白天利用太陽能板發電,多餘的電力經過電力系統,賣回給電力公司(也就是白天電錶會倒轉),這樣的好處是可減少電力公司無限制的興建電廠,減少環境的污染,民眾的抗爭。台灣的政黨及台電若能有如此的智慧與良心,核四之爭早該落幕!

23. 綠建築在台灣的進行方式為何?

台灣目前的綠建築研究在成大林憲德及江哲銘兩位教授的推動下急起直追,也讓政府及業界對綠建築有了新的認識。在整個國際局勢的壓力下,台灣政府應更主動採取對策。因為若依京都協議,所有締約國在2008年到2012年之間需把CO2的排放量降至低於1990年的排放水準。台灣雖非締約國,但勢必不可豁免在外,而且台灣也不像美國有〝堅強的實力〞可討價還價要求CO2的排放量可以森林面積來相抵。因此到時台灣若不願將產能退到1990年的水準,就必需由能源效益的改進著手。也因此更嚴格的建築能源法令及適合本地氣候的對策是需極力推動的。

24. 目前台灣對於綠建築的認識有多少呢?

台灣目前在綠建築的路上仍在蹣跚學步,因為我們對最基本的建築物隔熱認知仍不足。雖然台電節約能源推行小組早在民國70年1月11日,即以一篇登在中央日報的文章,詳盡的以數字說明了隔熱對節能的重要性及運用的方式,也開宗明義的說明有適當隔熱的房子比隔熱不當的房子可節省三分之一的冷氣用電,或許是節約能源與當時擴建電廠的政策不符,政府一直未嚴格要求建築物屋頂及外牆的隔熱,20年後的今天,竟然仍能容許絕大多數的建物RC外牆不加任何隔熱材,也竟然容許RC屋頂象徵性的加泡沫水泥或水泥隔熱磚!若換算成R值大概介於1.6到3之間。比起同樣是炎熱潮濕氣候的佛羅里達州,我們的外殼隔熱效果約是佛州的十分之一而已!

地處溼熱氣候的台灣,其實應訂定法規鼓勵大量開窗以利通風,但同時要有第二層的外皮供遮陽及遮雨。目前台灣的法規只容許50cm深的雨遮,對於夏季的西北雨並無太多的效用(90cm~120cm較恰當),若因下雨而需緊閉門窗,使通風對流效果降低,反而會增加冷氣及除濕的負荷。且牆及屋頂的隔熱值規定得太低,反而使設計者傾向於採用15㎝厚的RC牆,殊不知RC牆是很好的集熱材(Thermal Mass),在溫帶國家有時是刻意設計來儲存太陽幅射熱,以輔助暖氣的供應。台灣的夏天太陽幅射熱存留在RC的屋頂及外牆,到了晚上需要終夜開冷氣來降溫。能容許這樣浪費能源的建築,卻又不時的喊缺電實在是不合邏輯。

25. 大家一同來省思綠建築對我們的重要性?

台灣目前正鼓勵的綠建築構造,如木結構及輕鋼構遭遇到最大的阻力就是單位造價拼不過RC構造。事實上假如台灣的能源法規能將建物的外殼隔熱值提升到佛羅里達州的水準,台灣的RC構造自然會被淘汰。因為要使RC構造達到R值11~39是非常昂貴的。這也是為何美國在70年代後RC建築驟減的主要原因之一。

如果以台灣的標準而言,美國的每棟建築都是綠建築(因都是木構造或鋼構造),而美國卻因單位人口耗費的能源居高不下常被歐洲國家批評,這對能源完全仰賴進口的台灣豈不是一大諷刺? 台灣自光復至今,果真是人口生養眾多,遍滿全地,但因短視近利,我們把下一代的資產都預支了!從早期的林業政策,到現在的晶圓代工,我們在外匯賺進的同時是否曾計算一下,下一代的子孫將要為破碎污染的大地付出多少金錢與健康的代價?

今天,綠建築、生態設計應不只是口號或流行的術語,這已關係到地球整體的生態體系與倫理。當有一天我們要面對造物者之時,我們是否能無愧的認為已善盡所託治理這地,管理海裡的魚,空中的鳥和地上各樣行動的活物?

 
 
 

 木構造

 

1. 木構造房子需要砍伐樹木,這不是很不環保的事情嗎?台灣有這麼多的樹木可以砍伐嗎?還是需要倚賴進口的材料呢?

蓋房子雖然需要砍伐樹木,但應該利用永續經營的人工林,而不是任意砍伐原始森林裡的樹木。原始森林是地球很珍貴的資源,不容許人為的任意干擾及破壞。在美國國家公園的原始森林裡,樹即使倒下來,也不可以當成枯立倒木移開,或是運出來利用。因為倒下去的樹,也是生態中重要的一環,許多動、植物都需賴以存活。若要蓋木構造房子,只能在許可範圍的人工林裡伐木。人工林就像我們的稻田一樣,種下幼苗,等到成熟採收後,還需再種下幼苗。從幼苗成熟到成為可以採收(Harvest)的大樹,這當中約需五十到七十年的時間;而在樹木成長的過程中,它會不斷地進行光合作用,吸收二氧化碳,有助於抑制溫室效應的發生。從幼苗成熟到可以採收之間,若以七十年計算,即跨越了人類三代的時間,因此人工林的經營多由祖父種樹,兒子照顧,到了孫子那代才真正有所收穫。若要代代都能收成,那麼代代都需要種樹,代代都得照顧經營,才能成就永續經營的人工林。許多歐美先進國家的森林都是這樣經營的。台灣人過去比較短視近利,山林被砍伐利用後,就不再種樹,而改種蔬菜、水果、檳榔、茶葉等快速回收的所謂「高經濟作物」,結果對環境造成了巨大傷害,禍延子孫。如果我們能夠學習歐美,以永續經營的方式經營山林,在過去被濫墾的林地上重新種回原生種的針葉林或濶葉林,那麼不只將來子孫有木材可用,而且也有助於環保。

同樣是蓋一棟房子,相較於混凝土和鋼骨,木材是最環保的一種建材。樹木從成長到製作成材的這段過程中,因為進行光合作用而吸收大量的二氧化碳,且遠多過它所排放的二氧化碳(木材中儲存了大量的碳素)。而混凝土及鋼骨在製造的過程中,不但會產生大量的二氧化碳,而且其所消耗的資源及所產生的污染、廢棄物,都較木材為高。也因此,在「京都協議」(註1)生效後,台灣若要嚴加執行降低二氧化碳的排放量,那麼石化、鋼鐵、水泥等工業都需要加以限制,而種樹、造林等可以減少二氧化碳的產業,則需要加以鼓勵。

台灣的森林面積約為21萬2千4百公頃,約占全台面積的58.5%,其中72.7%是天然林,20.1%是人工林,7.2%是竹林。台灣森林木材的蓄積量約為358萬立方公尺(其中天然林占85.6%,人工林占13.9%,竹林占0.15%),但不是所有的林地都可以隨意地砍伐利用,而應該在生態或國土永續經營,以及經濟利用兩方面取得平衡,並且限制每年可砍伐的樹木數量及區域,而且必須限定在永續經營的人工林。使用木材蓋房子,一定要確定木材的來源,絕對不要使用來歷不明的木材,因為那有可能是從原始林或熱帶雨林盜採來的。目前台灣市場上,進口的人工林木材選擇性很多(進口占了99%),價錢也比省產材便宜,但如果從我們這一代開始,大家都能養成正確使用木材的觀念,永續造林,那麼到我們兒孫那一代時,就有更多的台檜和台灣杉可以使用了。循此擅用木材蓋房子,是非常環保的事情。

儘管蓋木構造房子需要砍伐樹木,但如果人工林經營得當,不失為鼓勵造林的好方法。台灣目前山坡地的濫砍情況非常嚴重,許多原本是森林的地區,現在樹木都被砍光了,進而改種檳榔和茶葉,這對水土保持和整體生態都造成很大的傷害。想要改善這個情況,政府光是指責百姓唯利是圖、濫墾山林,也於事無補;除了道德勸說之外,還必須誘之以利、廣為宣導才行。目前台灣的木構造建築在市場上的占有率不到1%,對木材的需求量很低。種了樹如果沒有人買,當然就沒有人做賠本生意。如果台灣的住宅型態能排除現有的法令障礙,也仿效北美或日本,以較環保的木構造來取代鋼筋混凝土構造,相信自然就有人願意造林了。政府的林業單位若能進一步與業界合作,開發省產材用作住宅構造,例如採用台灣杉蓋2×4的現代式住宅、採用小尺寸的省產材製作大跨距的桁架,或以結構用的集成材(Glulam)來蓋巨蛋;甚至可以就低海拔的樹種如相思木、木麻黃,來探討其當作建材的可行性;或是利用台灣盛產的竹子,製造結構用的夾板等建材……。這麼一來,在台灣加入WTO後,也許可以為許多棄守稻田的農民開創出另一條新路。如果真有這麼一天,你可以想像一下,到時不只在山上,連在平地都處處可見綠色的森林和竹林了。

2. 聽說住木構造房子比較健康,是真的嗎?為什麼呢?

居住環境會影響人體健康。人工合成的材料容易釋放出有毒的化學物質,污染室內空氣,造成所謂的「Sick House Syndrome」。很多人長期的頭痛、過敏、鼻塞、喉嚨痛等症狀,其實都源自「Sick House Syndrome」,但一般都誤以為只是感冒,結果吃下大量的藥物卻不見改善。天然的建材如原木,會釋放出天然的精油(芬多精),有益於人體健康。看不見的「電磁場」(Electromagnetic Fields),也會對人體健康產生負面的影響(Geopathic Stress)。

不只人體的皮膚會呼吸,包覆在外的第二層皮膚──衣服,也要能呼吸,才能保持身體的健康和舒適;第三層皮膚──房子,也要能呼吸,才能確保健康的室內環境。天然的木頭是會呼吸的有機體,住在木構造的房子裡,就好比穿上純棉的衣服,對使用者來說,比較健康。

居住環境的溫度,也會影響人體健康。相較於混凝土及鋼骨,木材的導熱性低、隔熱性佳,所以木構造的房子室內一向冬暖夏涼,是非常舒適的居住環境。此外,木材也具有吸濕和脫濕的功能,有助於室內保持穩定的相對濕度。許多天然木材(檜木、杉木、樟樹、側柏和花旗松)所含的精油成分,對蟎蕨類的繁殖具有抑制的作用。利用木構造所釋放出的芬多精,可以抑制室內因蟎蕨類所引起的過敏症狀。 氡氣是對人體有害的放射性物質,曝露在高濃度的氡氣環境中,有導致肺癌的風險。依照台灣大學森林系王松永博士〈綠建築環保健康材〉的研究顯示,水泥建材的氡氣濃度較木材高出許多。在混凝土構造的住宅裡,氡氣的濃度是木構造住宅的一‧六倍;而在混凝土構造的校舍裡,氡氣的濃度(53-82 Bg/m3)是木構造校舍(3-22 Bg/m3)的五倍之多,因此住木構造房子對人體比較健康。

3. 木構造房子完工後,應該如何維護?有哪些定期保養的工作?花費會不會很高呢?

房子就像汽車一般,定期維護檢查可以使房子的性能維持在最佳狀態,並且延長使用年限。木構造房子完工後,主要的定期檢查工作如下:

  • 定期檢查房子周圍及鋼筋混凝土(RC)基礎部分有無白蟻活動的痕跡?
  • 給排水管線是否有漏水?
  • 清除屋頂、天溝及排水溝的落葉,以確保排水暢通。
  • 除濕機及冷氣機的排水是否暢通?是否會造成積水現象?
  • 檢查房子是否有受潮的現象?例如,窗戶結露水、浴室排氣是否正常?院子灑水系統是否會噴到外牆?屋頂是否有漏水受潮的現象?
  • 洗槽、洗碗機、洗衣機等設備的排水是否正常?
  • 地下室及基礎牆的鋼筋混凝土(RC)是否有龜裂現象?(龜裂處會成為白蟻入侵的管道。)
  • 浴室及廚房的防水填縫劑(Silicon)是否有鬆動脫落的現象?
  • 外牆材料有無損壞、受潮的現象,外牆與門窗的接縫處防水填縫﹙Caulking﹚是否完好?
  • 屋瓦及屋頂的泛水接頭有無受損或鬆動脫落的現象?屋面材料是否有老化現象?(屋面材料有固定的使用年限,依材料特性可分為十年、二十年,到三十年以上不等。)
  • 屋外不可以堆積木材、紙箱等,院子枯死的植物、樹幹、樹根要移除,避免引來白蟻。
  • 定期修剪庭院枝葉,避免植栽接觸房子的外牆,引來白蟻。
  • 外牆每隔三到七年﹙依氣候、日曬條件及油漆品質而定﹚,應使用油漆或護木油來保養,以延長木材的使用年限。戶外木地板每隔幾年也需要加以清洗,以及加上護木油及潑水劑(Sealer)。
  • 定期檢查電線管路、電器用品及消防偵煙設備,以確保其功能正常。

4. 什麼是「京都議定書」?

京都協議(京都議定書;Kyoto Protocol) 近年來在全球各地都發生氣候異常的現象,「地球暖化」(Global warming)是促成這些異常現象的主要因素。此乃世界各國在工業化過程中,大量排放二氧化碳,以致造成溫室效應而促成了地球暖化。1997年,第三屆「締約國會議」(the Third Conference of Parties)在日本京都召開,於〈聯合國氣候變動組織條約〉(the U.N. Framework Convention on Climate Change)中訂定了「京都協議」(Kyoto Protocol)。

「京都協議」意在藉由減少二氧化碳(造成溫室效應的主要氣體)的排放量,來抑制地球暖化的現象。在這個條約之下,所有工業化國家(Industrialized Countries)都必須在2008年到2012年的五年之間,將二氧化碳的排放量降回到1990年的排放量標準(平均減少排放量約5.2%,視各國情況而定,譬如美國是7%,日本是6%,歐盟是8%)。

「京都協議」於1997年訂定後,因美國(全球二氧化碳排放量第一名)認為協議範圍未將中國(全球二氧化碳排放量將在幾年後超越美國,成為世界第一)納入,而不願簽訂,導致該協議一直無法生效。2004年年底,因蘇俄總統普丁終於也簽訂了該協議,於是「京都協議」從2005年二月起開始生效。

美國不願簽訂「京都協議」的另一因素是,森林對二氧化碳的減量有很大的助益(森林中每立方公尺的木材量,每年會吸收0.95公噸的二氧化碳,而樹木進行光合作用會產生1公噸的碳水化合物、吸收1.6公噸的二氧化碳,並且釋出1.2公噸的氧氣。以上數據參見王松永教授〈木質構造建築在綠建築之重要性〉一文)。因此美國要求,「京都協議」應將各國森林面積所形成的二氧化碳減量因素納入考慮,這項要求有利於森林覆蓋面積廣大的美國及加拿大,卻不利於歐洲。雖然布希政府對「京都協議」仍然強烈杯葛,但美國各州其實都已自發性地頒布了降低二氧化碳排放量的法令。例如,科羅拉多州要求所有的大型設施在2015年之前,所使用電力的10%必須是再生能源(renewable energy sources);或是利用風力及太陽能發電,以減少二氧化碳的排放量;加州政府也要求,在2016年之前,將所有汽車會產生溫室效應的廢氣排放量減少30%;紐約州也決定,將追隨加州政府的這項法令。美國的跨國企業如福特汽車、IBM等公司,也已經開始進行減少二氧化碳排放量的方案,以因應他們在海外市場將會遭遇的挑戰。

「京都協議」生效後,台灣也可能被要求減少二氧化碳的排放量。在不影響經濟成長的原則下,國家發展勢必在許多方面作大幅度調整。例如,抑制高耗能的產業,如煉鋼、水泥、石化等產業;提高生產及能源使用效益,工廠生產設備更新為低耗能高產值的設備;提高發電效率;開發利用再生能源;節約用電。

以水泥及鋼鐵來蓋房子是高耗能的作法(生產1公斤的水泥會排放0.4公斤的二氧化碳,生產1公斤的鋼筋會排放2.32公斤的二氧化碳),而且鋼筋混凝土的房子隔熱效果很差。美國早在七○年代能源危機之後,為了節約能源,建築法規要求所有建築都需達到高隔熱低耗能的設計(R值提高),也因此在美國,鋼筋混凝土的住宅在七○年代之後,就幾乎從市場上消失了,因為鋼筋混凝土的房子要設計到與木構造房子同等的隔熱值,價格會遠高於木構造房子。按成功大學建築系林憲德教授的研究顯示,台灣建築產業耗能所排放的二氧化碳占全國總排放量的24.3%,而建築物於夏日用於空調的尖峰時間,用電量占全國發電量的1/3。

在歐、美、日等先進國家,住宅大多都是使用木構造,不只因為木構造住宅提供健康的居住品質,而且因為木構造對生態、環保、二氧化碳的減量都有很大的貢獻,普遍為教育水準及環保意識高的人民所接受,因此使用隔熱性能高、低耗能的木構造建築,有助於大幅降低二氧化碳的排放量。

5. 台灣的颱風、地震頻繁,木構造房子夠牢固嗎?安全嗎?

1. 抗震

台灣位處地殼板塊移動的邊緣地帶,地震頻繁,所以在台灣,建築構造的抗震性能是基本安全要素之一。

地震的作用力與構造的重量成正比。在同樣規模的地震中,重型構造比起輕型構造所需承受的作用力更大。因此在地震頻繁的地區,構造物最好輕量化。在同樣強度的結構中,鋼骨和木材比鋼筋混凝土來得輕,而且木材的Damping Factor較鋼骨及鋼筋混凝土為優,所以木材是非常適合地震地帶的建材。依照過去國內外幾次重大地震記錄來看,木構造建築的抗震表現相當傑出。例如,1999年台灣的九二一大地震(M7.3),東勢地區災情慘重,許多鋼筋混凝土構造因此受創;然而東勢林場製材廠的木構造(興建於1959年),卻仍然無損;1995年日本神戶大地震(M6.8),在一片受損的房屋及公共設施當中,許多現代化的木構造建築都沒有出現受損的跡象;1964年美國阿拉斯加強震(M8.4),導致大量的建築倒塌,然而一些沿坍方下滑的木構造(2×4),其木框架構造基本上並未受到損害。

根據過去抗震性能的研究顯示,木構造建築可以抵抗地面加速度超過0.69g的強震,對於保護人員的生命安全而言,是相當牢固安全的構造。

2. 防颱

台灣每年夏秋,平均會遭遇四到六個颱風侵襲,因此構造物的抗風性能,便成了設計時的考量重點。與抗震性能相反的是,重型構造比輕型構造的抗風性能為佳,因此鋼筋混凝土構造的抗風性能比鋼骨及木構造為佳。然而在現代設計中,鋼構造和木構造藉由鐵件的連結及加強,可以抵抗140mph(62.2m/s)的颱風。

像美國的佛羅里達州,每年也都會有好幾個颶風(颱風)來襲,所以當地住宅多採用木構造。多年前,在Andrew颶風的破壞下,佛羅里達州的法規作了一些修正,為的是加強木構造的抗風設計;經由結構的抗風設計,可以抵抗符合當地法規140mph(62.2m/s)的瞬間最大風速。也因此2004年,在幾個創下歷史紀錄的颶風侵襲下,那些沿用新法規設計的木構造全都安然無恙。(台灣過去史上最大的瞬間風速為台北49.1m/s,台中39m/s,花蓮62.1m/s,台東51.8m/s;所謂的陣風達到十六級,就表示瞬間的最大風速大於51.5m/s,這在台北、台中地區從未發生過)。只要有妥善的設計和施工,木構造在颱風頻繁的台灣,也是可以發展成安全牢固的結構。

6. 由於木材怕火,所以木構造房子面對火災的威脅時,有沒有什麼因應的對策?

一般人認為,木材是可燃物,因此木構造房子比鋼構造房子怕火。其實這是不正確的觀念。你若是去露營過,生過營火,你就會知道木材其實並不怕火。生火時,如果我們把大塊的木頭丟到營火裡,將發現火根本就生不起來。因為木材在燃燒時,表面會形成一層碳,木材的斷面要是超過一定的尺寸,這層碳反而會變成絕佳的阻隔層,足以保護內部的木材不再燃燒。所以在歐美、日本等先進國家,營建法規都容許以大斷面的木構造(樑柱在8英寸以上)來蓋公共建築(如巨蛋、廠房、幼稚園等),而不需在木材外面再加上防火處理,這是因為大斷面的木構造防火性能好(像超過一定尺寸的膠合樑,就可以達到一小時的防火時效)。至於一般2×4的木構造建築,由於木材的尺寸小,容易燃燒,因此需要外加防火的石膏板,這樣就可以組合成一到兩小時防火時效的防火構造。

在美國,消防隊救火時,比較怕的是遇到鋼構造建物的火災,而不是木構造。因為鋼骨受熱到一定的程度時,強度就會突然大幅衰減,導致整個結構坍塌下來(像九一一事件中的「世貿大樓」),消防隊員常在無預警的情況下,陷入火海,喪失生命。反倒是在木構造建築中,不會有使消防隊員誤判火勢的情況發生。

一般住宅的火災,多半是因室內窗簾、裝修夾板、床單或沙發的燃燒而起,然後產生濃煙,造成人員的傷亡。釀成火災的原因並不會因為房子採用的是鋼筋混凝土構造、鋼骨構造或木構造,而有所區別。國人對於木構造的防火觀念,仍停留在早期的日式建築或傳統桁架的印象,而這些建築構造所使用的木材尺寸小,所以易於著火,而且從前並沒有利用石膏板組成防火牆的觀念。

7. 聽說白蟻會蛀蝕木材,請問木構造的房子有沒有防治白蟻的方法呢?

白蟻喜歡潮濕的環境,因為在乾燥的環境下,白蟻會脫水而死,所以若要防止白蟻危害,首先要確保木構造房子不會漏水、受潮;再來,就是要阻絕白蟻來襲的路徑。例如,在房子周圍的土壤裡埋設一圈Termite Shield,以防止白蟻從土壤進入房子的範圍(這是澳洲式的作法);或者把房子抬高,不讓木材直接接觸土壤;另外防腐材的使用,也是防止白蟻蛀蝕的有效方法。

最近有一些較環保的藥物,也可以用來消滅白蟻蟻巢。例如以昆蟲生長調節劑(六伏隆)當誘餌,埋在房子的四周,當白蟻來食時,就會將混有藥劑的木材帶回巢裡,餵食其他的白蟻,這樣一來,就可以消滅整個蟻巢。

8. 台灣的氣候潮濕,木材會不會因此腐壞受損呢?

木材是有機體,如果設計不當或疏於保養,當然容易腐壞受損。如果設計得當,那麼木構造房子的壽命要達五十年以上並不困難。像台灣現存的許多日式住宅,都是光復前就蓋好的,屋齡至今也快六十歲了。在不同的氣候條件下,蓋木構造必須要有不同的防水和防潮工法。像美國佛羅里達州的邁阿密市(Miami),氣候條件與台中幾乎一樣,年降雨量約1,524公厘,夏天的相對溼度也高達80%-90%;在那裡,住宅也以木構造為主,三、四十年以上的木構造房子非常普遍;而由鋼筋混凝土蓋成的房子,則非常罕見,因為後者住起來太熱太濕,極不舒服。

在潮濕的氣候下,如果木構造可以保持適當的透氣,並且作好防水的設施,那麼室內的木材就不會腐壞。至於室外的木材,則必須選用抗腐的樹種(如檜木、加州紅木或美西側柏),或者作好防腐處理、塗上適當的保護漆,這樣一來,木材也可以成為耐久的建材。

9. 木構造房子的隔音效果好嗎?在屋裡走路,會不會發出很大的腳步聲?

小時候,我們住的是日本宿舍,在裡面跑步追逐,地板、門扇就會震天作響。木材的震動、共鳴,是材料的特性使然。像舞蹈教室或NBA籃球場的地板,都會特意架高木板,不讓木板直接接觸混凝土底板,以保持地面足夠的彈性,避免造成運動傷害。因此去觀賞舞蹈時,你會聽到舞者上下跳動、踏在木地板上的聲音,但觀眾也不以為意。

一般美國的木構造住宅,多半是獨棟建築,所以沒有特別加強隔音,隔間牆的隔音等級約在35-39 STC,樓板的隔音值約在40-45 STC,比起台灣的房子(磚牆41-45 STC,15公分厚的混凝土牆47 STC),隔音性能稍差。(※STC的數值越高,就表示隔音的性能越好。)

但一般美國木構造使用在旅館、公寓等公共建築時,就必須加強隔音的性能。藉由石膏板、隔音棉及彈性的固定槽(Resilient Channel),可以使木構造的隔間牆隔音等級高達50-59 STC(一般音控室及音樂教室所要求的等級約為46-50 STC)。而木構造的樓板,則可以藉由類似的工法,達到55-59 STC的高隔音等級,施作上並不困難,關鍵在於know how。「美國石膏板協會」都已經把這些木構造防火、隔音的實驗數據製作成手冊,公布給大眾。你只要稍懂英文,依照手冊的圖例施工,就可以達到所需的隔音效果。其實,如果你住過美國的木構造房子,也住過台灣的鋼筋混凝土(RC)房子,相較之下,你會發現台灣的RC房子很吵,幾個人在一起講話,整間房間的聲音就變得又大又刺耳;那是因為混凝土及磚牆的吸音性差,於是造成室內的迴音無法控制。木構造房子因為吸音性好,反而不會產生這種現象。

10. 在高密度的都會區適合蓋木構造房子嗎?有沒有高度和面積的限制呢?又,若要蓋成高層的樓房,那要怎麼蓋呢?

在台灣,營建法規限制木構造房子的樓高不能超過四樓。在美國,一般的限制是以不超過三樓為準。在美國或加拿大的都會區,常可見到許多六、七層樓高的建築,下面三、四層樓都是採用RC或鋼骨構造作為商業和辦公空間,最上面三層又回到木構造,作為公寓、住宅使用。因為住過木構造房子的人,是不會再住進混凝土構造的房子裡,所以許多美國的都市,像西雅圖、洛杉磯,或加拿大的溫哥華,都常出現這類混合式的建築物。 台灣的都市已經全面開始實施容積率的管制。像台中市,大多數的住宅區樓高都限制在四層樓上下,是很有機會以木構造來蓋房子的都市。只是目前台灣的法規在防火部分,對木構造仍然限制重重。例如,木構造住宅需自基地線退3公尺,且外牆不可以是木材(美國西雅圖的多數住宅區只需退1.5公尺,且外牆可以是木材)。在台灣,若是木構造的外牆離基地線小於3公尺,就需要將外牆及屋頂的樣本送去防火實驗室作耐火測試,整個審查流程約需耗時三、四個月,耗費幾十萬。所以一般在都市想蓋木構造住宅的業主,都會被嚇得改用混凝土構造。台灣的政策有時真的令人無所適從,政府一方面推行綠建築,鼓勵蓋木構造,可是另一方面,營建法規卻又對木構造進行嚴格的管制。法規條文仍停留在只對混凝土構造作出明確的防火標準,對木構造卻沒有訂定明確的防火標準細目,導致只要木構造建築一旦離基地線小於3公尺,就要送到實驗室去作耐火測試(RC構造就不用)。這樣的法規在現實市場的運作機制下,讓有心蓋木構造房子的人怯步,變成一部鼓勵混凝土構造的法規。其實,政府為了保護公共安全而作出嚴格的把關,立意本來是好的,但由於限制過於嚴苛,結果卻造成無形的障礙。

我們若以西雅圖或洛杉磯等都會的住宅區為例,他們的法規除了規定前院、後院需要有較大的退縮外,側院都只退5英尺(1.5公尺);獨棟住宅的木構造,是不需要任何的防火時效,樓地板面積也不受限制(UBC Code)。因此從街上望去,房子與房子之間大多只有3公尺的距離。也不知是不是他們的消防隊比較有效率,我們在那裡住了那麼多年,很少聽說有人因住宅失火而喪生。反觀台灣,不時看到葬身火海的新聞報導,而台灣這些火災,卻又常發生在混凝土或鋼骨構造的房子裡。

如果純就北美的現代工法及當地的法規而言,中、低層的木構造很適合都會區;但在台灣,目前因為防火法規的限制,蓋木構造變得極為困難。至於高層樓房,在北美或台灣都不適合使用木構造,除非是使用大木構造來蓋巨蛋,或是學校的體育館,這在北美和日本,倒是很常見。

11. 我可以從哪些地方檢查木構造房子的屋況是否良好?尤其在颱風或地震過後,哪些地方需要特別注意是否受損?

藉由平時的定期檢查,將基礎、外牆、門窗、屋頂、落水頭、天溝、給排水、電器及瓦斯裝置、廚房、洗衣房、浴室的排水、防水、通風設備等列成一份清單(或從加拿大的CMHC網站下載「住家保養表」﹝Home Maintenance Schedule﹞),每月利用一個週末的時間,按照清單,花兩、三個小時繞行房子一周,作目視檢查,就可以確認房子的屋況。其實,定期檢查對鋼筋混凝土或鋼骨構造的房子來說,也是必要的,可以預防房子的小問題演變成大問題,以致日後需要花費更多的錢來修繕。

颱風前,必須注意房子旁有無可能會傾倒壓到房子的樹,如果有,就將之移除或修剪,並架以支撐固定住。再來,還要確定門窗是否牢固。在美國東南部地區,每年颱風(Hurricane)來臨前,政府及相關單位都會建議屋主用百葉或夾板(Shutter)將門窗保護好,這跟台灣屏東或宜蘭地區很多住宅的窗戶都會加上捲門的作法,有點相像──颱風來臨時,居民就將捲門放下,保護門窗不被強風摧毀。此外,所有鬆動的東西都要固定好,以免被颱風吹走,對他人造成危害。

在美國的颱風及地震地區,當地法規都會特別要求加強屋頂與牆、牆與基礎的固定,以抵抗風力及地震力。美國木構造房子的補強工作很容易,因為市面上有專為加強結構所設計的鐵件(如Simpson Strong Tie),所需的工具也簡單(鋸子、電鑽、鐵鎚),不像鋼筋混凝土的結構補強工作那麼複雜。

颱風過後,需要檢查屋頂、天溝、外牆及門窗是否鬆動受損,或是出現滲水、積水等現象。還需爬上閣樓(Attic)檢查屋架與牆的頂板、接頭五金是否牢固,以及檢查牆的地檻板與RC基礎結合是否受損、地下架空部分(Craw space)是否積水。 地震後的檢查工作,除確定房子結構的接頭是否遭到破壞、開始鬆動外,還需觀察地基是否有位移、龜裂或傾斜的現象,以及房子的架構是否傾斜(一般發生在柱樑系統構造的剪力牆不足時)。特別要注意的是,瓦斯管線是否受損?是否有漏氣現象?給排水管是否漏水?化糞池、糞管及排氣管是否受損?

12. 如果木構造房子未來有更動空間格局或擴建的需要,會不會很困難?

木構造房子的改建及增建,相當容易。因為木構造屬於乾式施工,而且木材加工容易,不需要重型機械;在擴充或改建時所產生的噪音及污染較少,施工期也較短,很多屋主會到Home Depo(像台灣的B&Q)買工具及材料,自己動手施作。相較之下,混凝土構造的擴充或改建,敲除時所產生的噪音及粉塵,對工地周圍的住戶會產生極大的干擾。混凝土構造在完工後的很長一段時間裡,由於水份仍會不斷由混凝土中釋出,因此造成室內溫度過高,對居住者的健康及裝修建材都會產生負面影響。木構造房子的改建及擴充因為施工容易、工期短、污染少,因此是歐美日等先進國家住宅多採用木構造的原因之一。

 
 
 

 輕鋼構

 

1. 輕型槽鐵(Light Gauge Steel Framing)構造適合用於多震帶的台灣嗎?

長久以來,我們對台灣當下的建築生態常不能茍同,一些正統或正規所累積的知識與經驗,在這樣的生態下,一點都無法施展。因此921地震後,我們藉由募款協助南投中寮鄉龍安村興建公共廚房的機會,提出了我們對台灣建築的一些看法。

我們對災後農村住宅重建的設計與施工的原則如下:1. 安全 2. 快速 3. 便宜 4. 生態與環保 5. 舒適 6. 農村風貌 7. 可自行建造(DIY)。基於這些原則,我們建議在低預算的案子以熱浸鍍鋅的輕型槽鐵(Light Gauge Steel Framing)方式構造,在高預算的案子則以2x4的木構造方式。這兩種系統在結構上屬於版牆的系統而非一般的樑柱系統(Rigid Frame)。2x4構造再過去的地震歷史上(阪神、加州、阿拉斯加)表現相當優異。而輕型槽鐵(LGSF)則是過去十年在美國、加拿大住宅構造取代2x4的另一種工法。這種工法在阪神地震後也被日本的開發商列為抗震的訴求(地震力V=ZKCIW,建物重量越小,所受地震力越小)。在興建速度上,曾有美國營造廠在阪神重建中,20坪的住宅7天完工,40坪的住宅10天完工的紀錄。因輕型槽鐵在台灣農村已被廣泛使用(香菇寮、棚子、水塔、電塔),在價格競爭(3.5萬/坪)及DIY的可行性相當高。

在公共廚房的外牆上,基座是洗石子,加上馬賽克的滾邊飾條,上半部則是STUCCO的石灰牆,外觀上試圖延續農村舊有的風貌。輕型槽鐵以自攻牙螺絲來鎖,可完全避免焊工。(農村地方找不到合格的焊工,加州北嶺地震的鋼構造多是破壞在樑柱接頭的焊接)

因此區的氣候相當潮濕,年平均降雨量約2400mm,所以我們在外牆處理以Pressure Equalized Rain-screen的方式來控制水的問題。這套系統一般運用在高樓的curtain wall,但這幾年在多雨的溫哥華低層住宅也成為趨勢。我們在本案中希望能以很低的造價達到很高科技的表現。

套輕型槽鐵(LGSF)的工法,就農村重建而言不是「Revolution」,而是「Evolution」,我們試圖在台灣農村已有的架構中(材料、人力)加入專業的知識(Engineering)尋求一個「恰當」的對策。

  • 輕型槽鐵(乾式系統)不僅可以回收,在運輸安裝過程中不需要重型車輛,減少預拌混凝土車及重型車輛的進出,是生態上的考量。
  • 輕型槽鐵(LGSF)以石膏板當內牆(防火),防水夾板當外牆(抗剪力),中間空隙填玻璃纖維棉可達相當好的隔熱效果(R=10),是一般混凝土構造(R=1.5)隔熱效果的六倍。
  • 構材輕巧,管線安裝及日後維修容易。
  • 可結合多樣的室內、室外的表面建材。
  • 工廠預組,現場組立。

2. 使用輕型槽鐵(Light Gauge Steel Framing)構造的好處?

  • 輕型槽鐵(乾式系統)不僅可以回收,在運輸安裝過程中不需要重型車輛,減少預拌混凝土車及重型車輛的進出,是生態上的考量。
  • 輕型槽鐵(LGSF)以石膏板當內牆(防火),防水夾板當外牆(抗剪力),中間空隙填玻璃纖維棉可達相當好的隔熱效果(R=10),是一般混凝土構造(R=1.5)隔熱效果的六倍。
  • 構材輕巧,管線安裝及日後維修容易。
  • 可結合多樣的室內、室外的表面建材。
  • 工廠預組,現場組立。
 
 
 

結構與安全

 

1. 九二一大地震時,大樓倒塌的罪魁禍首是沙拉油桶?

九二一大地震,非震央區的一些新建大樓竟然應聲而倒,造成慘重的傷亡。倒塌的現場出現了許多令人費解的沙拉油桶,頓時沙拉油桶受到空前的重視。民眾、媒體紛紛譴責建商偷工減料;一些建商與建築師馬上起來反駁解釋沙拉油桶只用來填充假樑、假柱,與結構無關;甚至有建築師帶學生參觀工地,說明沙拉油桶如何被運用在建築的構造之中。在這一片混亂的表象之下,其實隱藏了幾個根本的問題值得討論;一個是敬業態度問題,另一個是職業生態問題。

若單純由結構的行為來看,沙拉油桶並非在建物的主要結構內,大樓倒塌應與油桶無關。但運用沙拉油桶當作建築構造的填充材與內模的方式,卻反應了建築業隨意散漫的態度。而這種隨意散漫的態度是造成營建業品質惡化的主因。在美國的UBC法規與台灣的建築技術規則中均提到「模板需準確平直,與設計圖尺寸相符,且須緊密穩妥,不至鬆動漏漿。」台灣目前使用沙拉油桶的工法,根本無法達到規範的要求。因為油桶在未乾的混凝土中有極大的浮力會造成為位移,導致主結構的鋼筋保護層不足。當建築界能接受這種不精確的工法時,自然不意外在混凝土的結構中可找到舊報紙、檳榔渣與香菸盒。三、四十年前,我們的業界還沒有小聰明來用這種取巧的工法時,營造廠有施作清水混凝土的技術(東海大教堂),有施作清水磚的技術。如今全台灣有幾家營造廠有能力來蓋清水混凝土與清水磚的建築物?當新竹的高科技產業企圖領著台灣往世界的巔峰衝刺時,台灣的建築營造水準卻不知不覺得倒退了二、三十年。

當我們在探討為何營造廠不能捨棄沙拉油桶的工法,所得的答案是「便宜」。在目前的發包制度傾向以最低價得標的方式,事實上也促成了劣幣逐良幣的職業生態。營造廠不是慈善機構,還是要以盈利為目的。在目前的制度下,低價搶標的結果必是營造品質的下降。營造品質低落在這天災之下暴露無疑,所造成生命財產的損失,豈是當初業主發包時所省的錢可彌補的!

2. 高樓建築一樓挑高開放空間與騎樓設計是導致倒塌的原因?!

地震後很多人不敢住高樓了,因為很多大樓都是在底層受破壞而整棟樓折斷倒塌。報上刊登北市政府想修改法令廢除一樓騎樓設計,北市結構技師公會馬上聲明大樓倒塌原因不在騎樓設計。到底促成這次地震大樓倒塌的原因何在?大樓結構到底安不安全?一直是大眾所關心的。造成一個建築物結構體失敗的原因很多,但有一個自然法則是不變的—地震力永遠找最弱的點來破壞(Earthquake always finds the fault and punishes the building)。要折斷一竹子不易,但只要在竹子上鋸一缺口,要折斷他就容易多了,而且斷裂處一定是由缺口處開始。(你下次買甘蔗時,注意看老闆如何折斷甘蔗就知道了!)大樓若在一樓受破壞,表示該處的結構是整棟中最弱的地方(阪神地震中有大樓破壞在五樓,未必在一樓)。

我們目前在台灣中部地區的大樓結構設計幾乎都採用剛性構架系統(Rigid frame)。也就是純粹以樑柱的系統來支撐建築物的載重並抵抗側向風力與地震力,而很少會配合剪力牆(Shear wall)的設計。這個系統在理論上是沒有疑問的。但問題出在結構技師分析時,與建築物實際完工後有很大的落差。一般以剛性架構系統設計結構時,技師的分析中只有樑與柱的架構,建築物的內外牆在結構行為中是被假設不存在的。但在台灣施工時,民眾對住宅隔間偏好以混凝土牆及磚牆來當隔間,而不習慣接受石膏板牆的乾式隔間。當這些混凝土及磚牆密密麻麻的充滿整個大樓時,事實上已改變了整個結構系統的強度的分佈。因為三樓以上多了許多住宅隔間牆,而且外牆又是與樑柱結合在一起澆灌的混凝土牆,使得大樓上半部的結構體勁度(Stiffness)不當的加強,相對的一、二樓部分反而成為軟樓層(Soft story),形成了整個大樓結構系統的勁度不一致(Stiffness irregularity)。假若一、二樓沒有再額外補強,地震來時自然由此處開始破壞。