框組壁式木構造房屋在節能減碳上的表現

框組壁式木構造房屋在節能減碳上的表現

框組壁式木構造房屋在節能減碳上的表現

林業試驗所森林利用組 塗三賢

前言

木材的構成元素中50％為碳素，密度500kg/m³之木材，每m³可固定250kg碳素，因此使用愈多之固態木材，在地球表面可貯藏愈多之有機質型態之碳素，同時因為木材具有可燃燒性及生物分解性，所以在廢棄時不但節省能源，且不會發生公害，最終製品的木造住宅在建設、使用、解體、廢棄等各項所需的能源均較其他建物為少。同時，因木質材料的再利用性大，所以木構造住宅可算是一種碳素貯藏庫，日本的研究即指出，在日本國內已累積3800萬棟木質建築物，可貯存碳素量達1.4億公噸，約為該國全森林之18％。因此木構造住宅無疑的就是一種良好的綠建築。在政府積極推動綠建築政策的同時，如何善用木材資源，推廣木構造住宅將是不可或缺的重要工作。

台灣地區常見的木構造建築的工法型式主要是樑柱式(Post and beam)、框組壁式(Platform)與原木層疊式(Log house)等3大類。其中樑柱式工法的木構造建築是以柱與樑作為主要的結構元素，能在滿足結構功能的需求下，以最少的構材創造最大的使用空間。在樑柱式木構造建築中，荷重的傳遞是由樑傳到柱，而不依靠承重牆，得以取得牆面開窗的自由度，在近代工業技術的精進下，此種構造在大量使用金屬扣件以及斜撐的運用後，可以提供樑柱式木構造建築更大的跨距，提升設計上的彈性及空間。框組壁式木構造建築則是近代北美的木牆結構，也稱作「2 X 4 工法」，是工業化後的產品，特色為其以構件的斷面都是2 X 4 英吋(為標稱尺寸，實際尺寸則約為1.5 X 3.5英吋，約3.8 X 8.9 cm)的木材作為間柱(Stud)，每隔40或60 cm間距一支，組成承重牆系統的木構造建築。2 X 4框組壁式工法建築以小斷面、小尺寸的木構材框架，組成高強度、低造價的住宅建築，是北美住宅的主流。原木層疊式木構造建築則是以斷面為D型或O型的原木搭接，組成結構牆系統的木構造建築，但近年來，在新建木構造房屋市場中，原木層疊式木構造建築已較少見。

在台灣，框組壁式木構造房屋的新建數量約佔每年新建木構造房屋建築數量的36%，是目前市場上主要的木構造房屋建築型式之一，本文的目的即在於介紹框組壁式木構造房屋在節能減碳上的表現。

框組壁式木構造房屋的木材使用量與碳素貯存量

以實地調查方式，訪問相關業者，取得現有框組壁式木構造房屋的工料資料，計算框組壁式木構造房屋在興建階段所能達到的碳素貯存量，統計調查結果顯示，台灣地區框組壁式木構造房屋的平均樓地板建築面積約為197.8 m²(約60坪)。所使用之木質材料材積平均約為40.06 m³，單位建築面積所使用之木質材料材積平均約為0.2143 m³/m²。框組壁式木構造房屋主要引進自北美地區，依相關的調查研究指出，美國地區單戶獨棟住宅，平均每單位樓地板面積所使用之木質材料材積約為0.2685 m³/m²；而加拿大地區框組壁式木構造房屋的平均每單位樓地板面積所使用之木質材料材積則約為0.2100 m³/m² 。與本研究調查結果相比較後，可發現台灣地區的框組壁式木構造房屋每單位建築面積所使用之木質材料材積會少於美國地區的框組壁式木構造房屋，而與加拿大地區的框組壁式木構造房屋相近。

在框組壁式木構造房屋所使用之木質材料中，主要也是以製材類建材為主，其使用量佔了全部木質材料材積使用量的74.29%；其次是合板類建材，使用量平均約佔全部材積使用量的23.06%，而其他的木質建材(粒片板、防腐材、木地板等)的使用量平均則僅約佔全部材積使用量的2.65%。

依統計結果分析，台灣地區的框組壁式木構造房屋每棟約可貯存10.6 公噸的碳素，相當約為38.2公噸的二氧化碳被固定在木構造建築中；而框組壁式木構造房屋平均每單位樓地板面積的碳素貯存量約為53.57 kg/m²。

框組壁式木構造房屋的減碳效果

將框組壁式木構造房屋在興建時，結構體部分所使用的建材實際使用量依各建材在生產時的單位CO₂排放量累算，可求得框組壁式木構造建築物結構體的在興建階段CO₂排放量。由研究結果可知，以平均樓地板建築面積約197.8 m²的框組壁工法木構造房屋而言，平均每棟建築物結構體部分的CO₂總排放量約為11357kg。其中非木質建材(鋼材、混凝土、磁磚、矽酸鈣板、石膏板等)的CO₂排放量合計約佔CO₂總排放量的83.80%，而木質建材部分的CO₂排放量合計約佔CO₂總排放量的16.20%，將鋼材、混凝土與木材等各種建材在生產時的單位CO₂排放量相比較時，可發現鋼材約為木材之10～20倍，混凝土則為木材之1～2倍，因此可知框組壁式木構造建築物在興建時，主要的CO₂排放量是來自為非木質建材。

就單位建築面積CO₂排放量分析而言，框組壁工法木構造房屋，每單位建築面積CO₂排放量約為57.42 kg/m²，而每單位建築面積鋼筋混凝土(RC)構造建築物之CO₂排放量約為247.08 kg/m²，鋼構住宅(S)構造建築物的CO₂排放量則約為197.92 kg/m²，RC構造建築物與S構造建築物每單位建築面積的CO₂排放量各為框組壁工法木構造房屋建築的4.3倍及3.4倍，由此可知，若以框組壁式木構造房屋取代鋼筋混凝土構造建築物或鋼構造建築物時，將有效的減少CO₂的排放，達到減碳的效果。

框組壁式木構造房屋的調溫節能表現

由於不同的建材種類(木材、鋼材、混凝土、磚牆、石膏板等)的密度、熱傳導率、熱貫流率等特性均有不同，因此，以不同建材構成的壁體，在室溫變動比(室溫日變化量與外氣溫日變化量之比值)上會有相當大的差異，日本的研究指出，當壁體厚度為15cm時，混凝土牆與磚牆的室溫變動比會各為木材(柳杉)牆室溫變動比的3.8倍與3.1倍；這表示混凝土房屋牆與磚構造房屋的室溫會比木構造房屋更容易受到外氣溫度變化的影響。當外氣溫度高較室溫高，若要維持一定的室溫而使用空氣調節器(冷氣機)時，則混凝土房屋牆與磚構造房屋會比木構造房屋耗用更多的能源。

外氣溫度的變動經由屋頂或外壁等住宅構造體的熱貫流或門窗的換氣作用而引發室溫的變動，本研究在一棟密閉式的框組壁木構造房屋的室內與室外，分別設置溫度感測器，於2008年12月至2009年3月間，記錄室溫與外氣溫度的變化，結果發現：框組壁式木構造房屋室內溫度的變化會比外氣溫度的變化小；而框組壁式木構造房屋的外氣溫度與室內溫度的差異，當外氣溫度在23℃以下時，外氣溫度與室內溫度的差異不大，平均而言，在試驗木構造房屋內的室溫會比外氣溫度高約1 ~ 2℃；但當外氣溫度在25℃以上時，外氣溫度與室內溫度的差異會有隨外氣溫度升高而變大的趨勢，當外氣溫度在35℃以上時，室內外溫度差會多達15~16℃，由此可知框組壁式木構造房屋在調節溫度的能力上具有顯著的效果。依據台灣電力公司的研究指出，當冷氣機的溫度設定每調高1℃時，可節省約6%的電力消耗，因此在高溫炎熱的夏季，藉由木構造房屋的溫度調節能力，可減少冷氣空調的電力消耗，達到節能的效果。

結語

木構造建築物以木材當作主要建材，不但在建設階段會比其他構造建築物省能源，進而使CO₂排放減量；同時在其生命週期內，均可將碳素固定在建築物內部，不會使其回歸大氣中。而藉由木構造房屋的溫度調節能力，也可減少冷氣空調的電力消耗，達到節能的效果，因此木構造住宅無疑的就是一種良好的綠建築。在政府積極推動綠建築政策的同時，如何善用木材資源，推廣木構造住宅將是不可或缺的重要工作。

活性碳的功用

活性碳之應用

活性碳主要是用作為氣體或各種物質選擇性吸附的基材，用途廣泛，上自化學品、醫藥品的生產製程，下至廢水處理、含戴歐辛(dioxin)之廢氣處理等環保領域，也用於淨水、廢水處理、甜味料脫色、化學、醫藥和礦物加工、食品加工、空氣或其他氣體吸附純化與溶劑回收。一般而言，目前活性碳在水質的處理上大約佔其用途的80%，包括30%用於飲用水、22%用於工業及都巿廢水、12%用於甜味料之脫色、地下水用7%、礦物用5%、家庭用約5%、食品加工用約4%，以及其他包括化學製程的雜項約佔有11%；至於在氣體上的用量約佔其20%，包括5.8%用於空氣淨化、5%用於溶劑回收、4%用於汽車，以及其他包括香煙濾嘴的雜項約佔有5.2%。
活性碳因碳的形狀與性質而有不同的應用領域。粉狀碳主要應用於化學品純化/脫色、水處理、飲料淨化、精製糖、製藥及食用等液相製程；粒狀碳除了可用於液相外，也可用於氣體吸收、溶劑回收、金的回收等氣相應用；蜂巢狀及纖維狀碳則多使用於大空間低濃度的氣相中，如吸附空氣中VOCs(有機揮發性化合物)或毒性物質的濾網、影印機或室內空氣淨化器用除臭濾網等；纖維狀碳尚可做成口罩、防護衣及濾水器之濾心等。

1: 活性炭疏密多孔的特性使它可以吸附部分電磁輻射，從而能有效的阻隔電磁波對人體的傷害。不但能有效地阻隔電磁輻射，而且還能吸附因電器運作排出的有害氣體，達到淨化空氣的理想效果。

室內環境中的甲醛從其來源來看大致可分為兩大類：
1、來自室外空氣的污染：
工業廢氣、汽車尾氣、光化學煙霧等在一定程度上均可排放或產生一定量的甲醛，但是這一部分含量很少。據有關報導顯示城市空氣中甲醛的年平均濃度大約是0.005~0.01mg/m3，一般不超過0.03mg/m3，這部分氣體在一些時候可進入室內，是構成室內甲醛污染的一個來源。
2、來自室內裝修材料的污染：
目前市場上的各種人造板如刨花板、中密度纖維板、膠合板中均使用以甲醛為主要成分的樹脂作為粘合劑，因而不可避免的會含有甲醛；傢俱製作、牆面、地面的裝修輔助設備中都要使用粘合劑，因此凡是有用到粘合劑的地方總會有甲醛氣體的釋放，對室內環境造成危害；
裝修用塗料及內牆塗裝時使用的膩子等中，可能殘存少量的甲醛；牆紙及地毯以及新車裝飾用材料中可能含有甲醛污染；由於由脲醛樹脂製成的脲－甲醛泡沫樹脂隔熱材料有很好的隔熱作用，因此常被製成建築物的圍護結構使室內溫度不受室外的影響；因此，總的說來室內環境中甲醛的來源還是很廣泛的，一般新裝修的房子其甲醛的含量可達到0.40mg/m3，個別則有可能達到1.50mg/m3。經研究表明甲醛在室內環境中的含量和房屋的使用時間、溫度、濕度及房屋的通風狀況有密切的關係。在一般情況下，房屋的使用時間越長，室內環境中甲醛的殘留量越少；溫度越高，濕度越大，越有利於甲醛的釋放；通風條件越好，建築、裝修材料中甲醛的釋放也相應的越快，越有利於室內環境的清潔。
3、甲醛的散發途徑
1）木材本身在溫度和濕度作用下散發極微量甲醛。
2）脲醛樹脂在制膠過程中不可避免地殘留一部分游離甲醛向外散發。
3）人造板在固化過程中，一部分線性樹脂未形成網狀結構從而分解成自由狀甲醛向外界散發。
4）部分固化不完全的樹脂在熱和水分的作用下發生分解而形成游離甲醛向外散發。
日本的研究表明，室內人造板甲醛的釋放期一般為3至15年。

裝修污染已成為當今人類健康的“不能承受之重”。裝修和家居一般都大量採用三合板、人造板，而甲醛作為黏合劑的重要成分隱藏在板材夾層中。室溫每上升一度，甲醛釋放到空氣中的濃度就會增加。長期處於這種環境中對身體的損害是致命的。然而，令人憂慮的是，甲醛超標的現象在我國大部分地區極具普遍性。

建築環保專家：你必知的綠色環保裝修4大誤區

家庭裝修有毒人人皆知，但毒從何而來卻知之甚少，導致即使全部採用綠色環保材料裝修的房子有毒物質卻嚴重超標。日前在北京召開的“綠蛙新型膠合劑科技成果發佈會”上，建築環保專家們說，其實很多人都走進了環保裝修的誤區。
家庭裝修污染問題已經成為嚴重危害人類健康安全的“隱性殺手”，據中國建築裝飾協會總建築師房箴介紹，“室內環境污染”已經成為繼“煤煙污染”和“光化學污染”之後的全球第三大空氣污染問題。很多人在裝修過程中認為只要用了標明環保的板材和傢俱，就可以保證能躲過這一殺手。其實裝修過程中有很多誤區，據深圳市綠蛙生物科技有限公司董事長朱壽會介紹，最容易造成的誤區有以下幾點：

誤解一：家庭裝修有毒物主要來源於板材和傢俱，而非膠合劑。
事實：木材、天然植物本來無毒，因板材和傢俱是木材用膠水粘接而成的，膠水含有大量甲醛和苯，因而有毒木材來源於膠水而不是木材，並且傢俱板材只占家裝的一部分，或者說是家裝有毒來源的一部分。

誤解二：板材、傢俱有毒都無法解決，牆面披灰更是小事不值一提。
事實：牆面是家裝中最重要的環節之一，不但面積大，而且籠罩整個房間，雙飛粉本來無毒，但在調製膩子時需大量的化學膠水而導致有毒，並且大家錯誤認為披灰是小事，導致大量使用劣質膠水，使房間空氣更加惡劣。

誤解三：裝修完後多開窗門通風就行了。
事實：因為用了化學膠水而導致板材和傢俱有毒，膠水中的甲醛釋放時間長達５年至１５年，開幾個月窗是無濟於事的。

誤解四：膠水是用甲醛和苯做的，不含甲醛和苯不可能。
事實：隨著科技的飛速發展，不含甲醛和苯的健康植物膠已經國家環保產品品質監督檢測中心檢驗認證，並投入生產，將慢慢取代含甲醛和苯的化學膠。

　　

值得尊敬與學習的建築開發商

林增連傳奇