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2024-03-01創新的低碳建材 木構造建築新時代 651 期

Author 作者 徐宇亮/成功大學建築學系助理教授,專長為永續低碳建築與跨領域整合。

Take Home Message
•木材是具備永續、可再生性的綠建材。樹木生長會吸收二氧化碳並以木材形式固碳,因此使用木材能減少溫室氣體。
•經濟性人工林能收穫木材且具商業價值,而維持伐採、疏伐、造林則可維持森林健康和生產力。
•製程技術的進步使小徑木也有機會被應用於大型建築,集成步驟、自動化的製造和加工也讓木構造建築有所突破。

 
隨著國際間對於2050年淨零碳排目標達成共識,淨零轉型已成為世界各國抵禦氣候變遷的首要目標。為實現此目標,各國都設定了國家自訂貢獻(nationally determined contribution, NDC)以減少溫室氣體排放,並承諾定期報告與更新目標進展。
 
溫室氣體的排放自工業革命以來持續地增加,使得地球的平均氣溫逐年上升,也導致了極端氣候、環境、生態系統的變化。而營建產業更是全球溫室氣體排放的主要元兇之一(約占39%),甚至高於工業和運輸業的總和(圖一)。營建產業的碳排放除了包含建築物的建造、維運使用,還包含拆除等產業鏈的碳排放,也讓我們意識到恣意地消耗自然資源及使用大量的能源來生產建築材料,對環境來說既不永續也不友善。

 

圖一|全球產業碳排放占比(資料來源:UN Environment Programme and IEA.(2019).2019 Global Status Report for Buildings and Construction.)

 

永續的綠建材—木材

具備低碳、永續、可再生等條件的木材,無疑是營建產業面對減碳需求的機會。而木建築具備固碳的效益,且在建造上搭配能縮短施工時間的預製工法,有望成為國家淨零轉型上重要的策略拼圖。
 
木材是最古老的建築材料之一,數千年下來,有關木建築的知識和技術在世界各地廣泛流傳。木建築的發展不受文化、文明或地理限制,已發展出滿足在地需求的技術與方式。木材不僅加工容易,它的再生材料特性更是優於其他建材。在性能方面,木材還擁有更優異的強度/重量比(同樣的強度下,木材的重量只有混凝土的1/5;鋼的1/16)。
 
近年來,木材出現在許多大型及高層建築。因為在製程技術的突破,並透過集成(lamination)〔註〕的技術,讓小斷面的木材也有機會被應用在大型建築的結構上;過去大斷面木材容易出現的強度不均勻等缺點,也能透過集成技術來分等及避免。加上自動化生產、數值加工機具的幫忙,在生產與加工的量能、速度、精密度,以及穩定程度上也都有別於過往。除此之外,創新的製程還能發展出強度表現更優異的木材產品⸺「工程木材」(engineered timber)。工程木材的出現,也開啟了新式木構造建築的篇章,以下將分別透過三個章節來介紹低碳建築的創新。
 

〔註〕集成在工程木材的製程上可分為:使用膠合劑的膠合集成,以及透過銷栓、卡扣、螺絲等物理方式的集成。膠合集成可以提供優異的性能,但膠合劑中添加的揮發性有機化合物(volatile organic compounds, VOCs)會造成使用者健康上的疑慮;而非膠合的集成方式則可以減少對於健康以及環境的影響。在這兩種集成方法之間的選擇,取決於使用場域的具體需求,包括強度、成本、永續性和環境影響等考量。

 

木材的固碳與永續循環

森林在自然界的碳循環中扮演著至關重要的角色,樹木通過行光合作用,吸收大氣中的二氧化碳並釋放氧氣。在此過程中,大氣中的碳被積累在樹木細胞中,並以木材的形式被固定下來。當我們選擇以木材作為建築材料使用時,這些碳就相當於被儲存在建築物中。……【更多內容請閱讀科學月刊第651期】