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Landscape Architecture


CONTENTS CO 2+H 2O→C 6H12O 6 + ATP + H 2O + O 2 The carbon dioxide are photosynthesized to transform into water and oxygen.

General background information Global warming

P02-03

Disaster -carbon emissions

P04-05

Local Environmental Geographic research

P06-07

Energy crisis

P08-09

Site Analysis Gis

P10-11

Search problem

P12-13

Data visualization & Strategy Data visualization

P14-15

Strategy

P16-17

Prototype Development Type Development

P18-20

Function set up

P22-23

Placing In Experiment Place In

P24-27

Control Variables

P28-29

Design & Effect Detail Design

P34-39

Effect

P40-41


從前城市的盲目擴張而違背自然規律,一連串失敗的設計 表現出人與自然發展不協調和無序現象,進而造成能源與 環境的巨大浪費 現今火力發電燃煤廠是碳源的最大元兇,然而能源在現代 生活中佔著難以被取代的角色,電廠排放的二氧化碳與懸 浮微粒都對城市帶來龐大的健康成本 用Landscape Urbanism重新思考都市空間的構成,面 對複雜的都市結構,挖掘問題與應變對策,在龐大的數據 與內部形式相互的探討共同組成一個空間回應設定的功能 目標,而其中不斷重複實驗的就是達到設計最優解的過程


01 / General background information 01-1

Global warming 從人口膨脹環境惡化能源短缺等 是目前地球正在面臨的問題, 而問題多來自曾經失敗的城市 發展而產生的負面影響,盲目擴 張違背自然規律而表現出城 市發展與環境不協調的失衡和無序 現象,造成了資源的巨大 浪費、居民生活質量下降、資源的不 足也會隨著未來人口逐 漸上升而問題越趨嚴重。 依據聯合國地球生命力報告書,指出目前全球多項系統,處於 不穩定或是危險狀況下,其 中以生物滅絕速度和化學循環最為 顯著,且各項系統間也會相互影響。檢視歷年碳足跡與 地球承 載量,可以看出早在1970年代,人類的污染與破壞早已經超過 一個地球可以承載的 範圍,這是曾經的失敗設計與開發建設再 不做出改變地球將無法再承受…… 根據許多資料顯示,地球遭受最嚴重的傷害 是大量二氧化碳造 成的骨牌效應,若二氧化碳排放量至2025年估計會到達550萬 公噸,以此類推直到 2050 年地球因為二氧化碳過多的問題導 致大量生物滅亡,而人類也會因此壽命大減,因暖化問題受影 響的生物多受到環境的間接影響 : 酸雨問題、地球升溫,使冰 山融化、海面上升,陸地面積減少,加上氣候帶位移,引發動 物大遷徙,也可能促使疾病的蔓延。

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01 / General background information 01-2

Disaster -carbon emissions

雖然二氧化碳並非是有毒氣體,通常是由燃燒有機化合物 與細胞的呼吸作用、微生物的發酵作用等所產生,植物在 有陽光的情況下吸取二氧化碳,並於葉綠體內進行光合作 用產生碳水化合物和氧氣,氧氣可供其他生物進行呼吸作 用,使得萬物生生不息的適當碳循環,但因為人類的活動 導致碳元素過量,進而壓迫到其他環境機制運作。 而這些碳元素多以氣體活動居多,並毫無國界的擴散於其 中,進而影響著地球不正常的活動,故達到循環的平衡是 我們的設計目標,並非完全除碳,而是將多餘的碳進行最 正確且有效率的方式進行再利用。

Eco

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Energy conservation and carbon reduction

l

and ogy

Eco

nom

y?


目前全球許多發電廠燃燒煤和石油之熱能發電產生 大量二氧化碳且通 常都含有硫化合物,燃燒時也 會生成二氧化硫,溫室氣體排放量預計 未來將增加 50%,二氧化碳排放量將增加70%並嚴重削弱人類和生態 系統的適應能力。 空氣汙染主要來自工業生產和交通工具的廢氣排放隨著工業的發達和 全球城市化,汙染也越來越嚴重 其中又以發電廠產生最多汙染與溫室 氣體,因為人口增長,需要的能源越來越多,燃燒能源的同時產生大 量灰燼與二氧化碳以超出地球負荷。 全球的問題關係緊密,空氣汙染與溫室效應不分國界, 空氣問題不 容小覷,若短時間內再不做出改變後果將不 堪設想,台灣空氣汙染主 要來自工業生產和交通工具的 廢氣排放,其中又以火力發電為最大宗 當代燃煤電廠 污染排放就是二氧化碳與PM2.5,發電的同時帶來死亡

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02 / Local Environmental 02-1

Geographic research

電力為工業之母,火力發電在推動台灣地區經濟發展的過程中扮演極為重要的角色, 配合政府能源多元化政策台灣火力發電採用之燃料為煤碳重油及天然氣,其中以燃煤 的汽力發電機組為主以燃天然氣的複循環機組為輔。兩種方式皆會產生二氧化碳與懸 浮微粒,其中燃氣所造成的碳排放較燃煤少,但燃氣發電成本相對也較高,故電價與 環境之間的取捨,發電與周遭環境成本等等問題都造成不少爭議。 從煙囪排放的廢氣以及污染物> 燃料和煤炭的燃燒所產生,伴隨著空氣中的氮化物發生反應 主要產生的汙染物和對應的環境污染:

2.污染源強度(排放量)g/s

(1). 二氧化碳(CO2) (2). 一氧化碳(CO) (3). 水蒸氣(H2O) (4). 亞硫酸氣體(SOx) (5). 懸浮粒子(PM10) (6). 硝酸氣體(NOx) 以興達發電廠為例

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1.污染物濃度: g/m3或ug/m3

天然氣

核能

1.02

0.75

0.51

0.06

3.平均風速

1.6g/cm3(固), 1.98g/L(氣,0℃,1atm) 天然氣發電每度電所排放的二氧化碳約為0.5kg 年發電量200億度 平均每秒316kg的二氧化碳

c o 2 (kg/kwh)

歷年風速資料全年平均風速為 2.6 m/s,各月平均風速相差不大,分佈於 2.3 ~ 2.9m/s

σy、σz:y及z方向之擴散係數(diffusion coefficient),m 一般化合物對空氣的質量擴散率約為對水的質量擴散率的10000倍 二氧化碳對空氣的質量擴散率為16 mm2/s,對水的擴散率則為0.0016 mm2/s


在前述的碳排放問題與台灣所面臨的缺電情況,我們無法從中取捨,故能源結構的轉型是必然的, 生態電廠是能源結構轉型必經的道路,但在能源結構無法快速轉換下,我們設計新型態的綠地系 統於電廠外部,並具備多種功能以面對未來將面臨的問題。

研究目標:環境與電廠達到平衡現今

台灣發電廠大多還是以火力發電為主,燃煤及燃氣 都會帶來的過多的碳排放並由周邊環境消化, 如何利用電廠周邊設施的改造與重新設計,使其能自行吸收所產生之外部影響,讓發電廠除了具備 發電功能,還具備自體循環系統,甚至使人走入此空間是輕鬆愉快的氛圍,並結合周遭濕地等環境 價值,顛覆以往人們對電廠的印象。

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02 / Local Environmental 02-2

Energy crisis 全球因為人口上升都逐漸浮出了能源問題, 以台灣的環境資源來說明,台灣地狹人稠, 資源不足,供電與用電不成正比,入不敷出 為了環境問題,政策的失敗根本不可能在短 期內將火力發電完全剃除,但近日空氣品質 都亮起紅色警戒,若不再改變現狀將會變成 發電下的慢性自殺。加上台灣的夏天愈來愈 熱,去年七月屏東恆春高溫突破同期史上紀 錄,台北高溫天數也是近年新高用電持續成 長完全可以想像。天下沒有白吃的午餐,當 我們不要缺電、不要空汙、不要核能、不要 漲電價的同時,又要兼顧環保、發展天然氣 和再生能源,魚與熊掌如何兼得?

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03 / Site Analysis 03-1

Gis

建築體積限制:發電廠區、辦公室及員工宿舍等, 須列入考量: 規劃14公頃為CCS(碳儲存用地)、 與濕地間需有100m緩衝區 廠區還包含行政區、生活區及三大機具區。 興達港歷年 15年風向多為西北風/東北風,風速 多為2~3m/s,周邊測站主要以永安站的資料為汙 染最多,

1. 基於統計學中頻率分析的概念,分別代表 24小時連續降雨條件下,重現期距(再次發生 所需期間)的雨量為設計條件所模擬的淹水情形。 2. 24小時連續降雨條件下, 雨量規模達300mm的設計條件所模擬的淹水情形。 3. 24小時連續降雨條件下, 雨量規模達450mm的設計條件所模擬的淹水情形。 4. 24小時連續降雨條件下, 雨量規模達600mm的設計條件所模擬的淹水情形。

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鳥類在濕地中的分佈情況。鷺科分佈於 1、2區 休憩時會以電塔為停駐點,1、2兩區水深較深, 且視野較空曠;雁鴨科主要分佈於4、6區,4區 的水質較其他區來的乾淨,魚種多,6區環境較 多元,隱蔽性也較高,秧雞科、鷹形目及雀形目 在此區的數量最多;鷸科、鴴科分佈於7、8區, 灘地淺水域,水位也較穩定,最多貝類物種。

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03 / Site Analysis 03-2

Search problem

興達電廠第一廠主要以燃煤發電,1年要燒600萬噸的燃煤 目前裝置燃煤機組四部及複循環機組五部:總容量 430萬瓩 年發電量超過200億度,供應全台灣近七分之一的電力,未 來若第二廠區以天然氣發電年發電量200億度能估算出將帶 來的汙染量,需要多少的植栽以光合作用的轉換除去碳排放 使發電與環境達到平衡。 第二廠區使用天然氣能減少二氧化硫和粉塵排放量的排放大 約90-99%,減少二氧化碳排放量60-70%,減少氮氧化合 物排放量50%,並沒有因使用燃氣就能完全解決碳排放的問 題。天然氣是混合物,並沒有化學式但主要成分是甲烷CH4 在現今的技術上化學手法及物理手法能夠處理氮氧化物、懸 浮粒子、硫氧化物,但碳化合物始終沒有解決方式,只有一 種Carbon capture and storage,簡稱CCS : 收集及壓縮 二氧化碳增加一間燃煤的發電廠大約25至40%的能源需求再 加上其他系統成本,可能會增加發電廠產生每瓦特能量的成 本大約21至91%。將這項技術應用至現有的發電廠會更為昂 貴,特別是當發電廠遠離封存二氧化碳的地點。故我們不採 用CCS,而是採用最自然的生物方法:光合作用。 為採用生物方法,基地的條件與限制問題從前述的基地分析 分析出基地中教不可抗拒因素 : 土壤酸鹼值,淹水與雨水氾 濫,以及鳥類生活等等,去影響未來設計發展,而基地的氣 候屬陽光充足,能夠使設計行足夠光合作用。

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大面積地表的總每日入射短波太陽能,加入白天長度、太陽超過地平線的高度以 及被雲彩和其他大氣成分吸收的季節性變化。 短波輻射包括可見光和紫外線輻射 一年中較明亮的階段持續2.3個月,從3月16日到5月25日,每平方米平均每日入 射短波能量超過5.5千瓦。 一年中較黑暗的階段持續2.2個月 >>>>從11月21日 到1月27日,每平方米平均每日入射短波能量低於4.2千瓦時

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04 / Data visualization & Strategy 04-1

Data visualization

為了有效處理電廠排放的二氧化碳,發電跟二氧化碳之間的數據 很重要,我們先以相近場域的燃煤汙染後果研究做開端,估算日 後採用燃氣負循環發電後的二氧化碳排放,若以相同的發電量一 年200億度作估算,以天然氣發電每度電所排放的二氧化碳約為 0.5kg,等同於興達發電廠平均每秒放出約316kg的二氧化碳為 得知二氧化碳從煙囪排放出的擴散與流向,利用數學或定量的方 式,以計算去模擬污染物由排放源釋出之後在大氣中傳送、擴散 反應所形成的濃度場之時空分佈,加入年均風速與風向,去做穩 定風場的模擬,估算以未來台電規劃的煙囪高度80公尺,模擬計 算一大氣壓力下的擴散係數約為25m/s,並利用高斯擴散效應計 算出煙流內部污染物濃度的分佈狀況以中間主軸方向濃度最高而 在垂直於風向之水平面及垂直面二邊,則符合亂流的隨機性,判 斷出煙囪的高度導致汙染物下沉在距電廠9960 多公尺的場域此 研究是假設一穩定風場,而真正的環境中煙氣的擴散難以估算故 在電廠周邊先行處理二氧化碳再由煙囪排出為最理想的狀態。

yC:污染物濃度,g/m3或ug/m3 yQ:污染源強度(排放量),g/s yU:平均風速,m/s yσy、σz:y及z方向之擴散係數(diffusion coefficient),m yH:污染源的有效高度,m

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04 / Data visualization & Strategy 04-2

Strategy

任何植物都會對氮、硫氧化物都有一定的吸收能力,而且葉片會有 一定的滯塵作用可以適當減輕PM2.5的危害,對於清除空氣汙染的 微粒,喬樹比草更有效率如上述10平方公尺的草坪每個月清除的微 粒量約為1千克。同樣10平方公尺,喬木吸納的灰塵量將大大增加 除了吸納灰塵還可以吸收二氧化硫等有毒氣體,同時產生氧氣增加 空氣濕度。 由前述的汙染點源分析,煙流因為煙囪高與氣壓/溫度等變因,煙流 擴散範圍距離發電廠 10km 內都有一定的影響,我們的設計策略是 在此煙流擴散前便先行使用生物方法固碳/固塵。 1棵喬木1年可以 吸收20kg的二氧化碳/600kg的 pm2.5 以此類推100棵喬木,1年 可吸附2噸的二氧化碳/60噸pm2.5 以此類推, 以大量植栽對抗火力 發電廠的碳排放。 生物方法使用點狀重複>線狀>面狀 而為了達到最大的生物淨化程 度,構造的材質與型態要有大量的表面積,以對應大量的碳排放, 並改善電廠周邊的空氣品質與對永安濕地的最小衝擊,利用電廠的 規劃腹地面積種植最大量複植層為我們的設計目標。

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設計最主要的功能:最大表面積 透過平面幾何的變形、錯位、重複去研究出如何以最少的材料與結構 構架出最大的植林表面積,並結合陽光的照射角度以達到植栽與煙流 最效率的光合作用,細部則研究材質與型態發展的可能性,在空間研 究上也考慮周邊濕地、植林與人的使用而不同程度與關連性空間可以 根據需要並選擇其佈局面積形狀以及各功能之間能夠相互聯繫和轉化

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05 / Prototype Development 05-1

Type Development

任一粗糙或零碎的幾何形狀,都可以分成數個部分,且每一部分都幾乎相似、 是整體縮小後的形狀且具有自相似的性質,而空間可以根據需要選擇並決定合 適的佈局、面積、形狀以及各種功能空間能夠相互聯繫和轉化。 我們的功能設定是創建最大面積,單元的選擇設定等數周長,可得出不同的面 積大小,再以不同組合/平舖/錯位/等方式尋找出最高效率的/道路/管線/輸送 (最短周長),及最大的植栽/太陽能板/光反應(最大表面積)。

圓形的面積以單元來計算是最大的,但經過排列組合後,圓形間無法完全平鋪 一二維空間,相對來說六邊形有更緊密的填塞,使得運輸效率上是最高,又比 三邊形/四邊形多出更多表面積,正好達成我們的設計目標—最大表面積。

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05 / Prototype Development 05-1

Type Development 20


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05 / Prototype Development 05-2

Function set up

為了達到減碳的最終目的,型態的發展也需考量人 類的使用,在電廠周邊的濕地步道/複植栽層系統 鳥類觀賞與台電員工生活區的整體規劃,置入各項 人類活動與功能,植栽是設計的主要元素之一,以 現況優勢原生種為優先選種,再配合溼地適宜植物 與植物特性,探索各耐濕耐鹽環境適宜的生長方式 將發電/減碳/生活/生態都一併考量,構建置入基 地的方式也將以最低的衝擊及輕量化的材料使植物 自然覆蓋於上,打破以往人們對於火力發電廠的印 象,故機能設定為: 減碳>生態棲地>人的活動,而 TYPE的發展則是隨機能而變形進行二氧化碳的直 接利用與轉化,生物行光合作用所需要的表面積就 是我們在空間上最首先被考量的,如何利用最少的 構件去達到最大的表面積與最大的太陽能量是型態 發展的邏輯,從生物型態與幾何學尋找出達到面積 最大與周長最小的平面圖形,並運用這樣的原理去 達到型態處於變形下,依然保持功能性,製造空間 的多樣性與可變性,再根據需求去選擇最合適的佈 局、大小以及各種功能空間相互聯繫和轉化。

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植栽的設定依據基地氣候土壤合適的海岸植栽/濕地植栽為主於不同 傾斜度(最高斜度45°)與不同的地形高層(淹水線)營造不同的疏密程 度與氛圍供不同使用模式,並加入賞鳥/野餐/遊憩等多種活動。

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06 / Placing In Experiment 06-1

Place In

基地分為一廠區與二廠區,一廠區機具將全數停止 作業,改由二廠區進行燃氣發電,而構建主要將架 設於二廠並適度延伸至一廠,因腹地面積約130公 頃,其中南側有40多公頃、劃為地方級重要濕地的 永安鹽田濕地, 濕地範圍內另有興建於日治時期古 蹟的「原烏樹林製鹽株式會社辦公室」,基地東側 地層較低,易淹,且因基地位於台灣海峽旁,鹽度 易侵蝕構建,故材質需耐鹽耐濕,而功能又須具備 停車空間/緊急通道/電線輸送/大型機具設備儲放。

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Scale of Construct

Sunlight Resources

Original Morphe

Lightweight

Equipment Factory

Honeycomb space concept

Menger sponge concept

Infinity space

Important patch

Road system

Equipment Factory

Flooding

Sunlight angles

SUN of activity

Natural illumination

Resoures

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06 / Placing In Experiment 06-2

Control Variables 陽光資源點

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調整最佳陽光入射角度

濕地周圍保護區退縮


基地淹水區擠壓

主要出入口/道路細化

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完成初步住置入

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06 / Placing In Experiment 06-2

Control Variables 將型態鏡射/疊合/扭轉/擠壓的實驗過程,找出最適合基地的形式解 1

3

2

1

3 2

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將一廠與二廠之間的空間以高架橋聯結

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所有構建融入地景,輕量化且總高度不超過80m(煙囪最低高度)

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07 / Design & Effect 07-1

Detail Design d

b

c a

a.溼地與古蹟遊憩步道 b.電廠主出入口/停車場/動線起始點 c.員工生活區/半戶外空間 d.一廠區回歸自然/架空步道

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a

b

c

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d

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07 / Design & Effect 07-1

Detail Design 32


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07 / Design & Effect 07-1

Detail Design

對應前述植栽表,將構建分區域與角度/功能/大小>>> 配置不同的植栽,與營造不同的氛圍,並以複植的方式 以達到單一面積可植入的最大植栽量,構建角度越小能 植入的植栽越多,構建角度越大,能植入的植栽較少則 使構建的尺度更大,以作為皮層內部的透光量,於皮層 內疊加內部纖維皮層,在皮層交錯下,達到更多的表面 積與空間,在有限的基地上使設計行最大的光合作用。

植栽高度 m

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07 / Design & Effect 07-1

Detail Design 36


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07 / Design & Effect 07-1

Detail Design 38


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07 / Design & Effect 07-2

Effect

Cumulative Area = 200×2512.46388 (+/- 2.9e-05) square millimeters

1. 135公頃(old) 2. 131公頃(new) 1公頃= 10000平方公尺 266公頃=2660000平方公尺 古蹟:1.3公頃 濕地保育區:39公頃 剩餘可利用面積186公頃 易淹區:約90公頃 真實可用面積:96公頃 以複植方式於平面種植喬木/灌木/地被 20 5 2 kg/㎡/年

1year

4592

2year

6592

3year

8592

4year

10592

5year

12592

6year

14592

一年可處理2592萬kg的碳 但興達發電廠供200億度電>>年排碳量100億kg的碳 當設計置入後可多創造表面積74.62公頃 且能吸收最大入光能量,一年處理2000萬kg的碳

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wkg/co2


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