New Typologies Of green space system

Developing New Typologies of Green Space System Hsinta Power Plant

Director Shu-Yuan, Wu Submitted by Meng-Hsin,Shih Hsuan-Han,Chang

CONTENTS

_INT

Abstract

_01 _02 _03 _04 _05

General background information

p3-p10

Site Analysis

p11-p17

Strategy

p18-p22

Prototype Development

p23-p26

Design

p27-p33

1

Abstract 隨著人口上升，城市出現許多病態現象 自然資源大減汙染日益重。而這些病症 都來自城市的盲目擴張而違背自然規律 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資源的巨大浪費。

根據研究預測估計2050年全球因接觸 空氣品質問題而壽命大減的人預計增加 一倍以上，達到每年 360 萬人次全球 空氣汙染主要來自工業生產和交通工具 且隨著工業的發達和全球城市化越來越 嚴重。而臺灣大部分的汙染源以火力發 電燃煤造成的汙染為最重，汙染問題與 台灣所面臨的缺電情況難以從中取捨， 故能源結構的轉型是必然的，未來之生 態電廠將成為一種可持續性景觀以面對 未來將面臨的問題。

因此我們的對策是希望設計新型態的生 態電廠系統，發電的同時肩負開放空間 功能與濕地生態的可能性，達到經濟與 生態共存共生，並有效減緩空氣汙染， 達成永續電廠設計。

2

01 General background information

01-1

Air Pollution

01-2

Global Environmental Problem

01-3

Local Environmental

3

01-1

Air Pollution 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……

4

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Ecocide

Greenhouse effect

Food crisi

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Land reduction

s

Air pollution

根據許多資料顯示，地球遭受最嚴重的傷害 是大量二氧化碳等空氣汙染，如二氧化碳排 放量至2025年估計到達550萬公噸，以此類 推直到 2050 年會地球因為空氣品質問題導 致大量生物滅亡，而人類也會因此壽命大減 因空氣問題死亡的人數達到每年360 萬人次。 空氣汙染的問題也如同骨牌效應，間接影響 著酸雨問題、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。

5

01-2

Global Environmental Problem

> 5,000 ppm—暴露在其中嚴重缺氧，導致永久性腦損傷、死亡 2,000~5,000ppm—令人頭痛、嗜睡，精力不集中注意力下降 1,000~2,000ppm—氧氣不足、令人困倦 350~1,000ppm—通風良好的居住空間內的典型值 350~450ppm—通常的戶外空氣等級

> 250 ug/m3— 有害 150~250 ug/m3—非常嚴重 115~150 ug/m3—嚴重 75~115ug/m3—中度

6

35~75 ug/m3—輕度

空氣問題： 微粒與溫室氣體 空氣汙染危害人體的健康與導致過 早死亡已是不 爭的事實。全球92% 人口居住在空氣品質低於標 準值的 區域，而空氣汙染主要為硫氧 化物、氮氧 化物、粒狀污染物， 近年來大眾開始關注空汙問 題，並從問題病症中找出兇手。 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，在燃燒能源的同時 產生大量灰燼與二氧化碳以超出地球負荷。

7

01-3

Local Environmental

工業排放

交通廢氣

人口增加

全球的問題關係緊密，空氣汙染與溫室效應不分國界，

核能

空氣問題不容小覷，若短時間內再不做出改變後果將不

水

堪設想，台灣空氣汙染主要來自工業生產和交通工具的

燃油

燃煤

廢氣排放，其中又以火力發電為最大宗：當代燃煤電廠

燃氣

污染排放就是二氧化碳與PM2.5，發電的同時帶來死亡。

再生

汽電

(億度) 2258 2000

1500 1000

500

39

60

80

90

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。

8

106

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horiz

on

在前述的空氣汙染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，新型態的電 廠需具備多種功能以面對未來將面臨的問題。 研究目標：環境與電廠之平衡 現今台灣發電廠大多以火力發電為主，燃煤及燃氣 所帶來的空氣汙染由周邊環境消化，如何利用電廠 的改造與重新設計，使其自行吸收所產生之外部影 響，讓發電廠除了具備發電功能，還具備環境價值， 甚至吸引人走入此空間是我們的設計目標。 9

興達發電廠

10

02 Site Analysis

02-1

Pollution & GIS Analysis

02-2

Data Visualization

11

02-1 Site Analysis

輸電塔

電線

建築體積限制:發電廠區、辦公室及員工宿舍等，須列入考量:已規劃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。

12

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，右上為公車站點圖，為後續設計的生物方法定點。

13

10年

0~0.5m

25年

0.5~1m

50年 基於統計學中頻率分析的概念，分別代表24小時

24小時連續降雨條件下，雨量規模達300mm的

連續降雨條件下，重現期距(再次發生所需期間)

設計條件所模擬的淹水情形。

的雨量為設計條件所模擬的淹水情形。

14

0~0.5m

0~0.5m

0.5~1m

0.5~1m

24小時連續降雨條件下，雨量規模達450mm的

1~2m 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。

設計條件所模擬的淹水情形。

12 1

11

夜鷺

10

2

小白鷺

將鳥類分成八類，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

3

9

金斑鴴

夜鷺

淨，魚種多，6區環境則較多元，隱蔽性也較高，秧雞科、鷹

4

8

東方環頸鴴

5

7 6

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

大白鷺

月份

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。

蒼鷺

1 2

3 5 4 6

秧雞科

鷸科

雁鴨科

8 7

鴴科

鷗科

鷺科

鷹形目

雀形目

15

02-2

Data Visualization

操作方法流程圖: 先以場域之燃煤汙染後果研究做開端調查周遭曾受空氣污染區域和分佈程度/影響大小

年發電量超過200億度，供應全台灣近七分之一的電力

目前裝置燃煤機組總容量430萬瓩，

1年要燒掉600萬噸燃煤，

興達電廠主要以燃煤發電，

1982

32

25 0

50

1

50

2

65

125 150

16

150

3

62

62

62

2.6 M/S

25

25

25

25

32

32

50

50

50

50

65

4

75

62

5

75

62 316000 g/s

6

75

7

75

32 25 8

65

100

100

100 100

100

125

125

125

125

125

125

125

150

150

150

150

150

175

175

175 175

175

200

200

200

200

200

0m

996

9

65

10

65

11

75

75

65

150

125

125

175

175

150

12

65

根據高斯煙流效應，我們使用污 染 物 濃 度 / 強 度 / 平 均 風 速 ( 2 . 6 m / s ) . 擴 散 係 數 ( 1 6 m m 2 / s ) H : 8 0 m ( 煙 囪 高 度 ) 等資料計算出污染氣體下風處為9960m處，為日後設計規劃範圍。

N

(0,9960,0)

E

(0,0,80)

(9960,0,0)

10km

(5000,0,40)

(50,5000,40)

(-7740,50,30)

(-9960,0,0)

S

W

(0,-9960,0)

煙流下風

處

17

03 Strategy

18

03-1

Biological Method

03-2

Chemical Method

03-1

Biological Method

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汙染距離內使用生物方法固碳/固塵。 1棵喬木1年可以吸收20kg的二氧化碳/600kg的pm2.5

100棵喬木，1年可吸附2噸的二氧化碳/60噸pm2.5 以此類推,以大量植栽對抗污染物 我們在都市中尋找定點基礎設施:公車站，作為設計的點狀擴散基準。

生物方法使用點狀重複>線狀>面狀 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，改善電廠周邊的 空氣品質，以最小腹地面積種植最大量複植層為我們的設計目標。

19

03-2

Chemical Method

生物方法使用於大範圍環境，生物方法只能改善，不能完全解決， 以興達發電廠的空氣污染物排放量 (ton/yr) = 火力電廠發電量(kWh/yr) × 電力排放係數(ton/kWh)

Ep=Et-Eh (ton/kWh) PM2.5=480億噸/年+95億噸/年=575億噸/年 C O 2= 7 8 0 萬 噸 / 年 大量的發電量也帶來大量汙染，而現今技術燃氣發電應對方法:以化學手法及物理手法能 夠處理大部分的氮氧化物、懸浮粒子、硫氧化物，但碳化合物始終沒有解決方式。

試算生物方法: 1000萬公噸的二氧化碳含碳量為 2727272727.272727kg

台灣二葉松826446.2809917355公頃 孟宗竹 259740.2597402597公頃 熱帶潮濕闊葉林 666814.8477439431公頃

所需面積遠大於基地面積130公頃

煙囪將氣體排出後仍需要周邊環境吸收，如何讓溫室氣體能夠在電廠內先行處理，我們 發現臺灣具有氣候優勢，但土地面積有限，以立體的模組化系統來克服未來大規模養殖 微藻，如何利用空間設計使菌藻生物反應速率達到最大效率。

20

微藻生長快，利用二氧化碳的效率高，以微藻養殖為工廠煙道氣的減碳方法，其所需的土 地面積小、不需利用農耕地，且能以海水或廢水養殖，而可大幅降低陸地與淡水資源的需 求，對於日照充足且四季溫度變化小的高雄，特別適合微藻減碳。 6 C O 2＋ 1 2 H 2O → C 6H 12O 6＋ 6 O 2+ 6 H 2O

燃氣發電廠煙氣高溫及酸性環境適合對象 黃金藻 (Isochrysis sp) 及螺旋藻 (Spirulina sp)

每 公 斤 的 C O 2約 可 長 出 0 . 5 7 公 斤 的 藍 綠 藻 ， 並 釋 放 出 0 . 7 3 公 斤 的 氧 氣 ， 培 養 微 藻 主 要 目的為固碳，故需選擇適合高濃度二氧化碳、耐高溫以及具可高密度培養特性的藻種，

開放式微藻培養系統 主要型態:大型池、開放式槽體、圓形培養池及跑道型培養池 成本低但受天氣影響/受光/溫度影響，水池深淺也需控制

密閉式微藻培養系統 光生化反應器及管型光生化反應器 成本高，但能抓住較多二氧化碳

適合微藻的生長所需主要調控條件是：光照、溫度、二氧化碳、培養基中的營養成分等 環境因子，而微藻技術除了能處理工廠廢氣生物減碳的作用，生產的微藻生物質能做為 生質柴油的原料，對於空氣汙染防治充滿可行性與永續性。

光照

微藻 煙氣

立體光反應培養器側視圖。立體透光的超高效率生物光合反應裝置，可藉由 內部培養的微生物進行光合作用，回收二氧化碳等氣體以淨化廢氣，並可把 二氧化碳轉為生物質量，只需光照調整與煙氣處理管線。

21

微藻光合作用

經過微藻生物固碳能除去90%二氧化碳 海水養殖微藻 從火力發電廠煙道抽取煙氣，以海水脫硫後供應養藻系統

微藻吸收二氧化碳

太陽能發電 微藻收集廠 吸收大自然的光、熱及電廠的二氧化碳後，進行光合作用轉化 濕地 微藻提供發電 生質能 糧食與能源副產品

微藻技術應用於興達發電廠預想圖，利用燃氣發電排放的CO2 及冷卻後的海水/都市廢水 提供微藻生長所需的碳源/無機鹽，生長出來的藻類又能成為生質能源。

22

04

23

04-1

Type Development

Diffusion Patterns Analysis

(Graham's law) 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 yH：污染源的有效高度，m

1.污染物濃度:1.98g/L（0℃,1atm） 2.污染源強度:平均每秒316kg的二氧化碳 3.平均風速 :年平均風速為 2.6 m/s 4.擴散係數:16 mm2/s 5.H:80m(煙囪高度)

【XY control】 Test

Measure distance

Points on

Choose a shape

To be cracked

Type from the Function (the diversity and complexity of controlling)

24

How to use 我們重複同樣的type去達到我們設計最主要的功能:最大表面積

透過平面幾何的變形、錯位、重複去研究出適合開放式微藻養殖 與電廠間的材質與型態發展的可能性，在空間研究上也考慮周邊 濕地、植林與人的使用程度與關連性。

電廠表皮植林:

濕地保護

碎形/重複製造多種角度

堆疊/重複，水生植物基座吸引鳥類

微藻培養池: 平移/錯位設計出煙道擴散最大空間

置入基地想像圖

25

04-2

proposed green grid

10

a

公車亭綠化

c Type1

5

0

5

10

a 5

10m

c Type2

b

0

5

10

向量:高斯煙流 基準點:下一秒擴散m/s

b

a

電廠綠地 向量:風向/煙囪到濕地

10m

微藻培養池

c

Type3

5

向量:鹽溫度/避開水汙染

b

0

5

10

a

10m

c

Type4

5

b 0

26

5

10m

濕地保護 向量:鳥類活動

05 Design

05-1

Plants & Algae planting

05-2 Program & Path planning

27

1MBOUT "MHBF QMBOUJOH 濕地適宜樹種

耐鹽 適應潮間帶變動的水位 耐強風 20m

15m

10m

5m

棋盤腳

黃槿

林投

水筆仔

馬鞍藤

欖李

蔓荊

紅海欖

苦林盤

草海桐

海茄苳

1常綠性喬木 棋盤腳

20m 海茄苳

蓮葉桐

15m 紅海欖

黃槿

10m 欖李 水筆仔 林投

8m 3~10m 6m 5m 5m

2.蔓性

3.灌木

馬鞍藤

草海桐

蔓荊 苦林盤

10m 2~3m

1~3m

濕地適宜地被與水生植物 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

定沙 藤本 草本

砂草科植物具有過濾水中雜質與增加沉降作用之功能， 鹼蓬與蘆葦則有吸收水中鹽份的功用。 且因基地內部水質含鹽因此適宜生長的水生植物，多為 挺水水生植物。

藜科鹼蓬屬

沉水

砂草科

浮水

禾本科

挺水

蘋科

耐鹽性

香蒲科

29

25m

20m

15m

10m

白千層

榕樹 瓊崖海棠

構樹

大葉山欖

相思樹

福木

稜果榕 小葉南洋杉 海檬果 銀葉樹

台灣海棗

無葉檉柳

繖楊 臭娘子

1. 常綠性喬木 白千層

20~m

毛柿

榕樹

20~m

瓊崖海棠

銀葉樹

20~m

福木 大葉山欖 構樹

~20m 稜果榕 ~20m 繖楊 ~20m ~20m ~20m

小葉南洋杉 ~20m 相思樹

30

10~20m

~15m 5~12m

海檬果

~10m

台灣海棗

7~8m

無葉檉柳

5~6m

臭娘子

~5m

大葉合歡

欖仁

苦楝

朴樹

黃連木

台灣欒樹

印度黃檀

水黃皮

刺桐

2. 落葉性喬木 大葉合歡 欖仁 印度黃檀

黃連木

20~m

20m

台灣欒樹

~25m

朴樹

~25m

~20m

苦楝 水黃皮

~20m

刺桐

~15m 8~15m 6~12m 10m

3. 小喬木或灌木 白水木

~8m

鵝掌藤 象牙樹

台灣海桐

3~5m

毛苦參

4~8m

草海桐

1~5m

月橘

1~3m

5~6m

蘭嶼羅漢松 ~5m

苦林盤

1~2m

夾竹桃

厚葉石斑木~1.5m

植栽種類 闊葉大喬木 闊葉疏葉、針葉小喬木 大棕櫚類 灌木

~5m

2~4m

台灣各種植栽CO2固定量(kg/m2/年) 20.2 13.4 10.5 5.425

2.05 多年生蔓藤 草花花園或高莖野草地 1.15 一年生蔓藤或低莖野草地0.4 0 人工修建草坪

固定量x面積x時間=總共固碳量(kg)

31

05-2 Program & Path planning

綠化/植栽槽/屋頂皮層

微藻養殖/冷卻池

溼地保護/步道/煙氣管線

32

煙氣輸送管/ 藻類培養 將燒煤後的煙從煙囪收集，利用靜電集塵器脫硫之後，導入室內LED藻類養殖 系統中，提供藻生長所需的二氧化碳，我們為製造最大煙氣與藻類接觸之效率採用皮亞諾曲線的迴圈 幾何形狀。

系統步道/濕地保護 使用耐風耐鹽材質架高系統，不破壞原先環境為主，亦可以是戶外大型藻類養殖廠 PS戶外板材，質感最接近木材的HIPS，再經過改性提升耐衝擊強度後，並添加戶外專用抗老化、抗紫 外線等。

綠地系統為融合其他多種功能，形狀的選擇我們找出適合扭轉的最大面積形狀，最大表面積研究為了以 生物固碳處理自體有害氣體研究方法結論：碎形是最適合使用在最大表面積研究上，無限切割出新的面 並調整高度，製造出空間體積中的最大表面積。

33

When the building is actually know what want to be.

1.10.2018