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保溫、隔熱、透氣牆
 

保溫、隔熱、透氣牆

在二○○八年五月號的雜誌中,我們曾介紹過建築物保溫體(Thermal Mass)的概念與優點。既然美國現行的輕構架營建法(Light Frame Construction)造成如此多的問題,那麼我們應當用何種方式來建造房屋的外殼,才能使它具備保溫、隔熱又透氣的特性,才算是真正的綠建築呢?此處以外牆為例,簡介幾種厚牆的作法,並比較其優劣。

天然的建材大致可分為木、石、土、草四大類。其中,除了木材可形成柱梁式的結構之外,土、石、草皆只能以堆積的方式形成「承重牆」,牆面的開口因而不能太大,且牆身也需比較厚,方能具有支撐的作用。不過,承重牆並不等於保溫牆;保溫牆一般至少有十二吋(三十公分)厚,這厚度是為了使牆具有保溫體的功能,不一定能夠承重。

第一類:木

由於木材本身的特性,適於作為柱、梁,使得木結構可以作得輕巧,牆身只是填充隔絕之用,不須厚。此以中國古代木構建築最具代表性,且已達登峰造極之境(如圖一)。另一種純木構造,是歐美早期之原木屋(Log Cabin),乃是用整根木材水平堆築成承重牆,並非柱梁結構。這是先民就地取材之故,木屋所在之地多屬林木豐沛者。然而,木材的隔熱(Insulation)性佳,但是貯熱效果不好,因此不是保溫體的理想材料。

第二類:石

天然石材的比熱大,亦即加熱時間長、散熱慢,貯熱較久。熱帶的石屋往往會予人陰涼之感。質地太密實的材料,因孔隙少之故,使其導熱性良好,而隔熱性不佳。歐洲古代大型建築多為石材(如教堂、城堡),雖堅固但搬運施工不易,加以天然石材資源有限,故現代已不再以石材作結構,而多半只用來作為面材。

第三類:土

泥土是世界各地人類普遍使用的建材,隨地即有,取之不竭,從中國北方的黃土高原到中亞,從台灣鄉下的土角厝到美國新墨西哥州的土坯屋,無一不是用當地黏土建成。黏土的特性是比熱大、熱傳導性強、吸熱貯熱性佳,是優良的保溫材,並且開採運送容易,可以塑成想要的形狀。古代以土築屋大致有兩種方式:一是直接將拌好水的泥漿堆疊壓實成牆,如西方之Rammed Earth工法(圖二),其歷史可推溯至紀元前。近二十年又逐漸為愛好自然建築的人士採用並革新之。二是將土壓製成方塊,再日曬烤乾砌成牆,即北美洲印地安人的乾土坯屋(Adobe,見圖三),適合當地的乾熱氣候。

乾、濕二種方法有什麼不同呢?這是由當地氣候及黏土成分而決定的。因為黏土的粒子細(所以才成為黏土),與水拌合之後,水分子趕跑了空氣,令土壤粒子細密結合,乾後強度大為增加(原理與製陶相同),保溫性好;但因孔隙小故隔熱差,適 宜氣候溫和的地區。然而像美國新墨西哥州平地那般炎熱乾燥的沙漠型氣候,乃至其北部海拔八、九千呎的山區,日夜溫差很大,所以聰明的美洲原住民未採用濕土,而只以土曬乾成坯築屋,如此之乾土坯仍保有一些孔隙,達到了既保溫又隔熱的效果。換言之,若刻意控制土的疏密度,便可造出適宜當地氣候的房子。如果將土塊放到窯中用火來燒,那就是磚了。

第四類:草

歐亞地區,自古便有許多以稻草、麥桿、茅草、蘆管紮成束,再將草束編成牆與屋頂的茅蓬,是屬於比較簡易、快速且低廉的作法,但是不太堅固亦不耐久。在西方則有「草包屋」,以麥桿壓紮的方塊包(Straw Bale)作單元來疊成牆。美國新墨西哥州及科羅拉多州一帶有不少新建的草包屋(圖四)。由於牆內的草是多孔隙的輕質材,只有牆面披土,故其隔熱性很好,而保溫性不足。若建在寒冷地區,則室內必須要加設保溫體(如內牆或壁爐),否則到了晚間室內仍會很冷。

談完了以上四類基本建材,大家是否已發現:這些天然材不是質地密實、使其保溫好而隔熱差,就是質地疏鬆、使其保溫差而隔熱好。那麼有沒有具備二者優點,去弊存利的作法呢?答案就是將土及草結合,成為草泥牆(Clay Straw,圖五)──泥漿裡頭加進纖維,可大大增加泥塊的黏合度,乾後不易龜裂,且強度增強,這是中國自古便運用的方式。以木材為結構,柱與柱間先架設用木條或竹條編成的格柵狀暗梗,作為土牆骨架,並為泥土附著之用。混合著草屑或麻絲的土漿便以披土的方式抹上去,最後再上一道加石灰粉的裝修面。這樣的木構架粉牆屋,遍及中國大陸南北、台灣及日本、韓國。即使在歐美也有類似作法,即「Lath and Plaster」,卻在二次大戰後逐漸消失。英國傳統的草泥屋(Cob,圖六),盛行於十三至十八世紀,之後幾乎失傳,也是用泥沙拌稻草做成牆,約二十至三十吋厚,可做兩層樓高。一九九四年開始又有人重拾此技術,蓋出了新房子。

在第二次大戰之後,德國人將泥中的纖維成分增加,這樣蓋出的房子,成為美國近年新墨西哥州一帶泥草屋的先驅。所略不同者,是美國的營建者融入了東方柱梁的觀念,而以木材作結構體,以泥草為填牆,但是草多土少。其步驟為:

1.
將黏度適宜的黏土加水、去雜質,攪拌成均勻的泥漿                (圖七)。

2.
以人工或以滾拌機(Tumbler)將泥漿與纖維(稻草或麥桿或木屑)混合(圖八),使稻草的表面都沾裹上一層薄泥漿。(圖九)

3.
木構架先行建好,預埋水電等管線(圖十),並在牆兩側釘上夾板作為模板,一層四呎高,即夾板寬度。

4.
將泥草填入夾板中,並以人工壓實(通常用腳踩及用木樁舂)。(圖十一)

5.
視空氣濕度,約大半日至一日便可拆下模板往上移,進行第二段四呎高的填草程序(圖十二)。

6. 如是完成整片牆。(圖十三)

從這個施工程序,我們可以想見,這種泥草牆的缺點是:(1)費人工。(2)工時長。(3)一呎厚的牆,約需一兩個月才會完全乾。(4)下雨或太濕時不宜施工。

但是,它亦有許多好處:(1)兼具保溫與隔熱效能;(2)完全透氣,黏土能調節室內濕度;(3)電磁完全平衡;(4)溫和的質感與表面溫度;(5)乾後的泥草如石般堅硬;(6)可依建物當地氣候以及座向,變換調整泥草之比例及稠度,而達到保溫性及隔熱性二者之平衡。

泥草屋雖好,但是受技術、勞工、工時之限制,不能標準化與量產。坊間另有三種現成品:(1)氣泡混凝土磚(AAC),(2)木絲水泥磚(WICF),(3)浮石磚(Pumice Crete);此三種均為工業量產之製成磚,都兼具保溫與隔熱的雙重性能,或許可以作為部分替代建材。

(1)
氣泡混凝土磚(Aerated Autoclaved Concrete, 簡稱AAC)。

一九二○年至一九三二年間起源於瑞典,後來日漸普及,目前全世界四十國有廠生產,且多已為建築法規所核准。它是以沙、石膏、石灰及水泥為原料混合,加水及鋁粉,在華氏三百度的溫度打入空氣,使其成為含有許多孔隙的混凝土磚,其體積的百分之八十是孔洞,重量只有一般混凝土的五分之一,但強度卻強得多(圖十四)。它的製作過程並不會很耗能源,副產品也只是水,但缺點是含鋁粉,並且一般工廠所用的原料也是波特蘭水泥,在電磁上並不平衡。

(2)
木絲水泥空心磚(Wood Insulated Concrete Form,簡稱WICF)。

這種現在綠建築用得越來越多的空心磚,是二次大戰之後在英國發展出來的。它的概念與上述泥草屋近似,是以木材廠的廢料木絲沾上泥漿後,灌入模子成空心磚,標準尺寸是”8X”8X”16,中間兩孔,內孔一面有隔熱材(圖十五)。因此它具備了重量輕、易施工、堅固、工期短等優點,同時由於以黏土製成,本身電磁平衡,算是相當理想的材料。它的中空部分可用以走管線,如果要當承重牆用的話,必須水平垂直雙向植筋(最好不用鋼筋而以塑膠筋取代),中間澆灌水泥。如果只作填充牆,則中間只需少許以筋加強。若中空處填以黏土稻草,則能更增強它的優點。

(3)浮石磚(Pumice Crete)

浮石本身重量輕、多孔隙,以它作原料灌製成磚,已經具備了輕而堅又隔熱的特性(圖十六)。可惜也是含有水泥。並且近年測出不少浮石帶有放射線,在選用時需注意。

以上三種都是製成品,並非天然材料,意謂它們的製作過程比較消耗能源;也許會有些汙染;並且不一定是本地產品,所以亦會消耗運輸的能源;同時都要加入水泥,這都是美中不足之處。若能以含鎂之水泥來製作,則至少可去除此項缺失,並得到電磁的平衡。

以環保為著眼點的建材與工法亦不止上述幾種,近年來有見採用廢輪胎、空玻璃瓶、塑膠瓶、紙漿等等蓋屋者,可謂八仙過海,各顯神通,琳瑯滿目。節約資源之立意固好,但是也須考慮廢材本身是否對健康有利;其次再以是否在各個程序環節(原料、開採、製造、運輸、施工、使用、維護)上都最省能源與最少污染,這便是您理想建材的取決標準了。
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