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便是以「課程」與「工作坊」同時併行的方式達成。

【進擊的空汙工作坊報導】自己動手做空氣盒子

2017-12-12

圖/同學們帶著做好的簡易空汙監測器到外頭測試

隨著工業發展,全球空氣污染的情況漸趨嚴重,而空汙議題近年也隨著東北季風帶來的霧霾,愈發受人關注。然而對於所謂的PM2.5,大家是否有足夠的了解?空污問題應該如何解決?最近常常聽到的「空氣盒子」又能幹嘛?

本次工作坊請來三位講師,從空污的基本知識、抗霾材料開發、到空氣監測與數據收集應用方式,一網打盡地全部告訴大家!最後還教大家運用簡易的開發板,讓沒有相關學科背景的人都能動手做一個簡易的空氣盒子,實際出外檢測附近的空氣品質!

空污是什麼?PM2.5能吃嗎?

相信各位對「空污」這個詞不陌生,但實際上空汙到底是什麼造成的呢?

本次講師之一,淨對流的品牌總監張明仁向大家詳細講解了空氣污染的影響因子:除了一般人不太會接觸到的氣體、一般污染物、具毒性污染物外,空氣中的粒狀污染物是我們主要面對的問題。其中包括了油性/非油性粒子,更依據微粒大小而有PM10與PM2.5的差別。

PM2.5,也就是粒徑小於2.5微米(μm)的懸浮微粒(particulate matter, PM),通稱細懸浮微粒。他比一般PM10以上的懸浮微粒,對人體造成更大危害的原因,係因其為小到足以穿過肺泡,而能直接進入血管中隨著血液循環全身。因此空氣監測多半都以PM2.5濃度作為空氣品質的檢測標準。

*註:引用自環保署空氣品質改善維護網http://air.epa.gov.tw/Public/suspended_particles.aspx

而油性/非油性粒子,講師則向大家提出一個小謎題,讓大家猜猜對鹽酥雞店主、油漆師傅來說,能否使用傳說中天下無敵的N95口罩,去保衛自己的呼吸道呢?

於是我們才知道,原來口罩分為僅能濾除非油性粒子的N95口罩、油性與非油性粒子都能濾除的P95/R95口罩,以及隔絕揮發性氣體的活性碳口罩。鹽酥雞店主需要使用P95/R95口罩、而油漆師傅則無法使用倚賴純物理性防範的口罩,而需使用活性碳口罩。

是不是恍然大悟了呢?

抗霾材質的開發,單車族的心開花

張明仁講師提及解決空污的方法可以從兩處著手:1. 提供立即防護的產品  2. 進行有效偵測以達到預防效果、並推動進一步的解方。淨對流的抗霾頭巾屬於前者,另一位講師王日新先生所推動的空氣地圖,則是後者。

抗霾頭巾所針對的族群,是「有抗霾需求,在市場上卻找不到解決方法」的人群,也就是單車騎士們。因為人在騎車的運動狀態下,比起一般行走的攝氧量還要高20倍,戴口罩會使單車騎士們無法有效攝氧,因此單車騎士無法像機車騎士或行人一樣,配戴一般的抗霾口罩。解方必須從單車騎士常用的「魔術頭巾」下手。

然而,由於市面上的抗霾布料主要是利用靜電原理吸附細懸浮微粒,靜電類材質會因為汗水浸濕及水洗後,使得濾除效果大幅降低。因此淨對流在開發抗霾的魔術頭巾時,不得不拋棄原有的靜電式抗霾,而回歸物理性抗霾——重新開發能有效過濾細懸浮微粒的細密布料。

除了抗霾頭巾外,張明仁講師還分享了一路以來針對空污問題所做過的設計:口罩不起霧專用鼻貼、嬰兒車空淨機等,都是針對有需求、卻仍沒有被解決的族群進行的設計。從現象觀察、問題解法與抗霾材料的研發,都讓在座的同學們更了解面對空污問題的各種解方與設計過程。

圖/講師正在介紹抗霾頭巾的材質結構

 

用空氣地圖拯救世界,喔不,是拯救都市

稍事休息後,就由推動Oair空氣地圖的王日新講師來為我們講解空氣監測與數據收集的應用方式。

王日新講師首先向我們解釋監測地點的差異,可能會導致收集到的數據與用路人實際感受不符。由於目前政府的監測站多建於房屋頂樓,但是都市的高樓會形成「都市峽谷」,致使風向與街道垂直時,會受到大樓的阻隔,而無法將大樓間的空氣污染物帶走,於是污染物始終滯留在地面處。也因此,街道上的空污濃度,會比環保署在屋頂所監測到的還要高出許多。

為了監測街道上實際的數據,並能在短時間內收集到足夠數據,以形成大台北地區空氣地圖,Oair選擇與計程車司機合作。將sensor放置在車輛頂端,透過不斷在街道間穿梭的計程車輛,持續收集街道上的空汙數據。講師也向我們介紹國外其他的「移動式監測」方式:包括瑞士的OpenSense,透過20輛輕軌電車繪製全蘇黎世的空氣地圖;Google的子公司Aclima也將監測器放到Google街景車上,搜集數據資料。

講師最後提到,「固定式測站」與「移動式監測」各有優缺:固定式測站精準度高、校準需求不高,但卻不適於大量建置於地面、且維護成本高;移動式監測能夠大量收集街道數據、監測器好維護且省錢,卻需要常常校準,處理誤差值。

圖/都市峽谷造成污染物滯留於地面

王日新講師接著也與我們分享Oair數據分析的結果,解釋「空汙熱區」多是由於街道地形不佳:例如同樣在車流量大的尖峰時段,復興路的空汙濃度遠高於隔壁的建國路,係因相較於路寬且開闊的建國路復興路上有捷運高架阻擋、兩旁挟以高且密的建物。同理而能推估,客運轉運站以及賣場的地下停車場,也會是空汙濃度飆高的危險場所。

空氣地圖透過數據監測與分析找出空污的關鍵問題,並透過數據這個強而有力的證據,期望能說服政府解決問題,積極尋找解方。講師最後也分享了倫敦進城擁擠費巴賽隆納Superblock的案例,讓我們知道其實城市可以擁有不一樣的清新面貌,而不是永遠籠罩在廢氣繚繞的朦朧之中。

 

來吧!動手做一個空氣盒子!

經過上午兩位講師精彩的介紹後,終於輪到同學們親手實作的時間了!智造世務所黃喬邦講師帶著大家,從數據收集的基本知識:資料擷取、感測器、類比與數位訊號、解析度,到Arduino開發板的機械結構、感應元件,到運用圖形化程式設計介面拖曳、組合程式碼,一步步完成階段性任務。

在講師一步步提出的挑戰中,同學們先要思考如何讓燈發亮、如何讓燈閃爍、再到如何簡單修改程式碼來讓分貝感測器運行。雖然在工作坊的一開始,講師詢問了解多數人都沒有使用Arduino的經驗,但僅僅只是照著講師的指示組裝零件、拖曳簡易的程式設計圖塊,居然就能夠順利完成第一項任務,讓燈發亮!而只要能夠理解重複迴圈與else、if的邏輯概念,後面的任務也都能順利完成!

講師在實作時提到:「如果覺得Arduino不好用、或是學不會,那麼都是Arduino的錯,因為他們就是設計給完全不會的人也能順利使用的。」

Arduino的零件透過形狀設計來防呆,正反面錯誤與不相符的插孔都會使零件無法對接;圖形化的程式設計介面,將複雜的程式語言簡化為清楚的文字語意;而開發板產品網站上提供的參考程式,則讓同學們得以以此為基礎,僅進行簡單修改就順利運行。這些工具與軟體的出現,使在座的同學們得以跨越學科的藩籬。在講者提及使用開發板沒有那麼困難的時候,最初嚴陣以待的各位終於也如釋重負,紛紛笑著點頭。

圖/簡單直覺的圖形化程式設計介面

活動的尾聲,由王日新講師帶領大家完成最後的簡易空氣監測器。依樣畫葫蘆地組裝零件、撰寫運行程式、確認數據開始收集後,同學們就帶著自己的監測器與電腦出發到戶外了!舉起手中的監測器測量週遭的空氣品質、走入地下道看看數值的變動,大家最後還輪番將監測器靠近大卡車的排氣孔,親眼見證到監測數值在瞬間暴漲,相信絕對是令人興奮的一瞬間~

期望各位在經過一整天空污知識與實作的洗禮後,能夠結合自己的專業思考問題、不畏懼運用開發板進行簡易實作,在未來能有更多的發想與結合應用,一起解決城市的空氣污染問題!

圖/同學成功讓燈發亮