亚洲湿热气候中的低耗能建筑

不久前,一群华裔学者在国际再生与永续能源期刊上,深度研究全球湿热气候中的34个净零耗能建筑案例,其中就有超过三分之一的个案坐落于中国南方和新加坡。如果进一步爬梳这些建物的设计手法,其实可以统整出一个简单结论,那就是要想在亚洲地区达到低耗能或净零耗能,建筑体必须囊括主动式设计、节能产品和再生能源科技。甚至总体来说,被动式策略应「先于」主动式设计。

不过综观时下不胜枚举的被动式手法,哪些策略最为有效、应该优先被采取呢?被誉为台湾绿建筑大师的林宪德老师,就曾经多次提及「深度遮阳」和「适当开口」这两项不二法门,前者通常以外遮阳、大屋顶、深屋檐等方式具体呈现,能挡掉绝大部分进入室内的直接日照;后者则有利于自然风的对流,常见设计包含多窗(台)、多走廊、栏杆式等特色。

仔细检视几个亚洲净零耗能或低耗能建筑,确实每栋建筑都具备这两大设计。先看到落成于中国珠海的兴业新能源产业园研发楼,这是华南地带的净零耗能建筑关键技术示范项目,总共有17层楼,一年能耗量仅42.9kWh/m2,是广东省办公建筑能耗平均值的三分之一。

这栋综合型办公大楼采用多功能太阳能幕墙,不仅在深遮檐上装置太阳能板,避免热气传递至室内又能发电,同时利用自然通风来降低太阳能背面的温度,以提高发电效率和调整室内热舒适度。再来,新加坡三层高的建筑和建设局办公楼,能源密集度一年约55kWh/m2,是东南亚零能耗建筑的原型。从外观来看,BCA安置许多遮阳板和低辐射玻璃,而屋顶上和深遮檐上满满可见太阳能板的身影,用来能源自给自足,还有大批的绿色植物覆盖于建筑顶部跟部分立面,极大化了热隔绝功能。
 

回头来瞧瞧台湾低耗能建筑案例,像是成大孙运璇绿建筑研究大楼(EUI 29.53 kWh/m2)和那玛夏民权小学(EUI 1.03 kWh/m2),也充分展现了遮阳开口文化,不仅屋檐都十分庞大,巧妙地帮建筑内部做好防晒,还有多窗、多走廊空间,让风能畅行无阻地横扫室内,发挥其自然降温的价值。值得注意的是,在通风这一块上,两个案例和新加坡BCA都用了「灶窑」原理打造室内舒适环境,也就是让热空气从高处窗口或烟囱排出,并透过低处开口引进冷空气。虽然亚洲较小的温差幅度,让浮力通风的效果不一定比对流风来得好,不过只要在建筑内塑造显著温度差和适当风场,并非全然不可行。以孙运璇绿建筑研究大楼来看,这设计还帮忙减少了30%的冷气负载呢!

另外,自然采光也是大量降低能耗的当家主力,像珠海兴业研发楼内的适当采光,让每月的照明能耗得以控制在0.5 kWh/m2。而新加坡BCA则利用镜面导板、灯架和光导管等设计,将自然光反射至室内,一方面提升视觉舒适度,一方面促成了建筑全年竟然只用780度电在照明上,非常惊人。

看准周围自然条件 建筑实惠又节能


 从这几个案例看下来,无庸置疑,低能耗表现不仅为地球减碳,也为建筑业主顾好了荷包。不过每次一谈到建置成本,可能还是会有很多人误以为一座超级节能的建物,是由大把钞票堆积出来的,事实上并非如此。 十几年前,美国专家就曾针对30所绿色学校进行调查。报告发现这些学校的设计和建造成本比传统设计的学校增加约1-2%,但平均能耗少了33%,甚至随之而来的低能源和水费支出,再加上其他附加利益像是教师留任率的提升、医疗费用的降低等,使其财务收益相较之下多达20倍。 而台湾内政部建筑研究所去年也出了一份研究,实质比较绿建筑和一般建筑之间造价成本的差异,在调查完国内一共95栋住宿類、非住宿類(办公和学校)型态建筑,最后总结有綠建筑标章的建物,造价并没有明显高于一般建筑,反而是部分一般建筑案件,因为业主的特殊使用,而要求价格较高之建材或特别设计,导致造价还比綠建筑高。

 孙运璇绿建筑研究大楼就证实了这一个结论。综观这栋学术建物,节能手法可分成三块:被动式设计与策略、高效能的MEP系统(机械、电力、配管)、再生能源系统。其中,被动式设计的成本非常低,但却省了41%的能源使用,接着相对昂贵一点的MEP系统贡献约19%的节电,而高价的再生能源系统则变相式仅帮建筑省下5%的电。以整体造价来计算,在不包含再生能源的安装成本下,建筑每平方米的平均花费大约2万9千元,与台湾传统办公楼的建置成本旗鼓相当,这意味着打造低耗能建筑,其实不需要花大钱去装置天价般的再生能源或节能系统,最核心的关键仍在于如何善用建物周遭的自然环境,去做被动式设计,不仅经济实惠又节能。


 

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