2014年8月12日 星期二

綠建築設計 革屋頂的命

善用屋頂吸熱來產生風道,屋頂設計都是綠建築先行者最喜歡碰觸的議題,也是避免不了的挑戰。
圖:新竹民富國小技藝教室屋頂上,不僅設計浮力通風,也以盆栽布置成綠屋頂,一旁保留的大樹更有助於遮陰。 

文/張楊乾(低碳生活部落格主編,本文同步刊登於2014年8月出刊的《綠雜誌》專欄)

    記得在紀錄片《看見台灣》裏,從台灣城市上空望去,那一整片綿延不絕的鐵皮屋頂嗎?價格便宜、施工簡易、工班易尋,使得「鐵皮」一直是頂樓加蓋的首選,然而蓄熱難散、徒增能耗、惡化都市熱島效應,卻是鐵皮屋頂最為人垢病之處。

    不同的建築師們,對於解決房子的頂上問題,各有他們所屬意的方式。以我目前觀察到的,包括以反射熱輻射為思維的「冷屋頂」、以阻絕傳導為主的「綠屋頂」、以及反其道而行,充份利用熱輻射,強化室內通風的熱屋頂。

圖:在台達電子桃園研發中心的屋頂上,使用冷屋頂方式為建築物降溫,同時鋪上太陽光電板也有助於遮陽。 


    「冷屋頂」是利用反射的方式,讓建築物的屋頂不再吸熱。根據聯合國最新的氣候評估報告引述的研究,每十平方公尺的白色屋頂,將會比黑色屋頂最高減碳2.5噸的二氧化碳(Akbari 2012),全球的屋頂若是都換成冷屋頂,則至少有780億噸二氧化碳的節能濳力(Menon 2010)。

    台灣一些獲得美國綠建築 LEED 標準認證的建築,在屋頂的熱幅射反射率(Solar Reflectance Index, SRI)上,都盡力要追求最高標準。如台達電子的桃園研發中心,屋頂的熱輻射反射率指數,就高達0.88,比純黑屋頂的0.05吸熱量少得多。

    這類的「冷屋頂」在加州的實證表現,比在屋頂上種菜種花的綠屋頂,降溫表現更好,最高可比綠屋頂降溫再多1.2℃。若是在較濕潤的佛羅里達州,也較綠屋頂降溫再多0.2℃。(註)

    「冷屋頂」的作法並不難,即使不是用最高等級的反射漆,一般的白漆也會有降溫效果。但在亞洲的大城市,由於空氣污染嚴重,因此定期加以清潔與重漆,成為後續重要的維護手段。

    之前在台灣討論比較多的,是利用「綠屋頂」來作隔熱。除了種植綠色植物,利用遮蔭與覆土等作法,降低屋頂直接吸熱之外,衍生像是利用黑網、PS隔熱板、或是填充熱傳導系數極低的絕熱材等,也是目前常見的幾種作法。

    舉例而言,位於高雄那瑪夏區的民權國小,雖然校舍位址已處於低緯度的熱帶季風帶,但屋頁裏內含熱傳導系數(U value)只有0.25W/m.k,是台灣外牆隔熱標準的四倍,配合良好的通風設計,使整棟校舍多數時間在夏天也不需冷氣,但同樣仍能獲得不錯舒適度。

圖:那瑪夏區的民權國小由於位處中海拔,因此屋頂採用隔熱係數較高的建材,並利用浮力通風原理適時開啟氣窗散熱 。

    另外像位在台南巷內裏的 RxG基地,則是利用老屋改建的同時,將鐵皮屋鎖上木柵板,上面再利用盆栽種上野菜,利用複層屋頂的方式隔熱,也是在地的一種方式。當然像是蓋在內湖抽水站上方的內湖運動公園,則更是全台最大片的綠屋頂,解放屋頂空間增加公共性。

圖:R x G 實驗計劃透過幾項綠建築手法改造老屋,包含斜屋頂、隔熱綠屋頂和使用竹建材。

    除了上述兩種屋頂之外,成大建築系林憲德教授利用熱浮力通風原理,所設計出的幾種屋頂,也突破一般人對屋頂不能吸熱的想像。

    如全台第一棟鑽石級綠建築廠辦,台達電子的台南廠屋頂,就是利用挑高的中庭,配合一大片鋁製的屋頂,讓屋頂吸熱後,將整棟大樓的熱空氣全數集中,再透過位於頂端的通風塔排出。同樣的設計,也出現在成大孫運璿綠建築研究大樓裏,這次林憲德是利用玻璃煙囪加熱屋頂,加大屋頂與位於生態池旁的進氣口的溫差,使得熱空氣可以快速地上升及被導出。

    類似的設計,也可以在「交大蘭花能源屋」裏見到。這件到法國參與「歐洲盃十項全能綠建築競賽」的綠建築兩層樓作品,二樓直接以太陽能光電板作屋頂,加熱的空氣順著斜屋頂,從頂點的通風口排出,也將屋內利用地道先降溫的空氣,穿過房屋將熱由屋頂帶走。

    從在地設計、到國外的實證,從降低屋頂吸熱的能力、到反其道而行,善用屋頂吸熱來產生風道,屋頂設計都是綠建築先行者最喜歡碰觸的議題,也是避免不了的挑戰。但不論採取哪一種屋頂,都是正面應對地球暖化的挑戰,也都值得建築師繼續投入嘗試與驗證。

【註釋】
Georgescu, M., Morefield, P. E., Bierwagen, B. G., et al. (2014). Urban adaptation can roll back warming of emerging megapolitan regions. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111(8): 2909–14. DOI:10.1073/pnas.132228 0111

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【作者介紹】
張楊乾,兩個孩子的爸爸,常揣摩在二十年後,該如何告訴正值花樣年華的女兒,為何地球已升溫兩度,而這一代人又是怎麼錯過了減碳的關鍵時刻。曾服務於新聞界、在歐洲修習與暖化相關的碩士學位後,投入減緩氣候變遷的相關領域,現任台達電子文教基金會副執行長。

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