2016年2月15日 星期一

到荷蘭學永續建築 (一) 老屋節能改造的實作建築課

"台達荷蘭環境獎學金得主采勳,分享她在台夫特理工大學(TU Delft )建築碩士班的學習歷程與心得,特別著重在永續設計領域,可給予想前往荷蘭研讀相關科系的學弟妹參考。"

圖:阿姆斯特丹運河一景 (謝雯凱攝)

文/何采勳 (台達荷蘭環境獎學金得主;TU Delft 建築碩士)

起心動念

    2013年,我離開台灣前往歐洲,除了對世界的好奇及憧憬外,更大部分是因為發現自身土地的問題,並且想要尋找答案。許多問題如氣候變遷、暴雨、淹水、地層下陷,海岸後退都在威脅著台灣人民的居住安全。而聯合國政府間氣候變化專業委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 也於2011 年3 月哥本哈根會議中指出,臺灣是海平面上升衝擊最大的十個國家之一。研究數據指出一旦海平面上升達6公尺,台灣西南沿海一帶的陸地將皆被淹沒。

    在思索著台灣的未來時,一個地方引起了我的好奇與興趣。荷蘭,一個人口及土地面積與台灣不相上下的小國,卻有一半的土地低於海拔一米,26%的低於海平面。這樣一個國土安全在氣候變遷及海水上升威脅下,貌似瀕臨危險的國家是如何應對這些環境問題的呢?

    帶著滿腹的疑問和好奇,我踏上了荷蘭,開始了為期兩年的TU Delft建築碩士課程,獲益良多。因此在本報告中,我特別整理出幾個對我特別有啟發的課程及活動做分享。

舊建築改造成節能建築 ─ 邁向永續建築

    其中一門啟發我的課程是建築科技這堂課,課程中學生們必須將一棟現有的建築改造的更節能永續。藉由設計手法或是引入省能的建築科技、材料等等來改善。

    我改善的是一棟位於鹿特丹的展示館,其在採光、通風、室內溫度調節上,都有需要改善的空間。在研究過類似案例和相關科技後,我決定將原本南面的磚牆立面及屋頂,改為在視覺及採光上都較通透的玻璃牆面以降低人工光造的使用。我應用的是一種被稱為 IntelliGlass的特殊雙層玻璃技術,不同於一般玻璃牆面,這種材料在採光、隔熱、隔音甚至吸收太陽熱能上都更進步。

圖:IntelliGlass 為一款雙層玻璃,夾層中為循環水,可吸收太陽熱能帶至室內使用。
 
Source: IntelliGLASS official website 
    為了更了解玻璃在建築上的建構,我分析了同樣採用大面玻璃牆面的 TU DELFT建築模型教室。在這棟建築中,主要載重結構是鋼鐵桁架,其連接豎向及橫向的鋼管來乘載立面上的玻璃板,而屋頂的瓦楞金屬板則是由橫跨整個館的桁架所支撐。此外在立面及屋頂面上另有鋼材抗風條來加強側向的抗風力。

圖:TU DELFT建築模型館採用鋼桁架做結構,支撐大面的玻璃牆。
白天時自然採光充足,幾乎不需要使用人工燈。(作者攝)

    在我的設計中,載重結構由兩個部分所組成:(1)垂直的鋼桁架及抗風索;(2)橫向的屋頂桁架。由於 Intelliglass另外包含了水的重量,所以結構的載重強度需要較一般玻璃建築更強。計算整體載重後,我設計了新的桁架並結合原有建築的混凝土結構來支撐新的立面及屋頂。

    在這堂課中除了需要研究如何改善建築的能源使用及永續性外,我們也需要理解整個構造是如何被架構起來的。從桁架、抗風索的架設方式、順序到連接玻璃夾層水管線的安裝都必須了解並且畫出整個架設順序圖來說明。

    建築中微氣候系統是這堂課的另一個重點。

    除了採用新的雙層玻璃牆面來改善採光及隔熱之外,intelliglass的另一特點是其夾層中的水可吸收太陽熱能並結合地底的儲水儲熱系統來為室內做增溫或降溫等微氣候調節。調節系統可藉由在既有建築的地板層下裝設冷水及熱水管線,與玻璃牆面系統中的水管及地底儲水儲熱塔結合來達成。


圖:新的雙層玻璃牆面架構過程圖。


    為了避免過多的光照及熱能,在玻璃牆面的室內側我裝設了一層鋁製遮陽系統來達到調控採光度的需求。而玻璃立面以及遮陽系統間的夾層空間,則形成了一個夾層,讓過熱的空氣可以向上排出。

    此外,為了使室內達到更理想的舒適度,在夏天時,新鮮的空氣可以藉由建築外側水池底部安裝的管線抽入室內。管線安裝在水池底層的原因,是為了將室外過熱的空氣先行冷卻。而在水底被稍做冷卻的空氣再被輸送至埋設於地底下的熱交換器。這邊提到的熱交換器實際上是一系列由鋪設在地底的管線所組成,藉由地底土壤的溫度來為通過管線的空氣加溫或冷卻。被冷卻或加熱過的新鮮空氣再藉由通風管線被運送到室內。室內使用後產生的廢氣則可被安裝於高處的管線及通風口運至室外。

    冬天時,室外過冷的空氣同樣可以在水池中先被調整溫度,再通過地底熱交換器增加溫度後運送至室內。而在室內產生的廢氣可於通過管線被運至室外前,先通過一個熱保留器,把熱能攔截,儲存於季節性熱儲存器。

    由玻璃板構成的新牆面為這棟建築提供了更多種可能性及面向。在不同的採光需求下,遮陽系統可以彈性地被調整,整體或獨立的展開或收起。而改善後的玻璃立面除了使這棟建築有更吸引人的展示空間外,大面的玻璃也被作為吸收太陽熱能的收集器。讓這棟建築更省能。

圖:玻璃夾層中的水吸收太陽熱能後,可結合地底的儲水儲熱系統,來為室內做增溫或降溫等微氣候調節。


建築事務所實習 ─ 見識荷蘭漂浮建築

    充實的第一學年結束後,我進入了Waterstudio進行實習。

    在來荷蘭之前,我就對這間公司提出的想法很感興趣,因此能順利應徵進這間建築事務所實習讓我雀躍不已。Waterstudio就如其名,主要是做跟水有關的案子,專門設計漂浮建築。

    漂浮建築是由船演變而來的。二次世界大戰之後由於許多可供居住的建築被炸毀,住宅嚴重缺乏,船因此被替代作為住宅使用。幾年之後,發展出了船屋,一種建設在混凝土平底駁船的水上建築,通常可以在荷蘭大城市的運河水道發現它們的蹤影。而它們自由來去的象徵也使得它們有一定程度的受歡迎度。近年來漂浮建設更是大量的增加,並有更多發展的空間。不論是發展成漂浮花園、公園甚至漂浮監獄。漂浮屋的基礎較常是由混凝土框、塑膠桶等產生浮力。

圖:英國泰晤士河的混凝土平底駁船,船屋的建造基礎。(source: Wikipedia, uploaded by user Diliff )
圖:位於阿姆斯特丹的漂浮住宅區。

    由於近年來氣候變遷海平面上升的議題,漂浮建築更是被大量討論,視為可解決未來無陸可用的救星之一。雖然其有相當的發展性,但亦有其缺點,如建設經費較高,較需維護,不如陸上的房屋平穩等等,所以目前在建築市場上仍是少數,而建成的案例也較多是高級別墅旅館等。

    在實習過程中我發展了許多種水上城市模組,並套用到世界的各大濱水城市,如東京、紐約、威尼斯等等,去探討既有的城市如何適應淹水及氣候變遷,並向水域發展。並以台灣的高雄為基地,向高雄市提出了一套雙棲城市報告書。 

圖:作者實習時所發展的水上城市模組。


【延伸閱讀】
鹿特丹 與水共存城市典範》 林育慈 2010-Oct-9 低碳生活部落格

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