2017年7月3日 星期一

綠色兵團拼湊諾亞方舟,締造超低建築碳足跡(上)

"運用「被動式」節能設計手法,施工前事先就幫建築做好防曬工作,減少不必要的能源消耗。"
位於成功大學力行校區的孫運璿綠建築研究大樓,開啟了台灣建築碳足跡的實測驗證風潮。
(本文圖片提供:台達電子文教基金會
文/高宜凡台達電子文教基金會計畫主任)

沿著鐵路一路南下,來到位於台南火車站後方的成功大學力行校區,遠遠地就能看到一棟外型搶眼、彷彿船艦的有趣建築,它就是開啟台灣建築碳足跡驗證風潮的「成功大學孫運璿綠建築研究大樓」。

催生這棟話題建築的人,是1999年引領制定台灣綠建築評估系統(EEWH)的成功大學建築系教授林憲德,他喜歡稱它為「綠色魔法學校」,因為裡頭不但搭載了台灣廠商熱情贊助的30多種環保材料,更活用了學術界累積的研發能量(合計動員四名教授及12名碩博士生),簡直像是一艘熱愛地球的「傻瓜兵團」們合力拼湊出來的現代「諾亞方舟」!

設計初期,林憲德原本估計孫運璿綠建築研究大樓的節能績效會有40%的水準,結果2014年便達到節能70%(相較低層同類型建築)的耀眼成果,每平方公尺單位年耗電量僅40度出頭。更可貴的是每坪8.7萬元的平實造價,幾乎是尋常老百姓都負擔得起的「平價綠建築」。

孫運璿綠建築研究大樓落成近六年來,每年吸引上萬人次參訪,一路獲頒內政部EEWH認證「鑽石級」標章、美國綠建築協會LEED認證「白金級」標章--更是亞洲地區第一個奪得LEED白金級的教育建築。無怪乎在美國有「綠建築教父」封號的尤戴爾松(Jerry Yudelson)2014年來此參觀過後,隨即在《衛報》(Guardian)發表評論、讚揚孫運璿綠建築研究大樓是全世界最綠的綠建築!
被動式設計,替建築防曬、降低能耗

2013年,林憲德教授攜手及台達基金會,並聯合其他民間組織與學者合組了「低碳建築聯盟」(Low Carbon Building Alliance),當時便以孫運璿綠建築研究大樓作為「建築碳足跡認證制度」首波評估標的。實地驗證後發現,孫運璿綠建築研究大樓60年的建築生命週期裡,總碳足跡為1437萬4633 kgCO2e,每年每平方公尺碳足跡僅49.9 kgCO2e,不但較同規模建築低37.6%,表現甚至比低碳建築聯盟制訂的鑽石級綠建築減碳標準(25%)還好。

究竟孫運璿綠建築研究大樓是如何降低碳足跡的呢?主要不出三種方法。首先是運用「被動式」節能設計手法,施工前事先就幫建築做好防曬工作,減少不必要的能源消耗。
呈現粗曠風格的階梯狀屋頂花園,不僅能在炎熱夏季替建築降溫,更減少了許多空調耗能。
在炎熱高溫的南台灣,如何替建築「防曬」是門大學問。孫運璿綠建築研究大樓頂層設計了一個彷如「拿破崙軍帽」的大屋頂,做為整棟建物的深遮簷,讓屋面擁有深邃的遮陽面積。從外頭看,好像替建物戴上一頂遮陽帽,藉此擋掉許多直接日曬和陽光熱度。

與之搭配的還有呈階梯狀的綠屋頂,比起一般建築頂樓多表現整齊一致的植被樣貌,孫運璿綠建築研究大樓頭上那片五顏六色的「野生花園」,顯得十分粗獷。這是成功大學研究團隊經過兩年的戶外實驗,最後篩選出九種耐瘠、耐風、耐鹽、耐汙染的多年生本土草灌木,可有效減少屋頂花園的人工養護成本,同時兼具省水、不仰賴施肥與農藥、生態系可以自然演替的特性。

這片看似雜亂的野生花園,不但成為綠色魔法學校獨樹一格的綠屋頂,甚至還獲得2011年「世界立體綠化零碳建築傑出設計獎」肯定。經過熱流實驗證實,當室外氣溫變動在攝氏7~10 度的條件下,屋頂花園可讓頂層樓板表面溫度變動維持在3度以內。每當一般建築物在南台灣盛夏的強烈太陽曝曬下,屋頂表面溫度經常飆破70度,但孫運璿綠建築研究大樓的室內頂層樓板卻能維持在32度以下,因此減少了許多空調耗能。

善用浮力通風,一年有五個月免冷氣

空間布局方面也有巧思,在訪客常停留或較要求燈光照度的區域,如大廳、公共廊道、樓梯間、地下停車場,均以外部自然光線作為主要光源,減少開燈需求和照明耗電量。而一般習慣配置在深處的廁所,孫運璿綠建築研究大樓則改配置在外側轉角,並以毛玻璃和空心磚作為外牆,一方面增加透光性、二來也保持空氣的流通。

其次是替建築營造良好的通風環境,降低最耗能、也最容易產生溫室氣體的冷氣啟動頻率。位於孫運璿綠建築研究大樓二樓的「崇華廳」,就是最好的示範!
活用自然界存在已久的浮力通風原理,偌大的崇華聽,每年可以有五個月不用開啟空調。
來到這座可容納超過300人的國際會議廳,即便沒有任何專業背景的人,也能明顯感受到什麼是「浮力通風」的原理。過去,家家戶戶幾乎都有一個「灶窯」,是古代燃燒效率最好的家庭烹飪設備,通常由磚泥塑成保溫灶台,加上一根長長的煙囪一起構成,氧氣由底部薪柴入口進去,廢氣再從頂部煙囪排出。

孫運璿綠建築研究大樓一口氣設計了三座浮力通風塔,一座位於中庭正上方,另一座位於一樓「亞熱帶綠建築博物館」,最後一座就在就在崇華廳後方,為加強室內通風效果,前方主席台挖了一排開口引進外部涼風,座位區最高處還做了一個壁爐式煙囪,替整個崇華廳創造出一個由低往高的流場,讓風可暢行無阻地橫掃逾300人的觀眾席。座位區除採用材質輕巧、風阻較小的金屬座椅,讓四周留出許多間隙,減少氣流通行的阻礙。

透過從傳統建築萃取的「灶窯通風」節能智慧,每年11月隔年到3月這段期間,崇華廳可以在不開空調的狀況下,使風速維持在0.1~0.6 m/s,新鮮外氣的換氣次數也有5~8次的水準,無須消耗能源就能維持室內環境的舒適,大量地減少碳足跡
待續

本文原刊載於綠建築雜誌45期
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