2018年4月9日 星期一

提升建築節能力的關鍵竟是──氣象資訊?

"從座向方位、空間規劃、開口率、甚至是否該裝設太陽能和風力發電等自主能源,一棟建築可以從Green BIM身上獲得許許多多的節能設計與分析建議,讓綠建築不再是憑空想像的空中樓閣,而是接近真實狀態的可行方案。"
(圖片來源: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)

 度過驚心膽跳的2017年,2018年剛開始沒多久,台灣竟冒出史上第一顆二月份的「橘燈」(指當日備轉容量低於6%),瞬間敲響了今年可能再度缺電的警鐘和恐慌情緒。

 由於連續多日的冷冽低溫,二月五日傍晚的尖峰用電量衝上2905萬瓩,不僅締造二月份有史以來第一顆象徵供電告急的橘燈(當日備轉容量率僅5.08%),台電公司立馬申請讓停機近兩年的核二廠二號機重新運轉,隨即引發環保團體與反核人士批評,成為這波寒冬季節衍生的熱門新聞,不少人擔心,去年令人餘悸猶存的「815大停電」是不是又要來了?

 如何避免「缺電之夏」戲碼在2018年上演續集?目前各派說法不一,挺核派強調核電火力全開便萬事OK,台灣的可用電力還多得很。反核派則懷疑台電長年捏造缺電訊息,事實上我們根本不缺電。有些其他聲音則認為,只要相關單位別故意「卡關」再生能源就好,憑著台灣充沛的綠能資源(日照、風力、地熱),綠電一定足夠撐起一片天。

2017用電續增,建築節能可貢獻更多

 可惜,在這麼多的討論(或口水)聲浪中,大家似乎只顧著找出新能源,卻忘了「節能」的重要性。

2017年全台耗電量增加2.3%,「住宅」部門是增長率最低的

 根據台大風險社會與政策研究中心發表的〈2017臺灣用電地圖〉,台灣去年耗電量約較前年成長2.32%,漲幅不但高於前年的2.15%,更高於過往五年的平均值(1.4%),顯示歷來推動的節能政策成效未如預期。不過仔細觀察六大用電部門變化,「住宅」是增長率最低的,總算聊為告慰。

 老實說,第一時間看到連年飆升的住宅用電量在2017年只剩不到1%漲幅,令長年推廣綠建築和節能觀念的我們頗感振奮。可是過沒多久就有同事猜測,會不會是因為815跳電那五小時產生的「貢獻」(沒電可用)?或大家都怕缺電乾脆出國旅遊了?也或許是加班太兇,把上班族的耗能行為都留在企業端(結果去年「工業」部門用電大增3.14%)了。

和建築相關的「服務業」和「住宅」部門耗電量連年上升。

 其實,就台灣這種地狹人稠、76.6%人口集中在都會區的先天條件來說,減少建築耗能絕對是不得不為的重中之重。根據中央氣象局統計,過去100年來全台平均溫度上升攝氏0.7度,但都市均溫上升幅度卻是兩倍(攝氏1.4度)。每到炎炎夏日,由密集的建物、擁擠的車流、缺少植物遮蔽的都市空間、加上無法散熱的路面,彼此交錯產生恐怖的「熱島效應」。為躲避熱浪侵襲,民眾不是躲在家頭猛吹冷氣,就是湧入有冷氣的室內空間(諸如便利商店、百貨公司、圖書館等),因而造就連年上揚的建築(包括住宅、機關、服務業)耗電成長曲線。

氣象資訊加持,強化綠建築節能力

 在此趨勢下,訴求節能減碳的綠建築概念應運而生,強調讓每棟建築從最早的設計階段,就開始考慮基地的環境特色、並順應當地氣候條件,運用增加通風、自然採光、打造周圍綠帶等「被動式」設計手法,從源頭減少建築日後的能源消耗量和碳足跡。

 可是,長年致力推廣綠建築,本身也參與建造、並且親自使用的台達電子文教基金會卻發現,台灣過去能取得的氣象統計及小尺度的區域微氣候資訊,和建築師的實際需求存有落差。於是去年起攜手中央氣象局、財團法人台灣建築中心兩大專業機構,由台灣大學前副校長暨大氣系終身特聘教授陳泰然擔任計畫主持人,經過一年的努力整合,於三月初發表了台灣第一個「Green BIM建築微氣候資料平台」,並將資料開放給外界使用。

BIM是近年建築界興起的資訊革命,可更精確掌握、模擬、預測建築的各種性能。
(資料來源:台灣建築中心)

 所謂的BIM,是近年被全球建築工程界廣泛應用的「Building Information Modeling」(建築資訊模型),提供從業人員由設計、施工、營建、乃至後續維護管理需要的建築大數據和量化分析系統,不僅方便使用者提前體驗、感受未來的空間樣貌,能在實際動工前推測建物的實際性能和環保績效,減少建造過程可能發生的設計錯誤和資源浪費。這概念從1970年代中期開始萌芽,由喬治亞理工大學教授Chuck Eastman提出,爾後受到許多環境危機的推波助瀾,加上近年數據運算能力提升,大幅催化BIM的使用風氣。2002年,業界慣用的專業繪圖公司Autodesk還發表《BIM白皮書》,2008更出現「Green BIM」的倡議,呼籲以BIM減少對環境帶來的衝擊,讓更多建築發揮可量化、可預測的節能減碳績效。

 也就是說,若能掌握建築基地的日照、風速、溫度、濕度、雨量等歷史資料,透過BIM資訊平台的預先模擬與管理功能,更有利於建築師打造節能減碳、也兼具居住舒適度的環保綠建築。從座向方位、空間規劃、開口率、外殼構造和材料選擇、屋頂和外遮陽的形式、空調與冷卻系統的設計、光源導引和氣流路徑、甚至是否該裝設太陽能和風力發電等自主能源,一棟建築可以從Green BIM身上獲得許許多多的節能設計與分析建議,讓綠建築不再是憑空想像的空中樓閣,而是接近真實狀態的可行方案。

新發表的Green BIM建築微氣候資訊平台,統整了全台13處氣象站歷史資料。
(資料來源:《綠色建築資訊模型微氣候資料庫建置》)

資料翻新,未來開發小尺度精確資訊

 甫公開的Green BIM建築微氣候資訊平台,整合國內13個選樣示範站點的歷史資料,往後打算發展更小尺度的地理網格,並連結即時預報資訊,提供建築師及物管業者更精確、實用的微氣候資訊。

 這樣的修正動作有其必要性。現階段政府雖有提供官方統計資料,卻須經過申請行政手續、並花費額外人力整理,才能讓氣象資料融入業界慣用的繪圖軟體和運算系統。即便美國Autodesk網站有提供台灣的氣象資料,一來歷史年份不夠接近、二來偵測站點也不夠廣,常發生南部建案在模擬日後能源消耗狀況時,用的是淡水氣象站的歷史資料,兩地氣候差異可想而知。

 殊不知,台灣是座四面環海的島嶼,夾在全球最大陸地(歐亞大陸)和最大海洋(太平洋)之間,加上中央山脈聳立其中,造成各地的氣候差異極大,從竹風、蘭雨、屏東落山風、到台北盆地的悶熱感,說明島嶼雖小、各地氣候卻各具獨特性,即便淡水觀測站也無法概括北台灣的氣候特色,加上近來極端氣候的影響,今後理當提供更精確及貼近本土的資訊,才能幫助建築師打造順應氣候的節能綠建築。

 舉例來說,目前模擬建築能耗的專業軟體中,以美國能源部開發的EnergyPlus最為普及,供從業人員估算建物的供熱、冷卻、通風、照明、用水等需求。可是,EnergyPlus官網上找得到的臺灣氣象資訊只有「松山」一站。至於模擬建築基地歷史氣候型態的慣用作法,以美國再生能源實驗室(NREL)制定的「標準氣象年」(Typical Meteorological Year)為主流,把過去15年的歷史氣象數據經過加權和參數換算,得出不同年月組合的一整年8760小時數據,代表一地的長期平均氣候狀態。可是,目前國內找得到的最新版本,是內政部建築研究所在2013年公布的TMY3氣象標準年,該資料其計算年份為1990~2012年,卻只列入8個(臺北、新竹、臺中、嘉義、臺南、高雄、花蓮及臺東)氣象站資料。

Green BIM建築微氣候資訊平台提供的氣象資訊多達68種,並將資料更新到2016年。
(資料來源:《綠色建築資訊模型微氣候資料庫建置》)

 有鑑於此,Green BIM建築微氣候資訊平台所發表的標準氣象年資料,不但把氣象偵測站涵蓋廣度增加到全台13站(新增淡水、板橋、新屋、永康、梧棲等5站),更將資料年份一舉翻新到2016年。待運作成熟後,還可開發更小尺度的微氣候地理網格資訊,甚至讓系統連結即時的官方氣象預報,讓建築一起跟著氣候呼吸、演變,找出最因地制宜的節能手法與防災之道。

2018年建築節能關鍵密碼:Green BIM

 當然,我們必須承認,直到現在仍有人覺得,節能是要人命的苦差事,或者會讓生活水平倒退回古早年代,甚至覺得就是要用電量不斷飆高,才是經濟有在持續成長的正面訊息。

 可是,根據聯合國IPCC(政府間氣候變化專門委員會)的專業報告發表指出,既有建築經改造後的節能潛力高達50~90%。而台達多年來在各地累積捐建的25棟綠建築,其中經認證的16棟,在2016年節電量就超過1500萬度,每棟節能績效從30~70%不等,有些配合自主能源還可逼近「淨零能耗」(Net Zero),不但是綠建築節能本領的最佳見證者。更重要的是,上述綠建築一樣有開冷氣跟燈光,電梯也會動,而且平常還有一大堆人在裡頭上班、活動,絕非整天唱空城的蚊子館。

 檢視政府統計資訊,2016年台灣住商部門住宅+服務業合計耗電965億度,只要節能區區5%(約48億度),省下用電量就幾乎雙倍於同一年度的太陽能+風力發電量(25億度)。對照上述國際報告提及的綠建築節能潛力,加上Green BIM建築微氣候資料庫這樣的新科技加持,你還覺得落實建築節能、逃過2018年缺電危機,是完全不可能的任務嗎?

綠建築要再提升節能實力,搭配氣象資訊和Green BIM將是不可或缺的方法。
(圖片來源:台達電子文教基金會)

(本文原刊載於綠建築雜誌52期 

【參考資料】
  1. 台大風險社會與政策研究中心〈2017臺灣用電地圖
  2. Green BIM建築微氣候資訊平台網站
  3. 台達電子文教基金會委託專案計畫《氣候服務在綠建築之應用:綠色建築資訊模型微氣候資料庫建置》(主持人:台大大氣系終身特聘教授陳泰然,協同主持人:財團法人台灣建築中心經理李明澔、國際氣候發展智庫執行長趙恭岳)
  4. 內政部建築研究所偕同報告《臺灣Green BIM綠建築資訊建模應用架構研究》(陳建忠、陳上元、蘇瑛敏、李軒豪、劉青峰、沈楊庭、陳正晏)
  5. 台大BIM中心〈綠建築結合BIM 開創可能性〉(謝尚賢)

【延伸閱讀】
德國「被動房」來了!台灣建築節能有解了? 2018/1/29
「住商」用電飆不停怎麼辦? 高宜凡 2017/6/14

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