【Yahoo論壇／陳楊文】綠建築科技的火車頭－零耗能建築

清明時節，2018年建築業界有幾個重要的秀展，先是3月底台北南港的「智慧城市展」，4月初在中國珠海舉辦的「第十四屆國際綠色建築與建築大會」。參與的國家地區中除了台灣、中國大陸、香港、澳門更有日本、美國，環太平洋區域國家地區成員，從秀展所發展出的共同主軸，可以看出人類如何在面對高排碳造成全球暖化的現況中，尋求未來更友善地球的居住環境。

建築可說是每個現代國家的最大產業，統合了城市建築規劃設計、園藝景觀、材料科學、室內裝潢、營造工藝、能源供給、交通設備、照明、取暖通風冷藏（HVAC）機電等跨學門科技。整個發展的技術除了秉持傳統造成更美、更堅固、更舒適的建築體之外，這幾年因應全球環境變化，更強調對居住者的健康與對環境無害。換言之，也就是節能減碳、減少廢物與空氣污染PM2.5的產生。

在玲瑯滿目的相關建築產業中，可用以一窺全豹的無疑是綠建築評估或認證系統，如美國的綠建築認證系統，全名稱之為能源與環境先進設計（Leadership in energy and environmental design），英文名稱簡稱LEED。而台灣在1999年建立「綠建築標章制度」，同樣產生以生態、能源、減廢與健康的EEWH綠建築評估系統，香港的綠建築系統叫HK-BRAEEN，新加坡為Green Mark。中國大陸則在2006年以節地、節能、節水、節材主軸的三星「綠色建築評價系統」。許多國家都將此綠建築系統列入營建的法規標準，強制未來的建築一定要採用或部分採用，以減少對環境生態的負荷。

在環境與永續的課題上，當今的全球暖化與跨境空氣污染議題，與人類使用化石燃料息息相關，人類已經面臨覺必須改變的抉擇，而且是跨國跨界攜手共同合作應對才有希望可言。瑞典汽車富豪（Volvo）去年宣布在2019年後不再生產燃油車。隔日，法國總統馬克宏訂出國家目標：到2040年後，禁賣燃油車。這些宣示無疑都在向全球投下環保的救生圈。

在建築業也不例外，我在此次中國綠色建築大會中，聽到日本建築學會原會長吉野博教授，提到日本的終極綠建築－零耗能建築（Zero Energy Building, ZEB）或零耗能房子（Zero Energy House, ZEH），將於2020年實施建築零耗能標準，而到2030年成為新建築的強制法規，所有新蓋建築物在用能方面，必需達到自給自足的規範。

為達到建築零耗能，就必須將把現有建築節能的技術發揮極限。建築節能的層面很廣，但是不脫離三個面向：1.建築體本身的耗能設計，如外殼（含窗戶）的熱傳導阻絕，2. 使用冷暖空調通風（HVAC）與照明等電器，以及3. 使用者的行為三個層面。利用建築周圍的風、光、水、熱環境因素，減少耗能往往被稱為「被動能源」，如晚上沒有光源，必須耗電照明，不可能完全做到零耗能，只能做到最低耗能，這種最低耗能大約是同類型建築的30%用能，又被稱為近零耗能建築（Nearly ZEB）。

剩下來無法省用的30%建築用能，往往必須仰賴外來的再生能源的導入，又稱為「主動能源」。例如，大家所熟知的太陽電能或熱能板、微風力發電，甚至台灣比較少見的地緣熱泵等，都是將環境所賜予的能源，轉化成建築所需要的能源。

在各項建築耗能中溫度的調節需要的能源最多，不同地區的建築所需要的能源有不同的樣貌（pattern），位處溫帶地區冬天需要較多的取暖熱能，而在熱帶或亞熱帶地區，需要的是製冷的空調耗能。建築的外殼節能是被動能源中最佳技術，是將房子蓋成保溫瓶一樣的冬暖夏涼。最大的熱能來自屋頂，其次來自西曬與東曬的牆壁，所用的技術主要是雙層的玻璃或是有外牆的雙層牆壁，以阻擋夏天熱的穿透，冬天熱的逸散。雙層牆壁中間有空氣流通，可將外牆的熱帶走，防止進入到室內。

能源是流動而不是靜止的過程，隨著氣候與使用情況，而不斷異動。最後要有效的管理建築用能與創能間的平衡，需要有能源的資訊流，提供給使用或管理者以達到確認可以達到確實是零耗能建築。而傳統往往是靠著模擬的方式預估建築的耗能狀態來修正設計，但是現實用能千變萬化，必須靠著建築在運作時實際動態的能源資訊（建築能源管理系統，BEMS），才能驗證（Commissioning）先前的各項設計與技術效能，不斷調整才能達到最佳化的零耗能，甚至正能源建築（Plus energy building）的狀態。

台灣曾經在2011年左右，小規模地實驗將幾所中小學教室改造成「零碳教室」，即為先將教室的用能降到最低需求（節能），剩餘的用能則全部由太陽能發電。因此一間標準的零碳教室會有3項基本建構，1. 節能（高效率燈具、通風設備與教育設備）加上2. 創能（微太陽能電網加上儲能）以及3.建築能源資訊管理系統（Building Management System, BEM）。零碳教室曾經是外賓參觀的標的建築，如聯合國事務專家訪華團在2013年2月訪問台北市萬芳國小零碳教室，又如美國環保署長吉娜・麥卡錫(Gina McCarthy)在2014年4月參觀新北市建安國小的零碳教室。

前任歐巴馬總統與胡錦濤簽訂「中美清潔能源聯合研究中心建築節能項目」（U.S.-China CERC-BEE Program），美方派出勞倫斯柏克萊來國家能源實驗室參與。基本上整個技術上在節能、創能與資訊流方面的技術大多一致，但是此項目計劃中，有著革命性的實驗：採用直流電網（DC）取代現有全球的建築的交流電網（AC），而直流電網概念同樣也是台灣「零碳教室」未來演化的目標，這是零耗能建築的必然趨勢。

為什麼直流電網如此重要？現有建築內的電器已經大多是直流設備，但是當人類創設建築能源系統時，沒有採用愛迪生的直流電網概念，卻用特斯拉的交流電網概念？最主要是交流電有利於遠距離的傳輸，適用於設在遠處的大型高污染發電廠。而未來零耗能建築所需要建構的電網，將會是分散且是自給自足的清潔電網。這絕不是癡人說夢話，連汽車業者賓士也宣布，將推出結合電動車與零耗能建築的清潔能源系統。而美國的零耗能建築正蓬勃發展中，預估在今年2018年會有500多棟出現。

台灣在國際間以電子產業領先，在最近的「智慧城市展」中，已經出現許多運用資訊流科技，如大數據（big data）、人工智能（AI），來運用在更高效率舒適的居住環境中。但台灣同樣面臨能源急遽缺乏（98%能源來自進口）與環境空氣污染的問題，但目前在智慧城市展覽中，市場上還沒見運用可以解決問題零耗能建築的構思與案例，這需要整合各界的力量，以更開闊與永續的視野來看待未來的建築型態。

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