(原文登載於建築師雜誌2011年10月號)

序論
在極端氣候和地球暖化議題下,節能減碳成為世界各國及各行各業關注的議題,而早在十多年前英國一位具有前瞻性眼光的建築師比爾當思特(Bill Duster)便開始思考建築如何能對環境更加友善,減少能源消耗,並深思發展他的低耗能建築哲學,在2002年落成進駐使用的英國貝丁頓零耗能社區(BedZed)開發案就是他落實自身設計哲學的作品,此案據稱是全世界第一個零碳排放社區,也是英國最大的複合用途的低能源消耗社區,該案成為參訪觀摩英國低碳社區及建築必定到訪的一站。貝丁頓社區的規劃和設計手法等被世界各國大量的媒體介紹說明,但是該建築師隱含在這些技法表象之後的哲學、技術及應用於其他的案例與對於未來規劃環境的實體影響,也是值得關注思考。

零碳開發系統觀:飲食、交通及建築節能與能源自主
一般觀念談及永續建築總是從建築本體開始,但是建築師比爾以他的系統觀切入,認為一般人對於能源的消耗使用可分為三大部分,第一部份是飲食,也就是從食物產地種植、運輸到餐盤享用的過程,此部分能源消耗約佔三分之一。第二部分就是一般的通勤及交通耗能,也佔三分之一。最後就是住宅的能源及空調使用,佔最後的三分之一。由於日常生活能源消耗是必然的,但是重點是減少石油化學產品的需求,而以自然及再生能源替代石化能源的消耗,這是因為石化產品所蘊含的碳是被固定在地層之中,開採使用石化產品會將固定於地層的碳釋放至大氣中。為了達到零石化能源消耗的開發,於是他提出了零碳開發圓餅圖(ZedWheel,如圖1)做為他節能減碳規劃設計的中心思想。透過應對三大耗能系統,他提出零碳開發的架構從農產品在地化有機生產、通勤交通碳減排以及建築節能來全面性的減少耗能。

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1ZedWheel(Zedfactory, 2011)

農產品在地化有機生產的論點在於人口由農村進入到都市謀生的都市化過程造成都市擴張,都市擴張對自然環境土地造成污染及破壞,進而使乾淨可耕作的土地減少。此外,由於都市不斷擴張及可耕種土地減少,人們要從更遠的地方購買食物或由國外進口補足,這不但使消耗在運輸食物的能源增加,也因為長途的運送造成食物的不新鮮;另一方面現代農業大量使用化學肥料也造成對石油需求的依賴,所以使用有機肥料來耕作也是減少碳排放的方式。他提出新都市農耕方式(2),強調在地化耕作,使用社區附近農園生產的產品,若是基地條件許可,農產品種植空間也被整合在方案的規劃設計內,以提供社區居民在地新鮮的農產品,而這樣的概念, 也被落實運用到英國其他建築師所設計的零碳社區開發案中。

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圖2:新都市農耕方式

其次,三大耗能項目中,由於交通通勤及運輸的碳排放也佔三分之一,為因應交通通勤及運輸耗能,比爾提出開發土地區位選擇、複合性土地使用、推廣電動車及自然能源充電站以及共享交通工具等措施因應。首先,他認為減少汽車等交通工具使用可以減少能源使用,因此社區內要提供辦公室、托兒所、商店、休閒設施及醫療診所,讓社區居民可以在居住的社區裡完成一般日常生活的需求,讓社區居民住在其中、工作在其中且樂在其中,以減少對外的交通耗能。而土地區位選擇首重公共交通便捷性,居民要能夠很容易便捷的使用公車、捷運或火車,讓社區居民因為便利的大眾運輸系統而減少使用汽車等私人交通工具。對於必要性的個人交通工具使用他建議採用共用汽車的概念,他也同時推崇自行車及電動車,並建議社區內提供太陽能或其他再生能源發電的充電站提供給電動車充電使用。

最後是建築零碳排放的努力,緊密式開發(Compact Development)、建築外殼氣密及保溫、裝設被動式通風換氣系統來因應以及設置電熱複合發電廠(CHP)及自然能源發電機組被思考因應。談到緊密式開發(Compact Development),很多人會聯想到高密度開發,或者是高容積獎勵開發,但是比爾認為緊密並不等同高密度,他表示以貝丁頓社區為例,鄰近的周邊的開發案部分密度更高於貝丁頓社區,他所認為的緊密(Compact)是將獨棟建築物設計成連棟建築物,減少每戶建築物外殼暴露在自然環境中的表面積,減少室內受自然氣候的影響進而增加使用能源的用量。其次,提升外殼氣密及保溫性能,減少天候對於室內環境舒適度的影響,也減少控制室內舒適環境的能源需求,因為建築外殼被氣密封裝的關係,通風換氣便十分重要,透過裝設整合全熱交換器的被動式風帽(3)及通風換氣管路系統,可以減少能源消耗,也可以確保室內空氣新鮮品質。最後,透過各種節能手段,建築物仍少不了能源的使用,因此透過設置燃燒木材或生質材料的電熱複合發電廠(Combined Heat and Power或稱之District Hearing and Cooling System)及太陽能或風力等自然能源發電機組,減少對於石化能源的需求,減少使用石化材料的碳排放。

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3:整合全熱交換器被動式換氣風帽

轉變土地使用概念及環境風貌
上述的設計概念,經過整合落實在英國貝丁頓社區後,比爾以貝丁頓社區為原型,於2010年上海世博會規劃設計上海零碳館,並受邀於中國多處設計零碳社區。其中,在湖南長沙的住宅開發計畫案中,他先從自然環境分析下手,得知長沙的年平均溫度由一月份的攝氏五度到七月份的最高溫度三十度,夏季風向為西南風,冬天風向為北風(4),這樣的氣候與台灣氣候十分相近。

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4:長沙自然氣候分析圖

建築師認為在近代社區住宅建築配置受現代主義科比意的影響,傾向採用單一土地使用機能及降低建蔽率並集中興建高層的住宅大樓的方式開發。但是這樣的開發有幾項缺點,其一,由於單一性質土地使用及大街廓的開發造成人們需要跨街廓移動去進行購物、上學等日常生活行為,但是大街廓開發造成步行距離過長而不願意走路步行,進而促進居民使用車的習慣,如此一來就會提高交通能源的使用。其次是傳統文化及訓練方面習慣將建築物採用坐北朝南方式規劃,認為這樣可以促進日照及通風,但是大樓群採用坐北朝南的配置可能在大樓群中造成窩流,導致影響建築群之間的通風換氣不良將提高空調耗能需求(5)   

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(5:傳統社區開發問題圖)

為了促進居民步行的意願以減少交通耗能,複合型的土地使用在此被作為首選方案,藉由整合辦公室、商店及日常生活所需的不同機能至基地內,並將向上垂直開發的大樓轉換為水平延伸的方式規劃,並將住宅及其他商業用途機能的建築物交錯配置,在量體上商用建築的量體較住宅建築低,並在商用建築的屋頂規劃為屋頂花園並設置人行道及腳踏車道,增加綠化、增進屋頂隔熱並促進人們使用。另外在配置上,傳統座北朝南的模式被轉化挑戰,將建築物以東西向配置,利用建築群間的巷道空間促進引導通風,在住宅建築的屋頂面南方向設置太陽能發電版,角度配置日照最大效能調整,而波浪狀山丘型建築物透過高下相間的差距,在東西軸向也可以促進通風,經過軸向及量體配置方式的轉變,建築師認為在夏季可以降低攝氏溫度三度的氣溫(6)   

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6:開發量體配置提案

除了將建築長軸方向轉換可以促進整個基地降溫之外,建築本身每戶之間的陽台開窗處設置加長的分戶牆做為導風牆,將外部新鮮空氣引導進入室內促進室內通風(7)。本提案的問題在於建築物主要面向轉為東西向以後,日照西曬會造成室內過熱的情況,這也會造成建築物空調耗能增加。為了減少西曬的不良影響,本案東西處設計陽台及遮陽設施(8),除了可以遮陽降低室內日照過熱的情形以外,也創造出與商業建築屋頂花園互動的休閒的外部環境。   

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7:建築物導風規劃圖

   

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8:東西向遮陽及導風規劃

本案配置方法整個挑戰了傳統的節能建築物需坐北朝南想法,也挑戰了科比意明日城市的規劃理論,並本於節能減碳的初衷,從整合日常生活機能所需的用途於基地內,調整居民願意步行的臨棟距離,進而積極的利用自然的風力通風,型塑最大太陽能發電的建築型態,不僅降低了建築能源消耗,創造出新的建築型態,也進而了轉變了整個地景景觀的環境風貌。

全方位零碳提案
透過致力實踐零碳建築,建築師比爾提出了新的社區住宅建築型態及改變了環境風貌,接著他更帶領他的團隊成立了零碳開發工廠,更提出了零碳組合住宅、永續農園等計畫,甚至跨產業領域提出了零碳飛空艇計畫,而這零碳飛空艇甚至已經進入實驗階段,極有可能再近幾年完成試飛。他以一位建築師為原點,為了地球及居住環境,積極的為未來的零碳生活提出一個全方位完整性的提案。

參考資料
ZedFactory(2011).Pholosophy.[online]. Available: http://www.zedfactory.com/philosophy.pdf. [18 Fab 2012]

 

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