綠色兵團拼湊諾亞方舟 締造超低建築碳足跡


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綠色兵團拼湊諾亞方舟 締造超低建築碳足跡

建立於 2017/07/28
作者: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」。

綠色兵團拼湊諾亞方舟,締造超低建築碳足跡
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)

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。

綠色兵團拼湊諾亞方舟,締造超低建築碳足跡
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。
(本文圖片提供:台達電子文教基金會)

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。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。

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!

 

綠色兵團拼湊諾亞方舟,締造超低建築碳足跡
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。
(本文圖片提供:台達電子文教基金會)

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。

綠色兵團拼湊諾亞方舟,締造超低建築碳足跡
在基地上保留植栽面積,提高該區域的生物多樣性。 (圖片提供:台達 電子文教基金會)

本土綠建材助減碳,更縮短運輸距離

最後一個減碳秘訣,是整棟建築搭載了台灣廠商熱情贊助的綠色創意。舉凡從煉鋼廢棄物轉製的高爐水泥、用水庫淤泥燒製而成的陶粒、不使用含鹵素塑膠的環保電線、取自回收尼龍的地毯、由回收寶特瓶抽紗製成的窗簾等,孫運璿綠建築研究大樓洋洋灑灑集結了34種產自台灣、合計價值超過2000萬元的綠色建材,整棟建築宛如一棟展示本土環保建材的立體應用中心,更是一本環境教育的活教材。

除了凸顯台灣廠商優異的減碳績效之外,低碳建築聯盟曾統計,本土生產的水泥、玻璃、木材等建築材料要送到使用者手中,平均得經過52.7公里、74.1公里、122.9公里的公路運輸距離,假使從外國進口建材,運輸過程排放的溫室氣體將增加數百倍,這也是孫運璿綠建築研究大樓盡可能使用在地建材的考量點。

此外,戶外路面以JW工法打造透水鋪面,這是一種台灣本土研製,利用豎立塑膠管格框,加上水泥強化的創意手法,讓路面具備載重能力之餘,還擁有絕佳的通風與透水效果,能在雨天時快速吸納降水,延遲暴雨湧入下水道的時間,減少市區淹水風險,更能提高建築面對極端氣候事件的韌性。而且晴天時也能幫助清淨空氣污染物,維持底下土壤的生態健康。

向大自然學習,謙卑面對環境萬物

事實上,除了看得見的綠色建材和環保工法降低碳足跡,在這棟層次豐富的綠建築裡,還蘊含了許多呼籲人們「尊重自然」的建築哲學。

綠色兵團拼湊諾亞方舟,締造超低建築碳足跡
透過一系列發揮古老智慧及尊重自然的節能設計概念,孫運璿綠建築研究 大樓希望讓每位參訪者開始關心周遭環境。(圖片提供:台達電子文教基 金會)

比方說,整棟建築最搶眼的藝術裝置,即是常令小朋友看得不亦樂乎、攀附在屋頂太陽能板邊緣的紅色瓢蟲。林憲德教授笑說,當初就是故意讓它懸掛在太陽能光電板邊緣,一副上不去又下不來的吃力狀態,暗喻人類的環保革命尚未成功,必須戒慎恐懼地努力進行。而裝置容量17.6 kW的太陽能光電板,形狀也刻意做成葉子造型,因植物吸收太陽能可達近100%的能量轉換效果,功效遠比今日太陽能發電效率(還不到25%)更高,提醒人類追求節能科技應謙卑地向大自然智慧學習。

很多人不曉得,當初孫運璿綠建築研究大樓動土時,為了讓基地上的百年老金龜樹獲得足夠伸展空間,設計團隊還自動將建築面積往後退縮,不因施工而損害原有的植被和生命。如今,搖曳的樹影呼應波浪狀的建築立面,風起時,落葉常伴隨著大自然氣息一起吹入室內。連同屋頂上的階梯花園,與建築周圍的林地,這些環繞在綠色魔法學校四周的生態綠帶,皆可透過蒸散作用協助降低室內氣溫,大幅降低都市熱島效應。

從見證環保建材的實地應用、宛如諾亞方舟的船體外觀、到周圍生態與綠帶散發的生命意境,每位來到孫運璿綠建築研究大樓的參訪者,不但能從中瞭解降低建築碳足跡與環境衝擊的綠色工法,也能開始對周遭環保問題產生關注。或許,這才是這棟綠建築最巧妙的綠色魔法吧!

※本文轉載自低碳生活部落格

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參考資料

  • 成功大學孫運璿綠建築研究大樓
    完工年份 :2011年
    建築師:林憲德、石昭永
    樓地板面積:4800平方公尺
    節能效益:2014年節能70%(相較低層辦公建築)
    減碳成果:60年生命週期總碳足跡為1437萬4633 kgCO2e,每年每平方公尺碳足跡僅49.9 kgCO2e,較同規模建築低37.6%。
    相關認證:台灣EEWH鑽石級、美國LEED白金級、2011年世界立體綠化零碳建築傑出設計獎、2013年被收錄於《世界最綠建築》專刊(Routledge出版)

 

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