國際「淨零」建築系統 帶你一起節電、降排、省水、減廢

新聞來源:國際「淨零」建築系統 帶你一起節電、降排、省水、減廢


圖片來源:台達電子


今年本該是氣候條約《巴黎協定》的啟動年,許多國家藉機提出「2050年淨零排碳」目標,在氣候圈內激發不少討論。

 

不知不覺2020年快要結束了,長期關注氣候及綠建築議題的朋友們,在今年一整年肯定常常聽到「淨零」(net zero)兩個字。2018年,聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)《地球暖化1.5℃》特別報告,認為要將地球升溫控制在1.5°C內,本世紀中全球的溫室氣體排放淨值必須歸零。而今年本該是氣候條約《巴黎協定》的啟動年,許多國家藉機提出「2050年淨零排碳」目標,在氣候圈內激發不少討論。

類似的議論也在國際建築界裡發生。兩個月前,IPCC副主席Diana Ürge-Vorsatz教授聯合一群學界及業界專家,共同發布一篇「全球建築部門邁向淨零」(Advances toward a Net-Zero Global Building Sector)研究,讓世人了解只要善用主動和被動式節能、創能設計,淨零耗能建築(net zero energy building)在世界各地都是可能存在的。

但說到底,全球有沒有一套標準來認證「淨零建築」呢?其實,美國綠建築協會(U.S. Green Building Council, USGBC)去年提出一份「LEED Zero」標章指引,實際操作下來目前在巴西和中國已可見相關認證案例。

 

想締造「歸零」成績?綠建築設計絕對不能少

翻開這份指引,LEED Zero可針對建築的「能源」、「排碳」、「耗水」以及「廢棄物」這四大項分別進行淨零認證。但業主首先得注意的是,無論是哪一項申請,建築物都必須先取得LEED BD+C(LEED for Building Design & Construction)及LEED O+M(LEED for Operation & Maintenance)兩者擇一的綠建築標章,或正在跑LEED O+M認證流程,才有資格進一步申請LEED Zero。

來釐清一下,LEED BD+C主要是給「新建築」或大範圍增改建案的認證標章,而LEED O+M是「既有建築」在進行營運和局部整修改建時,可以取得的認證。當然,要獲得這些標章,建築必須符合LEED最新版V4.1的標準,在能源(energy)、水(water)、廢棄物(waste)、交通(transportation)和人本(human dependence)五大項上要有基本表現才行。由此來看,不難發現USGBC希望建物最起碼要具備綠建築的設計基礎,再往上追求不同的歸零目標。


LEED Zero系統裡又分別有淨零排碳、耗能、耗水和廢棄物四項認證(圖片來源:LEED Zero slide deck


能源及交通工具使用  決定零耗能、零排碳 

接著看看建物要怎麼達到零耗能、零排碳,關鍵在於用了哪些能源、耗電量多少、以何種置換能源達到抵銷,還有建築使用者的通勤方式。以LEED Zero Energy來看,建築過去一年內購入的能源(energy delivered)和置換能源(energy displaced)相減後要小於等於0,才能成立;而LEED Zero Carbon要求建物一年裡來自「能源消耗」和「人員交通」的總碳排放量(total carbon emitted)與總碳抵消量(total carbon avoided)至少得互相打平。

眼尖的讀者可能會發現,LEED Zero Carbon跟Energy之間,其實就是多了個「交通」碳排放的統計。所以如果業主們想追求的是Zero Carbon,就不能單純只在能源上開源節流,還必須額外針對綠色交通好好規劃一番,像是鼓勵員工搭乘大眾交通工具、開電動車、騎腳踏車,或甚至是一開始在選址時,就找一個大眾運輸易達的地點。

至於能源購入和置換之間的換算,需要考量不同能源的熱量單位以及轉換率(energy conversion factor)。前者在LEED的所有計算中,都以英熱單位BTU值來看(例如:一度電1kWh相當於3413BTU;一立方米m3的天然氣大約是35730BTU),後者則採用美國環保署能源之星技術管理,考慮能源從運送源頭到終端用戶中間有運輸損耗而設置的參數,像在美國與加拿大的系統中,電力和天然氣的參數分別是2.8及1.05。至於置換能源,則包含了建築自發(on-site)、當地社區生產、離地(off-site)再生能源(須提供購買文件),還有綠電憑證(REC)。

簡單舉一個計算例子,某建築一年總共使用了120,000kBtu的電力與160,000kBtu的天然氣,如果該建築同時自產自用太陽能發電100,000kBtu和額外購買風力發電80,000kBu,便可達到能源平衡。計算公式如下:

能源購入=((120,000-100,000)x2.8)+(160,000×1.05)=224,000kBtu

能源置換=80,000×2.8=224,000kBtu

能源平衡=224,000kBtu-224,000kBtu=0kBtu

(只要是電力,不管發電方式為何,轉換率皆為2.8)

算法看似一點都不難,不過老實說,真的要達到淨零碳和耗能,對很多大型商業建築來講確實充滿挑戰,因為用電越多就代表要找更多再生能源來置換,但有時候綠電並不是馬上隨手可得。因此普遍專家學者還是建議建築「節能應先於產能」,分別在外殼、空調系統、照明設備上先做好節流,再加上適度的定期維運,便可省下大把功夫另尋綠能。


全球第一個摘下LEED Zero Energy的建築是位於巴西的Petinelli工程管理公司總部(圖片來源:LEED Zero slide deck

目前全球也已存在少數幾個成功案例,位於巴西的一間綠建築工程管理公司Petinelli,以及座落於北京奧林匹克森林公園的漢能清潔能源展示中心,分別拿下LEED Zero Energy及Carbon認證,開創國際首例。Petinelli這間公司的建築本體是一座經過改建的兩層倉庫,面積大約436平方米,規模不大,辦公室人數也才25人,讓屋頂上僅15瓩的太陽能裝置容量,產生的電能夠完全供給建築使用還有剩。但北京的漢能清潔能源展示中心占地有7119平方米,算是個商業建築,就得種植大量的電來補齊。因此這個建案將空間物盡其用,從曲面屋頂、遮陽亭,到一旁的小路,只要有空間就鋪設太陽能板。另外除了自發自用之外,建築裡的智慧微電網系統能讓餘電能被儲存起來,甚至是再回送給電力公司;節能部分則採用地源熱泵來製冷供暖,並隨時監控氣溫、日照、風速和空氣品質,即時在耗電與發電之間做出調整。

 

達成零耗水、零廢棄  用水和資源效率是關鍵

再來瞧瞧零耗水和零廢棄物的準則。耗水的計算稍微複雜一點,是建築飲用水消耗量(total potable water consumed)和替代性回用水(total alternative water used)相減後,再加上回滲水源的量(water returned to original source),必須至少等於零。而如今綠建築技術已十分發達的年代中,要產生替代性回用水,其實不是件難事,可採用的手法包含回收屋頂雨水、地面逕流雨水、空調冷凝水、蒸氣水還有中水。另外如果是跟地方政府購買經過處理的中水、再生汙水,也都能算在內。至於回滲水源的水,指的是建築基地內收集到的水,像是保水設施所駐留下來的雨水,讓其回滲到地下水層與當地集水區。如此能幫助避免水災,打造一座海綿城市。

當然,正如同用電一樣,建築一開始用水量不大,達到淨零耗水相對容易。因此設計上要把植栽澆灌節水、器具節水以及水回收再利用三大重點考量進去。全球第一個摘下LEED Zero Water殊榮的建築Eurobusiness,一樣位在巴西,就善用了這些設計。這棟14層樓的建築上有一個人工濕地,專門處理廢水,讓水質經過生態淨化後能被用於沖廁,整個過程可不使用任何化學藥品。此外,一般建築的雨水回收槽會被放在地下室,但為了騰出停車空間,這個案子的雨水儲存槽被建在屋頂上,而且地板鋪滿細碎石,透雨水能滲透進去,不僅有集水作用,也滋養了溼地裡的水生植物。由於屋頂上可用的區域有限,建築也盡可能透過省水器具減少廢水量。在省水和多種替代水源方案的綜合發揮下,這棟建築的飲用水使用量減少了82%,整整一年內,也有65%的耗水量都能被回收,節水成績實在驚人。


Eurobusiness在屋頂上設置人工溼地,專門處理替代性回收水和集雨(圖:USGBC

最後看到LEED Zero Waste標章,只要能拿下國際上已存在的TRUE(Total Resource Use and Efficiency)零廢棄物系統白金級認證,就能獲得。而TRUE系統裡有幾個必要條件,包含需制定零廢棄物管理政策、提供適當資源回收及存放場所,還有廢棄物分流率(回收的廢棄物量除以總廢棄物產生量)至少90%以上,要達到其實不能單純只是做回收,還得追求資源使用「效率」,效率一但高,廢棄物就會減少,甚至是沒有廢棄物。

所以建築的垃圾管理制度,需要被好好整頓一番,包含使用適當尺寸的垃圾收集器、檢視產生廢棄物的面向、盤查供應鏈,或也可以導入環保和綠色採購準則,購買耐用產品、二手翻新物、永續生產的紙和木製品。另一方面,減少包裝的總量尺寸、數量還有運送容器等,再搭配定時紀錄回收分流數據,也是減廢的基本策略。


台達基金會與台灣綠領協會及美國綠建築協會合作舉行「LEED Zero零碳建築專題班」,希望能將淨零概念帶入台灣(圖片來源:台達基金會)

回頭來看國際上推行「建築歸零」的進程,之前歐盟就要求從2021年開始的新建築,都必須是近零能耗;去年聯合國氣候峰會上也提出了一個「人人享有零碳建築」的全球倡議,中國則是已公布近零能耗建築技術標準和淨零碳建築宣言。在這些政策刺激之下,未來隨處看到LEED Zero建築,勢必將見怪不怪。而台灣目前仍全力衝刺綠建築標章,之後企業政府各方人馬可認真考慮跟上國際腳步,制定相關規定,極大化建築對環境的友善貢獻。

轉載自綠建築雜誌Vol.68

 

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