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如何打造節能減碳又經濟的「低碳循環學校建築」?

根據國家科學及技術委員會與環境部於5月8日發布的《國家氣候變遷科學報告2024》 指出,未來台灣夏季可能長達7個月,超過36℃以上的天數將增加75天,如此高溫不僅加劇人體健康威脅和都市熱島效應,也將對農業、養殖漁業等經濟活動,以及森林、海洋與生態環境造成影響,極端氣侯現象將成為新常態!若不即刻起而行,積極採取減少溫室氣體排放作為,不僅難以達成將全球升溫控制在1.5℃以內的目標,更將遺債於後代子子孫孫。

面對全球氣候變遷,國家發展委員會已發布《臺灣2050淨零排放路徑》針對建築、運輸、工業、電力等產業制定淨零碳排路徑與策略,針對佔全球溫室氣體排放近40%的建築營造業,設定「2050年達成100%新建建築及超過85%現有建築物為近零碳建築」的具體目標,舉凡商辦大樓、工廠、住宅及公有建築都有其階段性里程碑,學校建築也不例外。根據教育部112學年資料統計,全台國中小有3359所、高中508所、大專校院145所,總計4012所;據教育部國民及學前教育署統計,截自107學年止,全國公立國小、國中及高中以下學校校舍高達2萬7千餘棟,且多數正面臨校舍老舊的結構安全問題;據台北市教育局統計,北市所屬國中小及高中公立學校共222校、校舍共1520棟,其中約6成屋齡超過40年。打造低碳或零碳的學校建築,對於推進臺灣2050淨零排放目標達成,具示範意義及具體成效。

SSDC澄毓綠建築總經理陳重仁建議學校建築在新建、增建、改建時,應以建築的生命週期進行系統性思考,導入低碳與循環營建的設計思維,透過輕量化結構設計、深度節能設計、使用再生能源、採用低碳建築工法、選用循環建材,以及盡可能回收營建廢棄物,讓學校建築成為低碳(零碳)建築示範場域,更可達到節能減碳的經濟效益,陳重仁於2024年6月1日的2024 International Forum on Knowledge Asset Dynamics (IFKAD)國際學術研討會亞洲場次上首次發表「學校建築重建的低碳與循環營建策略」。

▲ 政大達賢圖書館為打造低碳校園,導入綠能與節能設計,獲得內政部綠建築標章。圖/Yu tptw

五策略降低「營運碳」,預期節能效益50-70%

要打造低碳建築,首先須從建築物生命週期進行系統性思考。一棟建築物從建材生產運輸、建築營建施工、日常使用、更新修繕到廢棄拆除都會產生碳排放,其中大約70%為建築日常使用過程中所造成的「營運碳」,而如何幫助學校建築有效減碳,陳重仁提出五策略:

 

1. 應用自體隔熱外牆工法

學校建築為了減少對預算的衝擊,一直以來外殼節能方面較不傾向加強隔熱的做法,而是以符合法規基本節能條件以及控制開口率達到基本的節能要求。然而目前在氣候極端化以及淨零碳排的目標下,這樣的作法已經緩不濟急,使得教學環境不舒適感也較以往更長。因此新的學校建築的設計思維,應該是要將舊有RC鋼筋混凝土結構(Reinforced Concrete:RC)打造的校舍之設計觀念,以系統性思考邏輯打破重新設計,盡量導向自體隔熱牆體構造工法,甚至是含有回收再生成分的無機隔熱牆體材,而非千篇一律使用RC構造再外加隔熱,如此可獲得更好的隔熱效果之外,也兼顧造價成本,建築物也會更輕量化、更低碳。以上所述工法在國外很常見,唯國內營建業較不熟悉。

 

2. 冷屋頂工法

冷屋頂工法是指透過在屋頂塗佈高反射塗料,阻擋進入建築物內的輻射熱,以降低室內熱負荷,進而達到建築降溫、節能效果。早在1980年代,美國能源部即展開對冷屋頂工法的研究,以促進節能效益與降低都市熱島效應。美國加州現在已制定能源法規,規定所有新建建築屋頂與屋頂改造工程,均需採用符合冷屋頂標準的屋頂表面材料,美國LEED綠建築認證也將此納入。而台灣處於亞熱帶地區,加上都會區建築物密集,夏天容易因強烈太陽輻射熱造成高溫與城市熱島效應,十分適合採用冷屋頂工法設計,若廣泛採用,預期可達到3大效益:(1)節能,屋頂表面溫度可降低約20℃,金屬屋頂更可降低約30℃,室內約可降低3~5℃;(2)降低熱島效應,當市區內冷屋頂面積達到一定程度,可讓都市降溫高達3°C;(3)改善空氣品質,降低空氣溫度可同時降低都市霾害,提升空氣品質。

 

▲ 採用冷屋頂工法,可阻擋進入建築物內的輻射熱,以降低室內熱負荷,進而達到建築降溫、節能效果。圖/freepik

 

3. 換裝高效能空調系統

新建校舍直接採用能效1級空調設備,在未來生命週期內將能節省大量能耗,節能效益可達10~20%,也可採用以租代買的商業模式,與廠商簽訂租溫度合約,讓廠商負責提供舒適溫度、維護保養與能效,共創雙贏。

 

4. 智慧型能源管理系統

導入具智慧化監測與判斷系統的智慧型能源管理系統,隨時掌握能源使用情形,發揮10%上之節能效益;透過專家診斷機制,確保能源系統維持穩定,即時提供碳排放數據,更全面地了解排碳情形與能源使用效率,預估節約平均每年每平米節電費60~90元。

 

5. 屋頂/外牆BIPV光電系統導入

建築整合太陽能(Building-integrated photovoltaics,BIPV)是透過建築設計工法將太陽光電模組與建築物整合,使之融合成為建築本體結構的一部分,兼具發電、隔熱、遮陽、採光等效益。屋頂與外牆不透光部位若採用BIPV,視裝置量不同,預期可節能約10~30%。

 

從根本減碳,採用低碳循環建材降低「蘊含碳」

據統計,牆體在建築物中的隱含碳排排名第二高,陳重仁建議結構體要盡量輕量化,並且大量採用自營建廢棄物回收再利用製成的循環建材,在建築物生命週期結束後,大部分材料還能回收再利用,達到循環營建目的。如此預估建築物蘊含碳排可降低30%以上、營建廢棄物更能達到減量80%以上。

 

▲ 牆體在建築物中的隱含碳排排名第二高,若能從結構體盡量輕量化,並大量採用自營建廢棄物回收再利用製成的循環建材,在建築物生命週期結束後,大部分材料便能回收再利用,達到循環營建目的。圖/freepik

陳重仁也提出七大原則,降低建築蘊含碳:

  1. 建築用料越少越好,進行結構優化與合理化設計,在不影響結構強度的條件下應避免結構用料過度。
  2. 選用含回收成分越高的材料,可減少對新原物料的依賴,也具備減碳效益。
  3. 建築輕量化,選用重量越輕的材料與結構系統,通常隱含碳更低,對於建築物抗震也較有利。
  4. 盡量減少使用異材質複合材料,如複合式隔熱RC牆構造比自體隔熱牆碳排更高,故建議採用能把多重功能設計在單一材料上的建材,或是使用較少材料結合在一起且無黏合的建材,更易於拆卸回收。
  5. 採用易於組裝拆卸的建材工法,如預鑄模組式比場鑄式碳排放更低,加上能輕易組裝與拆卸,有利於建材的循環再利用。
  6. 選用生質類的木材、竹材、棉麻等天然建材,蘊含碳較低。
  7. 選擇製造溫度近常溫的材料,避免採用需高溫窯燒才能獲得所需的強度的窯燒磚、瓦等傳統建築材料,以減少蘊含碳。

總結來說,在重建學校建築時,重點掌握6大策略(1)導入深度節能設計(2)使用再生能源(3)採用低碳建材與工法(4)考慮使用營建廢棄物所製成的循環建材(5)輕量化結構設計(6)拆除營建廢棄物必須盡可能回收再利用。若確實採行,預期可達節能50%以上、再生能源替代率50%以上、蘊含碳降低30%以上,以及營建廢棄物再利用率90%以上之成效,加速學校建築達到淨零與循環建築目標,打造健康、舒適的學習和工作環境,為下一代創造一個永續綠色的未來。

 

 

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