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(2011-12-06 08:48:49)
标签：
英国零碳住宅 |
分类： 欧美住宅杂类 |
英国建筑研究中心创新园区(BRE Innovation Park)零碳住宅案例介绍
资料来源：
http://liauopei.pixnet.net/blog/post/28179677
序论
全球暖化和气候变迁是近年来热门的议题，科学证明：二氧化碳是造成地球暖化最重要的因子之一，而在英国超过四分之一的二氧化碳排放来自于住宅的暖气空调及照明设备使用，因此，英国认为：消减住宅使用的二氧化碳排放是重要且急迫的议题。
为因应全球气候变化及京都议定书的议题，英国政府非常积极的计划消减住宅使用的碳排放标准，并于2006年推出新版的永续住宅技术规则(Code for Sustainable Homes)，强制规定：在公元2016年以后所有的新建住宅，都必须达到零碳排放的标准，英国希望通过新的政策及法规，成为世界上第一个明订时间表，以落实零碳住宅的国家(DCLG,2006)。
由于零碳建筑，在学理上仍未有明确的定义和算法，因此并无标准答案。而英国的零碳住宅定义十分简化，就是不消耗石化材料为来源的电力、暖房及相关住宅使用的能源。也就是说它的法规规定首重限缩在电力及瓦斯能源消耗上，基本上只要在一年期间内从英国全国电力及瓦斯网系统(National Grid)中能源消耗及回送补充可以达成平衡即可(Lambert,2007)，这也意味着新建的住宅除了要尽量减少能源消耗的可能性，还必须装设太阳能或风力发电系统等再生能源系统与市电系统并联，由住户回送电力回国家电网系统以达成电力消耗及补充能达成平衡，并采用微型燃烧生质燃料或木质燃料的锅炉等相关技术以减少瓦斯的使用。
虽然零碳定义听起来很简单，这对建筑业而言，是一项艰难的挑战，因此英国建筑研究中心(BRE)在它的创新园区(Innovation Park)里整合实行各项创新的技术，兴建了九栋低碳至零碳排放的建筑物，作为英国建筑业新建零碳排放住宅的技术模型典范，本次介绍园区内非常有特色的两栋建筑物，一栋名为可再生屋(Renewable House)，而另一栋名为光屋(Light House)；可再生屋的特色是大量采用自然建材，而光屋则是英国第一栋零碳住宅。
案例一：
可再生屋(Renewable House)
可再生屋(Renewable House)从外观看起来是一个平凡的二层楼三房两厅的住宅(如照片1)，它是由英国国家非食用作物中心(National Non-Food Crop Center)资助建造的建筑物。它主要由木结构、麻及羊毛等天然材料所构成的建筑物，因为它大量利用天然的材料，这些材料于使用后可再生产产出，不像一般的钢筋水泥会对地球环境造成破坏，因此叫做可再生屋。也由于它使用天然材料且为一般废弃不用的部分，因此它的工程造价成本较一般英国砖造建筑物低且更容易达到低碳排放的水平。这栋建筑物的碳排放可以达到英国永续住宅规则的第四级碳排放水平，据称只要增加些许经费设置太阳能光电设施等设备，它就可以升级至最高等级第六级零碳住宅，以下就是本案所采用的建筑特色。
(照片1:Renewable
House 右侧外观)
首先，这栋建筑物标榜的特色就在于它的建筑物结构及外墙材料，为了达到零碳排放，它采用多样化的自然材料来减少碳排放，首先它以一种叫做麻凝土(hempcrete)的材料来作为建筑物的外墙(如照片2)。
这麻凝土外墙材料是由麻杆及石灰和水在工地现场拌合做成的材料，本案采用的麻是英国本土境内所种植的麻，会选用麻因为麻是一种生长速度非常快的植物，它从播种到成长至四公尺高仅需要十四周的时间，且麻是一种几乎无疾病灾害的作物，种植麻不需要使用除草剂，对于环境污染很小，麻在生长的过程中会吸收固定二氧化碳，使用麻凝土比起一般砖造的住宅减少30%~40%的碳排放，是一种非常理想永续减碳的建材。
其次，这里采用的麻是麻茎的木质中段部分，通常这是被丢弃的部分，但是在这个案子里他被回收用来作为建材，也是一种环保的概念。
第三个特点是麻的纤维强度是自然纤维中最好且麻杆的孔隙很多，因此也是很好的隔热材料。
(照片2:麻凝土钻心试体(左)及原料(右))
在这个案例里其麻凝土墙厚为 30公分厚，其墙壁系统施工方法为先建造木构架结构系统，然后要灌注麻凝土的墙体部分两侧封上模版，在内墙内为以装修完成面所需的板材做模版，外墙的部分则是采用塑料模版，然后将麻杆和石灰及水在现场一起拌合后，就像一般混凝土墙工程施工一样，将材料倒入两侧模版之间逐层压实(如相片3)。而这个麻凝土墙在施工后一天就会干燥，外墙模版就可以拆除，然后可以继续进行第二层的施工。麻凝土墙面的完成面外观与台湾的木丝水泥板的完成面非常相似，因此本案完成面再涂上一层二公分的可呼吸水泥粉刷作为防水以及完成面之用。根据厂商表示这种麻凝土墙的制造过程中，每一立方公尺可以固定相当于110公斤的二氧化碳，是对抗气候变迁相当优良的零碳建材。经实验本案麻凝土墙的密度是275kg/m3，其U值为0.19W/㎡.K，再搭配填充氩气的三层玻璃窗，本案气体渗漏试验的空气泄漏为2.5M3/㎡/hr，其气密及保温能力非常好。
(照片3:麻凝土施工过程,照片提供Peter White,BRE)
天然材料除了麻以外，第二项天然材料羊毛也被用来作为屋顶层的隔热层，这里采用的羊毛是英国本土养殖的羊所生产未能达到制作衣料质量的羊毛(如相片4)，一般也是丢弃的部分，本案将这种羊毛做成羊毛毯铺设在屋顶层作为保温隔热层，其屋顶的隔热U值可达0.13W/㎡.K。第三项特点是本案的室内油漆是由大豆的油脂做成，完全的天然成分，所以没有任何的有机挥发物(VOCs)，因此对人体健康完全无害，也对地球环保不会造成任何的负担。
(照片4:羊毛制保温毯)
由于英国为寒带国家，为达到舒适的室内环境，其室内空调主要以暖房系统为主，为了减少暖房系统的能源消耗，本案冬季暖房的空调设备采用空气源热泵(Air Source Heat Pump)配合热水及地板加热系统，空气源热泵主机(如照片5)主要是吸收室外空气中的热量来加温热水作为暖房的热量来源，据称空气源热泵比起传统的瓦斯或煤油锅炉有将近十倍以上的效率。
此外，本案也装设了全热交换器( Heat Recovery Ventilation System)(如照片6)，来预热室外引进的新鲜空气，避免增加的暖房能源消耗负担。
最后，本案建筑物以二层独栋方式规划，但是其构造规划可以适用至三层楼，且非常容易发展成双拼方式或连栋式住宅，如此一来这建筑规划可以适用到都市地区。发展成连栋建筑也可以因为较为紧密的规划而更加节能，这是因为每一户直接暴露在自然环境的表面减少了，可能消失溢散至自然环境中的热量也因接触面减少而减少。
案例二：
光屋 (Kingspan Light House)
园区内另有一个造型独特的木构造住宅，那就是光屋(Light House(如照片7))。本案是全英国第一栋达到英国永续住宅规则第六级也就是完全零碳建筑的案例。同样的为了降低碳排放，它也采用具有固定碳能力的木构造来做主要建材。
为了达到零碳住宅的规定，本案的木构造墙体采用特殊的三明治墙板，这三明治墙版是两侧为强度较高适合做结构用途使用的木板中间包覆对臭氧层无害的保温材所构成。而这木构造三明治墙版同样的具有非常好的隔热性能及气密性能，它的隔热U值仅有0.1W/m2·k，它的气密能力可以达到1.0M3/㎡.Hr@50Pa，因此它的建筑外壳具有非常好的气密及保温能力。
其次，本案的室内空间是一个通风良好的空间，各楼层之间透过梯间及客厅上方的挑空空间，让室内空间通透连贯，而且在顶楼设有突出屋顶层的玻璃通风塔，自然光线通过玻璃通风塔让整个室内空间感觉到清爽明亮(如照片8)，而且在夏季通风塔上的窗户可以打开促进整栋建筑的通风换气，因此室内因为可以重力通风的关系可以在各楼层之间流动。
而在需要暖房的季节里，由于暖房后的热空气会上升冷空气会下降，所以本案在空间规划上最大的特色就是配合暖房能源需求，将暖房需求较低且一般设置在二楼的卧室空间配置在一楼的位置，然后将客厅餐厅等配置在二楼，将在个人工作室配置在三楼；另综合考虑位处一楼的卧室私密性、采光需求以及夏天日射热得量，卧室采高窗设计以满足卧室私密性要求及适量的采光需求，此外卧室开窗面积较小，以避免夏季南向过量的日射造成室内过热不舒适的情形(如照片9)。
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(照片8:通透明亮的二楼空间)
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(照片9：一楼卧室)
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(照片10：屋顶太阳能光电板及热水器)
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(照片11:西南侧阳台遮阳)
由于基地的关系，本案的建筑物主要座向为座西朝东，其建筑物斜屋顶以将近40度角由北向南下斜，这角度可以取得夏季最大的阳光直射角，这可以让装设在斜屋顶上太阳能光电版和太阳能热水器发挥最大的效能(如照片10)。在英国政府鼓励民众设置太阳能光电设备，只要民众装设太阳能光电板，只要光电板发出电力，不管自用或是转售，英国政府都给予补助，民众若是将电回售给电力公司，就可以同时领取政府的补助及电力公司的购买的价金；而太阳能热水系统也可以减少瓦斯燃料的消耗。此外，雨水也藉由这斜屋顶搜集至埋设于地下的雨水回收箱内，用来灌溉以及回收做厕所马桶冲洗使用。 二楼西南侧客厅出来的阳台设计有落地窗，为了避免夏季较强烈且过多的日射量经过这些开口部进入室内导致室内过热的情形，在西南侧的外墙经过设计延伸为外遮阳(如照片11)，减少夏季的强烈日射进入室内造成室内过热不适的情形。 除了雨水回收以外，本案一楼的厕所亦设置了中水回收系统(照片12)，中水系统是收集二楼厨房洗碗机以及洗衣机所排放的水，再配合雨水回收系统的水一起供应做冲洗马桶使用，根据英国的研究，一般家庭使用在冲洗马桶的用水量大约是总用水量的30%，因此本项设备可以节省家庭用水的30%。
(照片12:中水回收系统)
为了不使用瓦斯为暖房能源，本案的空调暖房系统构成包括了生质燃料锅炉(Biomass Boiler)、机械通风换气系统以及全热交换器(Heat Recovering System)。生质燃料锅炉(如照片13)燃烧的是由废弃的木屑、农作物或厨余等生质材料(如照片14)来作为燃料，这些材料大多是自然产出的材料，与石化燃料这些材料是源源不绝且对地球环境更好的材料。在冬季本案室内的通风换气是由机械通风系统所构成，会采用机械通风系统的原因是冬季因为需要暖房，所以整个室内是封闭的，而引进的室外新鲜空气温度很低，于是会配合全热交换器(如照片15)将室外引进的低温空气与室内较暖的暖空气做热交换，将室内排出的空气热能留给引进的新鲜空气，再透过机械通风管线系统将新鲜空气送至需要的空间如卧室及客厅等空间，让室内空气可以保持新鲜又可以减少暖房能源的消耗。
(照片13:生质燃料锅炉)
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(照片14:生质燃料,资料来源：Trada,2009)
http://blog.zhulong.com/blogattach/2011/7/9/201107091232523446_92705.jpg
(照片15:全热交换器)
英国零碳住宅重点设计策略
经访谈该中心人员表示，在英国要达成零碳住宅的最重要的一环就是气密(air tightness)，这里所指的气密是指一栋建筑物的外壳需能达到密不透气的状态，以避免室内空气热量流失，因此其外墙含门窗开口皆须达到气密水平的要求。
由于英国是一个全年平均温度偏低而需要暖房的国家，如果建筑物没有达到整体气密，那室内加热过的暖空气就会经过孔隙溢散，室外的冷空气也会透过孔隙渗透至屋内，如此一来暖房的能源需求也会因此而增加，进而造成能源的消耗以及增加碳排放的可能性，因此在英国气密被认为是达到减少能源消耗的重要因子之一。
而建筑物整个达到气密所面临的问题就是如何通风换气以维持室内空气新鲜度及质量，因此整个房子达成气密以后的通风换气的规划设计就显的重要。
由于气密要求，整个建筑物内的空气就被完全密封起来，所以通风换气必须经由规划过的通风换气路径来达成，然后配合可以促进通风换气的被动风帽或主动式的机械通风系统来达成房屋内的通风换气。
参访的案件里都有设置全热交换器，也因为气密及规划的限定路径，因此设置全热交换器来减少因为换气所造成的热量损失的效益很高。
在控制建筑物的气密能力后，另外英国要达成零碳住宅的第二重点是良好的外壳隔热能力。同样的，这也是为了减少暖气能源的消耗。与台湾目前法规规定的屋顶隔热系数(Uar<1.0W/㎡.K)及墙体隔热值(Uaw<3.5W/㎡.K)相比，在这些新的零碳建筑有非常高的隔热能力，避免热量透过外壳溢散出去。另外把房子盖的紧密些也是减少能源向外部环境溢散的概念的应用。在满足上述两项目标后，其它的技术像是配置建筑物座向利用太阳能及其它自然能源或再生能源等技术才有整合的意义。
BRE也表示，以目前的技术下，新住宅建筑要在2016年达到英国零碳标准在技术上并不是问题，但是造价成本是重要考虑因子，为了让消费者有能力购买及居住在零碳住宅里，BRE在创新园区里的案例都非常注重造价成本，避免过高的造价成本让民众没有购买的意愿而导致满足政策规定的建筑物滞销的情形。而英国政府也以首次被承购的零碳建筑减免印花税的方式鼓励民众购买。
结论
在面对气候变迁和全球暖化的议题下，不像其它国家着重在绿建筑、生态建筑及永续建筑等议题，英国企图直接透过零碳建筑为目标，采取降低造成地球暖化的元凶二氧化碳的方法来因应，并透过整合英国国内的NGO、建筑材料产业、营造业及建筑师等相关人员，带动产业技术进步。在英国明订零碳政策及相关评估技术规则规定之后，欧盟议会也跟随英国的脚步于2009年4月表决通过境内之住宅、办公建筑及商店卖场必须在2019年之后达到零碳的目标(Murray,2009)。而在追求零碳住宅的高性能及健康舒适性的条件下，英国的研究也顾及营造成本，使这些零碳建筑更具市场性，让一般民众可以负担的起，让理想的住宅得以真正的实践，这些都是值得台湾整体建筑产业效法学习的地方。
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