Dr. Koyang Lin / 林可揚博士建築師: 07永續研究

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11.6.12

綠建築案例 (Cardiff Library)

卡地夫圖書館是 2011 RIBA綠建築的得獎作品之一
仔細估量和規劃的結果都在最後的建物上呈現
從平面和結構上最能看出其策略

平面上極力應用被動式的節能設計
例如簡單的將辦公和設備歸於東南側
剩餘的三向都讓大量的光線進入室內以減少暖氣供應
並藉此與周邊的商場互動
中間則留下精簡的留出中庭作一些動線上的趣味變化
也讓空氣在室內充分對流

結構上也不惶多讓
貫徹預鑄的工法
綜合運用混凝土、鋼材和木頭等多種材料
搭配上塊狀的室內設計
讓空間瞬間豐富起來
完全感受不到預鑄會產生的強烈秩序感

非常成功的綠建築設計
有機會您得瞧瞧

綠建築案例 (Cardiff Library)

31.1.12

低碳總體規劃17 結果呈現

本文以Prof. Phil Jones, Simon, and Koyang Lin等人領導組成之WSA永續環境研究小組共同著作之<低碳總體規劃>一書為藍本，並由Koyang Lin重寫成繁體中文摘要版，版權屬WSA (Welsh School of Architecture, Cardiff University) 及Koyang Lin共同擁有，轉載請註明出處及作者，謝謝合作!

本案中，整體開發區和每一棟建築的使用能耗都能夠清楚的被看到，甚至分辨出是受到什麼因素影響，比如太陽熱得、陰影影響或是使用行為等等。經過些許的調整或與其他方案的結果比較，立即能分辨出規劃的優劣，藉此結果做為規劃低碳城市的依據。

在此僅舉太陽熱得對住宅的影響比較，熱得的多寡將影響冬天使用暖器，夏天使用冷氣的情況，也就影響到該住宅的能源需求。

總之，本案在比較模擬結果之後，經數次調整設計以求得最少的碳排放去符合最嚴格的目標要求。

低碳總體規劃16 方法應用與模擬過程

按照第一部分的準則，我們對基地進行了各項資訊的搜集，包含了人文與自然等等。為了充份掌握所有訊息，我們儘可能的將資訊導入電腦，讓電腦能夠進行動態模擬。在此簡單介紹幾項重要的方法應用：

<基地分析>

首先利用Google Earth直接導入SU來掌握結構佈局、精確位置、太陽光、風向等地理資訊。再連結到美國能源部的網站，將平均的年度氣象資料輸入HTB2。

<運行能耗>

利用SU建模，將城市依照初步想法建構出來以利日後模擬與調整比較。模型中的建築物都可以被賦予類別，如商業區、住宅區、工業區等等，另外還包含許多數據，諸如用水量、照明需求、通風率、電器耗能、使用人數、使用行為等等。當這些資料都備齊後，透過 HTB2 將很容易計算出暖氣、冷氣和其他能源的使用情形。對於全區域的熱力和電力基礎設施也可以用Google Earth來進行定位並在需求的基礎上計算出能源供應量。

<隱含能耗>

隱含能耗可以利用工具輕鬆計算出來的。通過指定基地中所有元素(如牆面、建築、街區設施和其他)建築材料和其隱含能耗的指數，一個城市規模的隱含能耗就很容易被計算出來。另外利用2D模型所得到的人行道和機動車道路的區域等資訊，可以用來粗估開發區域整體交通的隱含能耗。

<可再生能源>

城市規模的可再生能源供應也可以用電腦進行分析。依照基地特性選擇有潛力的再生能源，鍵入供電率以計算可能的節省能源方案。

<其他>

其他基礎設施和更詳細的運輸能耗是低碳總體規劃未來的研究範疇，目前這方面的研究較為不足，只能以平均的預設值當案例設定值。

其次，模擬的過程先導入建物，將物件炸開(不進行模擬的物件，如高架橋等可保留群組)，再對基地定位，利用WSA開發的Virvil插件組對物件進行面積計算與查核。進而設定各項背景資訊和賦予建物使用屬性(商業、工業或住宅)。接著設定隱含能耗的各項參數。最後要求電腦進行運算，得出HTB2所需的各項資料夾，再利用插件計算一次，即可得到運算結果。

下圖電腦進行遮陽情況模擬時的照片：

低碳總體規劃15 案例背景介紹

該案例位於重慶巴南地區，是一個混合開發的工業城計畫，佔地2.8平方公里。在該案中，為了精確的掌握各項資訊，本研究團隊開發了一套軟體，結合SketchUp (SU)和HTB2進行整體開發區的能源模擬，目標以最經濟和節能的方式達到開發的目的。

低碳總體規劃14 步驟與評估

19世紀初，荷蘭中部Amersfoort下Nieuwland是荷蘭政府預計解決城市人口增長問題而規劃的永續城市區。該計畫由TU Delft教授Duyvestein領導，藉由DCBA評估標準來控制建造的水準。首先，所有影響永續城市的因素會被攤開來，分項討論並設定最差底線D與最優目標A，再來所有的設計者與建造者都會依據各項因素被要求至少達到C或B等級的結果。這個方法轉換成現代的應用，可以視為D(deadline)、C(construct)、B(benchmark)、A(aim)。在計畫起初，先訂定底限D與目標A，依據期望值設定設計與施工C，過程中用各項標準B嚴格管控，最後期望計畫完成能接近目標A。另外，從這個經驗中也可以得知要成就一個低碳城市，所有的步驟必須被嚴密監控，而監控的過程中一定要有可以依據的評量表，合理的發展過程應該如下圖。

而合理與詳細的步驟則如下表。

低碳總體規劃13 基準 – 基礎設施

<水資源>

提供可以直接引用的潔淨水

污水和雨水的安全運輸系統

有衛生和環保意識的廢水處理

有效率的配水方法（供水和排水）

分類用途的水供應

規劃基地內永續利用水資源的方法，如雨水收集、潔淨水、中水和污水的分離、鼓勵居民水資源再利用等

<汙物>

處理和使用汙物副產品可獲得額外的能源，如下水道污泥可以在焚化廠回收能源，亦或簡單的作為某些工藝流程的替代燃料，如水泥的生產。

<廢棄物>

“城市人均垃圾生產指標”是低碳城市相當重要的指標之一。有效的減低垃圾量、完善處理有毒垃圾等都是重點措施。

<能源供應>

為減少化石燃料的使用，各種“低碳”技術應運而生，使得能源分配系統的效率得到提高，以下將介紹其中的一些方法：

熱電聯系統（CHP）：熱電聯系統（CHP）得益於廢熱回收，將機器運作產生的餘熱轉換成電力。來源相當廣泛，包括天然氣，垃圾、下水道氣體、燃料油和汽油、煤炭、生質能源、沼氣、固體廢物、廢氣和廢熱。

區域供暖和供冷：區域供暖和供冷系統是以整個基地整體為設計考量，建構統一的地下幹管，一起傳送冷水、熱水或蒸汽。

大規模儲電系統：大規模儲電系統能搭配區域供暖和供冷運作，達到極大的能源節約。目前常見的方式有地熱能存儲、壓縮空氣儲能、抽水存儲水電、利用大面積的水域或土壤儲熱。

低碳總體規劃12 基準 – 可再生能源

可再生能源系統可以與建築設計相整合，並以社區或區域為基礎來思考，重要的能源方式如下：

<太陽光電>

太陽光電可提供建築10到15％的能源。

<集熱式太陽能>

在需要供暖的地方，太陽能可以加熱空氣並輸送到牆體和屋面系統中或為建築提供熱水。

<風能>

理論上，風力發電效率可達60％且同時被認為是隱含能耗最低的可再生能源（除了核電和水電），把它們安裝在社區或區域電力系統中最適當不過了，但缺點是很難在城市環境中使用。

<生質能源>

生質能源燃料一般來自於木片或木球。

低碳總體規劃11 基準 – 交通運輸

低碳的交通運輸系統應為個人和社區提供高可達性與高流動性，並同時儘量減少能源使用、減低環境破壞的影響，以及對社會和經濟的危害。這樣的交通系統應該首先改善日常生活目的地的可達性，如辦公場所、商店、娛樂和其他必要服務節點。此外，該系統也應反轉交通層級，以鼓勵步行和自行車來減少空氣污染和交通擁塞之隱患。簡而言之，低碳的交通運輸體系應該是多元的，即為一個包括步行、自行車、公共交通、私人機動車（PMV）的混合模式，且其內部聯繫方便以實現不同模式間的輕易轉換。

<步行>

按照4到6公里／小時的平均步行速度，所有日常生活所需之服務設施都應該在0.4公里以內，最多0.8公里。如此，抵達各節點的所需時間應該是6到10分鐘。

<自行車>

合理的自行車服務範圍是2到5公里。主要目的地之間應該互通，沒有交通障礙，保證單車可以安全及連續的行駛。

<公共交通>

特別要為公共交通系統提供“道路行駛的優先權”，藉此鼓勵並吸引市民使用公共交通工具。

<私人機動車>

相對於其他運輸模式來說，機動車往往得到不公平的補貼，而且在規劃階段也是被優先考慮的，但機動車污染和交通堵塞造成的社會經濟損失往往被忽視。透過經濟處罰來限制機動車的使用，如道路收費，這將能緩解交通擁堵，使自行車和公共交通工具可以更加自由的行駛。

<其他>

城市中心應考慮設置無車區，緩解交通，減少流量、、突顯地方特色與增加商機。同時應該保持完整的街道概念，即街道應該有多重用途，而不僅僅是“traffic sewers”。區域開發應關注那些以建立之公共交通機制，人口應主要集中在交通樞紐周邊以保證其使用之最大化。此外，專用公共運輸的節點上容易吸引更多的使用者，規劃初期就應該開始整合交通規劃，以減少對私家車的依賴。

低碳總體規劃10 基準 – 低碳建築的設計參考(補充)

低碳建築已經有相當多的標準可以供參考，在此僅就相對重要之部分提點，共分為：基地、型態與量體、周圍結構、環境應對4項討論。

<基地>

必須審慎考慮建築密度、朝向(考慮風與光的因素)、噪音與汙染、水與綠的系統。

建築群在基地上的配置密度、方式、角度影響甚鉅，高層高密度留下大片的綠地也帶來疏離感，如台北信義計畫區；低層高密度保留良好的天際線卻產生更多的公共設施及交通代價；中層中密度或許能兼具雙方優點也可能帶來更大的副作用。其次，建築的排列方式會影響房屋的采光性、都市風道的暢通與否。在設計初期，這些都必須優先被考慮。

噪音和汙染會直接影響生活品質，對於敏感地帶(高鐵、學校、工廠週遭等等)的負面影響更要仔細評估。

水綠系統是都市微氣候的關鍵，並且能提供活動人口舒緩的空間與社交場所，斯德哥爾摩的楔型化水綠系統就與城市充分融合在一起。

<型態與量體>

建築的形狀與量體跟熱含量息息相關。形狀越曲折，熱損失也會越大。另外熱含量高所產生的滯熱現象能提供冬暖夏涼的室內環境。

<周圍結構>

周圍結構的組成主要就是要控制熱損失與熱得的情形與建築密閉性。密閉性高的房子所需要的能源就會較低，不管是制冷還是制暖。不管是屋頂、外牆、窗及地板都應該有較低的U-value。

另外，周圍結構必須有效控制熱損失與熱得以減少機械依賴性。良好的立面設計可以提供足夠的遮陽與自然採光，對於熱帶建築就能夠減少冷氣與照明需求。

<環境應對>

建築物的內部設計亦相當重要，空間上妥當的安排能夠有促進通風與節省照明、冷暖器設備需求的可能。

低碳總體規劃9 基準 – 隱含能耗

隱含能耗是建造低碳城市背後看不見的間接代價，因此其所使用材料製造排放出來的碳亦應納入計算，這是低碳城市規劃常常被忽略的一環。減少隱含能耗的方式大體上可從以下幾點著手：

使用當地材料以降低運輸能耗

少用高度加工的材料

使用可再生材料或具有高回收性的材料如金屬

建造系統化以使用更少的材料

標準化作業

減少包裝

使用預製的建造方法

另外，依照尺度上的差異，可以再分為四個部份討論，包含材料、組成、建築與開發區。

<材料>

材料的選擇可以參考下表：

常用的建材隱含能耗比較如下：

<組成>

組成包含建築材料從原產地運輸到基地的消耗和不同組成方式的隱含能耗。舉混凝土為例，儘管混凝土的二氧化碳排放量相對較小，但因其在建築中的廣泛應用，其二氧化碳排放量已占全球二氧化碳總排放量的5％左右，降低混凝土二氧化碳排放的方法可以是通過使用不同類的混凝土或改善其組成方式，譬如預鑄。

<建築>

對於一個低碳或零碳建築，不管是建造過程或是運行過程中的耗能都不能忽略不計，這是以建築生命週期為計算的方式。

隱含能耗隨著建築類型（工業、商業或住宅）、建造類型、建造方法及所用材料（鋼和混凝土框架結構）的不同而變化。與商業和公共建築相比較，住宅建築由於設計不同，每單位需要更多的材料，因此單位的隱含能耗也就更多。此外，所有材料單位體積的隱含能耗也不一樣，相對較大的材料如鋼、混凝土、磚和鋁。所有的案例中，這些材料的再利用和回收，可顯著減少隱含能耗。

<開發區>

隱含能耗還包括建築周邊、道路及其他基礎設施在內的整個開發過程，雖然目前還沒有太多這方面的參考資料，但是這會是低碳城市規劃未來的研究趨勢。

低碳總體規劃8 基準 – 建築運行能

基地上勢必有能源需求，因應各種不同的建築類型、區位、生活習慣等等，為達低碳要求，必須設定各種標準以依循。整個城市運行能耗的架構即如上圖。儘管種類繁多，但是都是遵循一種原則，即「降低需求，有效提供」。城市能源消耗因為地方供應和電力系統的不同，效率也不同，產生的碳排放量也不同。因此，在此很難提供一個統一性的規範，這必須符合各個基地的地方特性。

雖然無法提供統一的標準，但是對於空間依然有一定基本的要求，在此提供如下表，所有的建築能源計算都可以以達到以下的標準為依據去計算。

低碳總體規劃7 基準 - 基地分析

低碳城市規劃的首要步驟即為對基地做分析，側重於與基地相關的特定情況，主要分為三個方面：自然條件、物理條件和社會條件。另外這三方面條件在基地內會有整合與互動的機會也應該列入考慮範圍。

<自然特性>

氣候：季節溫度、太陽輻射、風速和風向、相對濕度和降水。

地質景觀：地質，地貌和水文。

生物多樣性：既有動植物環境和新系統。

生態：植被和生物的晝夜迴圈、原住物種的避難所和棲息地、自然能源的來源、當地廢棄物的沉積池、棲息地植物的分佈、數量及景觀生態的各項基礎。

視覺及景觀特質：土地覆被的特殊物理屬性及其他景觀與視覺相互間的關係。

<物理特性>

基礎設施：運輸系統、電力線路和其他地下設施。

藍綠帶系統：綠和水資源。

防洪措施：利用基地內的自然特徵，與藍綠帶相結合。

<社會特性>

歷史紋理：考古、歷史遺址及周邊景觀間的互動與聯繫。

社會人文：人與空間的互動關係、人類賦予空間的意義、環境如何影響人類行為及人類行為如何改變景觀。

社區參與：利益相關團體的服務和勞動力。

<整合和互動>

美化市容

交通鏈結

廢棄物能源開發

基地水系統管理

兼顧集中性與分散性的基礎設施

基礎設施的社區維護管理

低碳總體規劃6 基準

低碳城市規劃雖然涉及範圍相當廣，但是抓住重要的幾個面向，低碳城市就能夠有大致的輪廓並朝正確的方向發展，本文摘要六大面向以為基準參考。這六大面向包含基地分析、運行能耗、隱含能耗、交通運輸、可再生能源與基礎設施。組成的關係與規劃架構如圖說。

低碳總體規劃5 關鍵議題

永續的重要性已經沒有必要再強調與確認了，當今更重要的是如何找到適切的方法來成功轉化都市。低碳城市是建築師與都市規劃師能夠著力的點，為使議題被更清楚的討論，在本篇之後的內容會盡力避免涉及到社會與經濟的問題。雖然意欲如此，但是讀者還是不難發現無法完全切割的情形。在真正深入討論到低碳城市的內容前，本節要先整理重要的關鍵議題。

<能源的需求VS供給>

低碳城市的規劃降低能源的需求要優先於提供高效率和有效的能源供給。

<基礎設施的集中型VS分散型>

基礎設施應該與建築充分融合，不論是使用集中配置或是分散配置都應該如此，任何供給與儲能的問題都應該被考慮。

<交通的可達性VS流動性>

傳統上在交通規劃方面非常重視流動性，但是在低碳城市設計裡，設施的可達性應該被優先考慮，再搭配上流動性建設成一個低碳的、減少交通擁堵的解決方案。另外，交通層級必須透過設計與規劃反轉，步行、自行車和使用公共交通工具都要優於私家車。

<建築的運行能耗VS隱含能耗>

建築物使用時與建造時所需的能源需要被綜合考慮，取其總和最小值來做設計。

<城市的高密度VS低密度發展>

基於建築和景觀的適當平衡採用最佳的密度開發以減少能耗（包括建設和運輸等），比如過低的開發會造成公共建設的浪費。另外建築與綠地的結合應該以減少熱島效應、減少污染、留設足夠的城市風道為佳。

<舊社區再利用VS新社區開發>

已建成社區或建築應該考慮被重複使用，再來才是考慮適當的新社區開發。另外在可能的情況下，應多使用當地勞動力和供應鏈。

<生命週期VS建設成本>

根據二氧化碳排放量來計算生命週期與建設成本。舉例來說，如果在社區開發案中，能在一開始投資較高的成本以換取更低的基礎或交通建設，或許是值得考慮的。

低碳總體規劃4 影響

本文以Prof. Phil Jones, Simon, and Koyang Lin等人領導組成之WSA永續環境研究小組共同著作之<低碳總體規劃>一書為藍本，並由Koyang Lin重寫成繁體中文摘要版，版權屬WSA (Welsh School of Architecture, Cardiff University) 及Koyang Lin共同擁有，轉載請註明出處及作者，謝謝合作!

永續城市發展的影響可以從三方面來談：

建築方面，包括舒適度、健康性、生產力等因素。

地方方面，包括室外空氣品質，服務便利性，就業機會等。

全球方面，包括二氧化碳的排放、資源消耗等。

這些影響都是可以一一被衡量的。

低碳總體規劃3 目標

永續是目前城市發展追求的終極目標，其中有很重要的關鍵就是型塑低碳的建築環境。在說明之前，要釐清一個概念，永續的定義是涵蓋社會、經濟與生態三方面，範圍相當大。永續建築環境就是說在經濟、社會與生態上都能夠同時滿足，其中關於建築的生態意義就是要達到低碳。之所以說低碳，是因為把碳排放當作標準，這樣才能實際掌控與評估，而不會僅僅是空話。

附帶一提，低碳的城市規劃意即低碳的建築環境。另外，低碳與低能耗常常被誤解，低能耗目標是減少使用的能耗，例如運用更節能的建築構造或採用更有效的暖氣、照明或通風系統。而低碳要求進一步降低能源需求，在使用以上策略之下，同時採用可再生能源以平衡無法減少的能源需求。

低碳總體規劃2 歷史與定義

在工業革命之前，永續就曾經被提及過，但是一開始的發展並不是針對城市，而是僅指生態環境。後來因為工業革命的發生，永續被擱置一旁，取而代之的是大量機械化的生產，為的就是應付成長急鉅的人口與生活需求。一直到資本主義統治全球後的能源與石油危機，永續才又被提及，但是這一次的出現是因為經濟因素。爾後，永續又沉寂一段時間因為能源危機的問題被暫時化解，一直到最近的二十年，能源的危機再度出現加上環境的實質惡化，永續成為所有城市發展的終極目標。

對於建築，永續也是一樣的。機械化大量生產的時代過去，現代、後現代與解構相繼帶起時代風潮，美學與空間的層次不斷提升，但是飛躍二十世紀，面對環境，建築師還是不得不回歸到基本面，回歸到環境的思考。過去永續是美麗的糖衣，或是錦上添花的設計。未來永續會是設計的主軸，美學將與之並存。

過往永續只強調環境與生態，現在永續涵蓋社會、經濟與生態三方面，城市發展與建築設計都需要遵守這樣的原則。

<定義>

目前已經有好幾百種永續的定義，最廣為接受的就是”在不損害未來世代能夠享有與現今同樣生活的條件之下，滿足目前需求的發展模式”。發展的原則包括建立預防機制、保持多元多樣性、統一一致的解決方案、塑造創新的機會、發展公平團結的居住模式、增強求知欲望、確保生活品質和健康、給予合理的發展支持、加強地方認同感等。

低碳總體規劃1 大綱介紹

<低碳總體規劃>旨在建立準則及提供明確策略予永續城市規劃與設計，自本文以下數篇同類別文章將優先強調並幫助讀者建立正確的永續都市環境觀，進而點出實際可行的規劃策略與方法，最後舉例說明。

本文對於都市規劃、建築師與社區規劃師都是相當有用且與時俱進之作。另外雖然這是專業文章，但是作者保証使用簡短清晰的字句讓一般民眾節省時間並易於閱讀，希望您花點時間批評指教，相信對您的生活基本上也會有所幫助。

本類別文章分成兩大部分:

第一部分、低碳城市的概念建立

介紹低碳總體規劃中的重要概念，並闡述城市與能源消耗和二氧化碳排放相關的重要議題。細分成六小部份：歷史與定義、目標、影響、關鍵議題、基準、步驟與評估。

第二部份、低碳城市的實際應用

描述最新的低碳城市模擬工具，並以重慶巴南開發案當做實驗模型，說明如何應用策略到實際建築環境當中。內容將包含案例介紹、方法應用與模擬過程、結果呈現。

台中市低碳城市口號的虛與實

在經濟引領的全球競爭扁平化時代

不管是事務的外包

或是知識與資訊的分享

都讓分工跨越國際

而實質的城市競爭也正面臨相同的問題

人在台北會希望與巴黎或東京同步

時尚與流行更不能慢

環境也要能迎頭趕上

為了保有城市吸引力

領導者的花招是五花八門

一級的首都城市裡

複合型的策略最為常見

以經濟為主有倫敦、巴黎等

以文化為主有首爾、柏林等

以生態為主有漢堡、哥本哈根、都柏林、卡地夫等

二級的城市不甘於因為時間導致的落後

多數都以建設永續城市為未來發展主軸

阿布達比的MASDAR勇敢向零碳城市挑戰

中國的天津、重慶等等也都規劃永續城市區

巴西的庫里的巴更是綠色運輸的實踐者

台灣當然也不願落後

胡志強領導的台中市就提出低碳城市的發展願景

這樣的願景目標是正確的

若能徹底被實現

台中市將是下個時代的新星

可是行動方案必須立基於現實

很可惜的

目前台中市的發展模式是完全背道而馳

以下提出最重要的幾點建議

台中市在合併之後

資源瞬間爆增

應該利用這樣的機會

對於城市整體重新檢討

城市的結構應該朝向多點核心的方式發展

(而不是將城市熱點連結成一大塊)

各節點之間應該建構相當便利的大眾運輸系統

以網絡取代連線

(而不是建設沒效率的十字型捷運系統)

還地於自然

讓整個大台中與自然交雜在一起

生活的系統必須與綠結合外

水的藍帶系統也相當重要

用緩坡設計取代堤防

(而不是在堤防上加裝步道、人行橋就算)

並整治河川成親水空間

改善下水道系統

並逐步建構可喝的自來水系統

另外文化黃帶也相當重要

舊市中心可做為黃帶的中心點

依照交通系統做輻射性的連結規劃

再來是交通灰帶

全面性道路重新檢討設計

原則為大幅縮減車道寬度、增設卸貨區、公有停車場、巴士及腳踏車等專用道

將交通的層級反轉

以人為優先

目前台中市無限制的擴大都市範圍

到處重劃

並計畫開發最後一片大空地水湳國際機場

最糟糕的是居然計畫在這片美好的土地上樹立台灣塔

不管是垂直或水平向度上將完全摧毀台中市的生活環境

這些錯誤的政策旨在豎立巍峨的大台中形象

對於實質的城市內涵是一點幫助都沒有

市民渴望優質的生活環境將更加遙遠

消耗的巨大社會成本將需要更長的時間與代價來彌補

大部分的市民都同意真正被執行的策略完全與低碳城市的立意與發展方向相反

口號終究是口號

市民歡天喜地的慶賀胡市長低碳的遠見

卻又痛心疾首的看到胡市長胡作非為

這是何等的可悲

未來驚覺夢醒

夢靨恐早已成真

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