何謂” 被動式節能房”?

本文刊登於台灣建築師雜誌2012年二月號

許多來過歐洲的台灣朋友，都問過我這樣的問題”在瑞典這樣冬季嚴寒的氣候裡，為什麼能夠在室內保持恆溫，而且不管室外多冷，都能夠在室內穿短袖? 在瑞典住家暖氣的費用，是否相當驚人? ”在德語系國家，建築物的隔熱、通風、與能源來源，是他們建築發展史上所重視的環節，被動式節能房是奠基在這樣的建築傳統，在九零年代初期於德國、奧地利發展出來，適合當地氣候環境的解決之道，數以萬計的被動式節能房已經在各地興建並使用，其中的數百棟已經過長時間的檢測與統計使用結果。

上圖中的是關於全球各種能源供應的發展統計，圖中可以明顯呈現的是，即使考慮未來各種能源技術發展的進步，如何效率使用能源，才是改善能源需求的最有效率方法。然而，效率使用能源落實在建築上，即為如何降低施工及建築使用期間的能源消耗。近年來，歐盟要求其會員國在各國國土內，於2020年之前實現”接近0能源消耗建築”(Nearly Zero energy House)。被動式節能房不但達成這樣的耗能標準，同時兼具經濟、舒適、與全方位的永續性，此外隨著多年來在歐陸的發展，也能呈現美學上不同風格。

被動式節能房的概念為極低的能源消耗與高舒適性的空間。斷熱三層窗戶，隔熱材料，熱還原裝置等被動式原件為整體建築節能的關鍵元素。在外觀上，被動式節能房與一般建築並無區別。其主要特色為:

·         極高的隔熱效能

·         三層玻璃窗戶(玻璃之間抽成真空)及窗框的斷熱特性

·         細部與施工杜絕熱橋效應

·         建築外殼(Building Envelop)的氣密性

·         高效餘熱還原的舒適通風系統

主要節能的概念在於以建築整體隔熱構造、氣密性隔熱性俱佳的門窗，用以確保建築物的保溫效能與室內溫度控制，再利用通風系統控制內外氣進出的熱量循環、含塵量、氣味與濕度(例如用熱交換泵，或讓外氣經過地底改變溫度等不同技術) ，加上區域供暖/供冷、地熱供暖/供冷系統、太陽能等基地自體能源供應系統，即為達到極低耗能與舒適室內的主要原因。上述的氣密性與杜絕熱橋效應，搭配上構造體的隔熱材料，除了能夠控制熱量流失之外，同時也能達到防止室內潮濕、壁癌的效果。

被動式節能房的概念適合各類型建築，各式建築材料構造，新建築與舊建築翻修，也可以在各種氣候中被實踐，但依照不同氣候，對於整體設計、細部與構件的要求並不一樣，例如在氣候較嚴炎熱的地區，空調設計、開口方向、遮陽和自然通風就較為重要。在台灣的一般建築不考慮外牆的隔熱層，也不重視窗戶的隔熱效能，夏季抵抗室外高溫以冷氣機的空調耗電來抵抗，然而，值得國內注意的是，建築結構體本身的斷熱構造即為節省建築耗能的關鍵因素。

所有向德國被動式節能房機構(Passive House Institute)申請被動式節能房認證執照的建築，必須呈交該機構對當地氣候所設計的PHPP(Passive House Planning Package)認證軟體檢驗數據，以及相關的圖面說明才能得到認證，目前在亞洲只有日本韓國的少數案子，和上海世博的漢堡城市實踐館獲得認證。認證的幾個關鍵數據要求包括(以德國的氣候為例): 經過PHPP軟體核算過的供暖或供冷需求必須低於每年每平方公尺15度電，經過密閉空間的風機門測試(blower door test)，空氣交換率n50必須小於0.6(在50Pa的壓力下的每小時空氣交換率) ，包含熱水供熱供暖及用電每年每平方公尺必須不能超過120度。藉由上述的要求，可由下表比較出在德國的氣候狀況下，一般建築與被動式節能房的耗能狀況。

雖然被動式節能房在新建之初，比一般的建案多出3-8%的建築成本，不過在建築使用期間所節省的能源費用，以長期統計下來還是比一般建案更為節省長期成本。因為被動房減少對能源的依賴性以及間接造成環境的助益，歐洲許多國家都有政府的補助，例如在德國，Kfw銀行對每個住家單元提供了可達總額50000歐元的低利貸款。隨著歐洲被動房的逐漸普及，帶動整體被動房構件材料的供應產業，各種材料與構件的價格也逐漸下滑。

延伸閱讀

·         www.passiv.de

·         www.passivpedia.com

·         日本神奈川縣，Kamakura住宅 由Key Architects事務所設計

資料出處: 德國Burkhard Schulze Darup博士。"Acieving climate neutrality in the building sector by 2050" 一文發表於2010年被動式節能房國際會議

極低耗能建築-被動式節能房集合住宅

極低耗能建築-被動式節能房集合住宅
-2012因斯布魯克青少年冬季奧運選手村

本文刊登於台灣建築師雜誌2012年二月號，文中關於建物的照片與圖面皆由NEUE HEIMAT TIROL公司Elmar Draxl建築師所提供。

來自約70個國家，1060名14至18歲的青少年選手，將在2012年1月13至22日參加，青少年冬季奧運，進住在奧地利因斯布魯克的選手村。在冬季奧運結束後兩個月，本選手村將開始租售給當地民眾。

選手村共包含了444間公寓，其中313間未來純粹為出租使用，其他62間出租公寓亦可販售，55間為社會公寓，14間為所有房客所共有。全區的13棟建築為確保住戶的自然採光，採用5到7層不同的高度。其中12棟建築分為四個群組，環繞著個別的廣場，框圍出社區的綠地及社區遊樂場，各戶的陽台設計用以提供住戶私有的半戶外空間。另外一棟設計為公共空間使用，警察局位於地面層，容納509個車位的地下停車場入口也在此建築物中。

Neue Heima Tirol建設公司當初以”被動式節能房(Passive House)”這種先進的建築技術與傑出的環境控制概念開發本案，目的是長期減少建築使用的能源並直接反映到住戶的租金，此外同時提升社區集體的環境共識與在住宅開發市場上取得領先的地位。整體工程在22個月內完成，2011年十月將完成之工程移交給主辦單位，繼續照明與窗簾等後續裝修工程。

由於建築物供暖與熱水系統的能源來自廢熱再利用系統(waste heat recovery)，區域供暖(district heating) 與屋頂 太陽能板發電系統，因此建築物的供暖需求為每年每平方公尺6-8 度電，每年每戶節省在供暖的電力為2000度，熱水為1500度。 奧地利現行法規的低能源標準(Low Energy Standard)為每平方米每年30 度電，為達到這節能成果的投資為整體投資額的6-7%，相較於第一個被動式節能房集合住宅案的10-11%，已達到明顯的預算控制。另外，跟1976年興建的冬季奧林匹克選手村比起來，當時的結構體供暖需求為每年每平方公尺大約200度電，八零年代之前，當地建築的供暖需求甚至可以到達每年每平方公尺大約260度電。

 

年度	奧地利住宅法規要求標準	每年每平方公尺供暖用電度數
1992	technical Building regulations	100
1998	technical Building regulations	70
2003	Promotion of Housing	50
2007	Promotion of Housing	30
2010	Promotion of Housing	25
2012	Promotion of Housing	20
被動式節能房標準		10

低能源建築IN107案 HWB每年每平方公尺35度電		被動式節能房Lodenareal案 HWB 每年每平方公尺9度電
熱水系統	0.16歐元	熱水系統	0.10 歐元
供暖系統 (含維護費)	0.26 歐元	供暖系統	0.08歐元
		通風系統	0.04 歐元
		通風維護	0.10 歐元
總計	0.42 歐元 每月每平方公尺	總計	0.32 歐元 每月每平方公尺

本案的最大挑戰是由地產購置至施工開始，僅花了十個月的時間。這十個月包含了競圖、土地取得、開發計畫、執行計畫、各式合約及建造程序提案、以及各式官方許可。

本案的從執行之初一直努力的方向，就是減少被動式節能房構件的製造成本，如窗、通風系統、隔熱層。對於未來的建築營運與維護成本，也是規劃之初所重視的。

建案主要的目標為:

·         提供一個良好的建築外殼(Building Envelope)

·         提供舒適的居住環境

·         以盡量少的科技構築本案

·         施工的容易性

·         降低供暖及建築營運成本

·         降低節能構件成本

·         低環境衝擊

·         能源供給的獨立性

Neue Heima Tirol建設公司為政府所有，並屬於奧地利非營利住宅組織的一員( Non-Profit Housing act,  Wohnungsgemeinnützigkeitsgesetz) 。公司經營宗旨為提供住戶經濟上負擔得起的住家公寓。所有出租公寓平均租金為每平方公尺5.4歐元，相當於每坪租金741.4台幣。這也是公司對於社會永續性(social sustainability)所做的貢獻。

·         建築師Arge Reitter / Eck & Reiter和Architectural workshop din a4

·         地址 General-eccher-Straße 10 – 34, 6020 Innsbruck

·         基地面積                                                   26300平方公尺

·         總樓地板面積                                         約41000平方公尺

·         供暖樓地板面積                                    約29600平方公尺

·         室內空間容積                                         約200000立方公尺

·        未稅建築工程成本                               約6160萬歐元(包含地下停車場，室外空間工程，基礎建設成本，與融資成本)

·         每平方公尺住戶空間淨建築成本 約1505歐元
被動式節能房相關建築成本           約150歐元

·         地下停車位                                              509個

建案時程

2009年1月29日 Neue Heima Tirol建設公司取得本案建築資格

2009年12月1日 原有地上結構物拆除

2010年8月19日 結構落成

2009年12月至2011年10月 整體施工時間



建築外殼(thermal envelope)說明

1.       外牆

由 ARGE Reitter / Eck & Reiter負責部分

熱傳導係數U值         大約 0.12 W/m²K

·     1公分室內灰漿

·     18公分鋼筋混凝土

·     平均28公分的EPS複合保溫材料系統（熱傳導係數λ值0.032 W/m²K）

2.       外牆

由architectural workshop dina4負責部分

熱傳導係數U值         大約 0.12 W/m²K

·     預制立面木質原件

·     內部支架系統7公分

3.       木質隔間牆

·     雙層3公分防火版

·     平均24公分的礦物棉(mineral wool)保溫材料（熱傳導係數λ值0.034 W/m²K）

·     雙層3公分防火版

·     後通風系統4公分

·     1公分面板

4.       平屋頂

熱傳導係數U值         大約 0.12 W/m²K

·     植被或舖砂石層

·     羊毛氈(Fleece)

·     熱屋頂組成(Thermal roof comprising)

·     以瀝青片密封

·     大約26公分的EPS複合保溫材料系統（熱傳導係數λ值0.032 W/m²K）

·     防潮層

·     20公分的鋼筋混凝土天花板

5.       基礎層及地下停車場天花板

熱傳導係數U值         大約 0.14 W/m²K

·     膠合橡木地板1公分

·     砂漿層6公分

·     抗磨擦層(Antifriction) /防潮層

·     衝擊音隔音層(Impact sound insulation) 3公分

·     複合保溫填充材（熱傳導係數λ值0.050 W/m²K）7公分

·     鋼筋混凝土天花板20公分

·     三層面板（熱傳導係數λ值0.044 W/m²K）共20公分

6.       鋁製窗框與上釉料的門框

·     三層玻璃窗戶熱傳導係數U值0.6W/m²K

·     完成安裝的窗戶整體熱傳導係數UW值0.85 W/m²K

·     玻璃的太陽熱能獲得係數g值，平均為 50%



本案中達成節能的主要設備系統為:

供暖系統
基地上的13棟建築物由一座區域供暖轉移站(district heating transfer station)負責供應熱源，提供550千瓦的必要供熱輸出給熱水與供暖系統。在每一棟建築內亦裝設了使用液壓分離的變電站(hydraulically separated substation)。

變電站

在每一棟建築裝設的蓄電池，可以儲存由區域供暖及太陽能發電系統所產生的電力。這些蓄電池與每戶所裝設的雙熱能轉移站，共同提供每棟平均34住戶供暖及熱水供應所需的熱能。

雙熱能轉移站

本站內含了用以供應熱水及供暖機具(radiator)表面所需熱能的熱交換器(heat exchanger)。室內散熱裝置配備有恆溫控制器。系統的優點包含無需循環流通的獨立熱水管，遵循當地衛生法規的最高要求，以及熱能傳輸損失的減少。熱流溫度: 約60°C; 回流溫度: 約35°C; 熱交換器輸出功率: 約40千瓦; 45°C時的熱水流動率: 每分鐘15公升。

太陽能系統

1100平方公尺的光伏電池將鋪設於各棟屋頂，每年的能源輸出預計約為40萬度電。

舒適的通風系統

13座通風系統站裝置在頂樓。外氣的預處理能源來自太陽能及區域供暖所儲存在蓄電池裡的電。外氣從建築物最頂層的立面進入，並選擇最短距離的途徑裝設塑膠管路，將新鮮空間導入各住戶。隔音分散箱(distribution boxes)取代個別房間的隔音系統。空氣輸入閥的噪音大約是22分貝。室內空間使用者可以選擇三種通風模式，分別為室內、離開、多人共處。