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太陽光電(五):太陽房子

全球面臨能源危機的同時,在油電雙漲現況中,各界推廣節能減碳的行動更趨積極,現階段也正是開發再生能源的最好時機。其中,太陽房子的概念,就是與環境共存、充分運用能源的好方法。「太陽房子」的概念將房子比喻為人的身體,透過與環境共存調節,可發展出節能的建築。
 
 
 
地球耗能量逐年升高,而石油等各種能源蘊藏量卻逐年減少,2011年日本核電廠爆炸事件,更讓許多國家加緊尋求核能以外之替代能源,「太陽能」即是其一。

在再生能源與節能的脈絡中,建築與營造扮演重要的角色。而為鼓勵民眾多使用在地、綠色節能建材,2012年10月高雄市都發局放寬「推動老屋立面外觀改善挽面計劃」申請:若申請案符合營造地區建築風貌、太陽光電及通風節能設計等目標,則一般住宅改建也能爭取到最高二分之一補助。

「蓋一棟房子」是1個挑戰。不僅要在法規與設計中取得協調,還要在經費的控管下,就不同的建造階段導入不同技術,來完成生活舒適的基本要求。如果從經濟考量出發,房子蓋得好不好、聰不聰明,只有在未來真正使用的50到100年間,才能由每個月支出的水電營運經費來證明。每1棟房子都是1個可能,藉由建築設計與科技設備,可在使用極少能源的情況下,達到讓居住者感到舒適的目的。

從房子的主體設計與空間規劃開始,一直到整合裝置設備來生產熱水或電力,主動與被動使用太陽能的房子,被稱為「太陽房子」。在積極的使用上,太陽房子使用太陽能來產電與集熱;在被動的概念上,結合建築設計,節能的太陽房子所需的空調能源只有一般房子的十分之一。

經歷了1970年代兩度全球石油危機後,德國從1977年開始規範住宅最基本的節能要求,而後經過幾次修訂,在2002年通過了最新的「節能法規」,並在2009年完成最新1次的修訂。節能法規的內容主要在整體規範建築物完成之後營運與空調的能源需求量,強調氣密、避免熱橋與不同能源載體之間互換所造成的能源損失,讓使用者與居住者可掌握建築物完整的能源損益表;同時,節能法規也針對建築本身、建材與空調設備規範了最新的節能標準。由此可見,德國正朝著建築所用能源自給自足的方向走。

有了節能法規的各種標準,建築師與業主可以據以決定要採用那些建材、選擇什麼樣的窗戶、隔熱方式與空調設備,來建造具不同節能效果的房子。所以,節能的房子所強調的是一種「能源綠」;以1幢獨棟住宅而言,能源的使用規範為每年每平方公尺用在空調與熱水的耗能量必須低於70千瓦小時(70kWh/m2a),連棟的房子則要低於65千瓦小時(65kWh/m2a)。許多大樓、工廠與住宅營建,目前都早已超越節能法規對房子的節能要求;節能房子不僅在研究或政府補助案中列為重點計畫,同時也成為房地產市場上的新寵。

目前在德國大約有1,700萬棟住宅建築,其中有四分之三是在1977年之前,也就是在德國通過第1次節能法規,限制新建築每平方公尺每年空調耗能量不得超過200千瓦小時(20公升重油)之前所興建的。這些房子為提供讓居住者有生活舒適的空調,每年每平方公尺就要喝掉30或35或40、甚至更多的重油。以今天的能源觀點來看,在1977年之後所蓋的房子同樣也需大修。而在最近幾年的發展中,每年每平方公尺耗能量低於15千瓦小時,也就是1.5公升重油的「被動式房子」,可算是太陽房子中的翹楚。

「被動式房子」是不需要主動產能的技術,單純被動使用太陽能就能從太陽的能量獲得舒適的生活。在歐洲的冬天,低角度的太陽穿過朝南的窗戶將陽光灑進室內,讓屋子裡溢滿暖暖的冬陽。如此,房子本身就是1個太陽能收集器,這就是一種被動使用太陽能的方法。

簡單來說,被動使用太陽能並不算是一種科技,但卻牽繫著建築物整體的能源需求——只要用一點點能源,就可以在「被動式房子」裡享受舒適。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通」執行團隊撰稿)

責任編輯:黃承揚|英商牛津儀器海外行銷有限公司
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