聽聽氣象預報 讓建築節電招式再進化

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若一棟建築能在一開始設計階段,就順應當地氣候條件,被賦予良好的隔熱/隔冷、遮陽、通風等功能,即使在沒有置入太多的主動式設計之下,也能讓建物在「整個生命週期」上,都是節能減碳的。「氣候服務」在此一脈絡下,就扮演極為關鍵的角色。


位於基隆的國立海洋科技博物館因參考了氣象資料,去年夏天尖峰用電削減10%,電費也大幅下降(圖:詹詒絜)

  今年上半年,COVID-19疫情弄得社會人心惶惶,政府不斷呼籲民眾保持社交距離,假日沒事不要出門,好好待在家防疫,許多公司企業也相繼使出「居家辦公」、「分流上班」等對應招數,降低員工群聚感染的風險。但是問題來了,當許多人同一時間被迫「宅」在家之際,居家用電量會不會也跟著向上爬升呢?

  答案當然是會的!攤開台灣今年第一季住宅部門的電力消費,與去年數據相比,竟然成長了5.3%(相當於多使用了5億度電),經濟部能源局就直接在新聞稿裡點名:疫情是讓住宅用電量上升的元兇。

  當然,大家不出門,確實幫助緩和了疫情。不過,從台灣溫室氣體排放目標來看,第一季住宅用電量的增加似乎拉遠了我們與達標的距離。幾年前,環保署規劃出2016-2020年間住商部門的溫室氣體排放預算,在這五年內,只有近3億公噸的排放配額。結果,光是在2016-2018這三年間,就用掉了1.8億公噸(平均一年排了6千多公噸溫室氣體),每年排放量都比想像中來得多,代表住商部門在這幾年的減碳成效並不彰,留給2019和2020年的碳預算也不多。

  如今,進入到2020年的炎炎夏季,台電已先打下預防針,推估今年夏日尖峰用電將比2019年創下的歷史最高用電量還高;而第一季住宅用電的增長,更是讓整體排放趨勢不樂觀。顯然,我們急需一些「速成」的建築節能招數,挽救目前住商部門的減量窘境。

應用資料削減能耗 氣候服務成新興解方

  所謂「速成」的解決方案,就是指那些馬上可以運用、見到成效的措施,近期國際上開始流行的「氣候服務」(Climate Service),就滿符合這方面的需求。

  根據世界氣象組織(WMO)的定義,「氣候服務」是將氣候研究、監測、模擬所得到的科學資訊,轉化成可實行的服務,並且能夠協助社會更適切因應和掌握氣候風險與機會。過去,氣候服務被實踐的面向大多集中於防災、氣候調適和農業發展上,但近幾年有越來越多不同的組織,看到氣候資料在經濟方面的加值應用,逐漸將相關服務延伸至企業管理、電力調度、甚至是建築營造和運作裡頭。

  舉例來說,今年五月Google 宣布將透過監測天氣數據,預測太陽能和風能的種電成果,還有電網每小時的碳密集度變化,再據此調配出再生能源供應資料中心運作的優化時程。如此一來,多數的運算工作將能夠被集中於低碳供電時間內進行,達到減碳效果。而兩年前,能源局也與氣象局合力建置「氣象資訊綠能虛擬營運中心」,預估未來3-7天的再生能源發電量,供台電做電力及智慧電網調度的參考,這些都是氣候服務的好例子。


先前台達基金會以線上方式進行「Green BIM建築微氣候資料庫」成果發表,邀請國際氣候發展智庫和台灣建築中心現身說明平台運作和成效(圖:台達電子文教基金會)

  回頭來看,如此概念要怎麼運用在居家節能上呢?事實上,台灣在春秋之際的早晚溫差比較大,尤其是在南部更為顯著;有時候到了夏天的梅雨季,夜間也相對涼爽。如果養成「追蹤」氣溫的好習慣,便可趁夜溫較低時,開窗進行大量通風,為室內物體、壁體降溫,一方面不用再開冷氣,另一方面到了隔天,人體輻射冷感猶存,白天酷熱的時候冷氣溫度無需調得很低,甚至還可以適度開窗通風,維持室內基本換氣量(每人每小時20立方米),既省了電,又讓居家環境更健康。

台灣本土第一個建築氣候資料庫:Green BIM

  不過,若一棟建築能在一開始設計階段,就順應當地氣候條件,被賦予良好的隔熱/隔冷、遮陽、通風等功能,即使在沒有置入太多的主動式設計之下,也能讓建物在「整個生命週期」上,都是節能減碳的。「氣候服務」在此一脈絡下,就扮演極為關鍵的角色。

 因此,三年前(2017)台達電子文教基金會攜手中央氣象局、財團法人台灣建築中心以及國際氣候發展智庫,委託台灣大學前副校長暨大氣系終身特聘教授陳泰然擔任計畫主持人,發起「Green BIM」建築微氣候資訊平台,將台灣本土人口密集區長達20年的氣象測站歷史資訊,轉化成「標準氣象年」(Typical Meteorological Year)資料,並且與建築資訊模型(Building Information Modeling, BIM)相容,讓建築師能夠利用更精確的資訊,提前預知建築基地周遭的微氣候,像是日照、風速、溫度、濕度、雨量等,將如何影響建物本體運作,進而孕育出更多節能的綠建築。

Green BIM微氣候資訊平台logo特別結合溫度計和建築圖像,代表氣象資訊能夠幫助建築節能(圖:Green BIM網站

  過去兩年,平台提供了國內13個選樣示範站點的歷史氣候資料。但說實在,台灣的地形極為複雜、多元,每個縣市都有自己獨特的氣候特性,像基隆常下雨,有「雨都」之稱;新竹風大,被譽為「風城」,氣候差異極大!光只有13個測站資料,仍難以概括台灣所有縣市的氣候特徵,讓建築師在模擬日後能源消耗狀況時,還是會有誤差存在。也因此,去年一整年,團隊持續努力讓Green BIM平台「進化」,終於在今年一舉成功將氣候站點擴展倍增至26個,讓台灣本島各縣市至少有一個測站,提升資料精準度。

  前陣子,為了獲得平台使用者反饋意見,團隊找齊了幾個國內知名建築事務所代表、學術界菁英以及BIM模型推廣業者,進行焦點訪談。其中,就有建築師反應,導入平台上的氣候資料後,實際讓客戶看到把該建案的陽台從垂直設計改成水平模式,遮光效果會更好,也因此成功說服業主接受改變。另外還有業者認為,如果能進一步將氣候資料應用在營建過程中,預先知道哪幾天會下雨、無法施工,便能更精確地掌握工期和人事支出。從這個角度來看,氣候服務其實還有更多附加價值,是我們意想不到的。這也是Green BIM平台接下來的目標,除了不斷精進網格化資料,還希望能夠整合多方環境資訊,提供建築師、營造業者單一定點的客製化模擬,讓建築更綠,工期更順。


Green BIM團隊召開專家座談會,找齊國內知名建築事務所代表、學者和業者回饋使用意見(圖:國際氣候發展智庫)

氣候服務實例測驗 海科館夏季尖峰用電降10%

  另外,除了在一開始設計階段就幫助激起更多節能火花之外,對於那些既有的大型建築物,氣候服務還可以做到輔助維運,像是降低大樓裡高耗能設備的運作時間。為了實驗成效,去年團隊額外與國立海洋科技博物館合作,導入附近基隆八斗子氣象站的預報資料,調整場館空調冰水主機開啟時間,成功讓夏季尖峰時段的用電量下降10%!

  事實上,基隆靠海又多雨的先天氣候條件,帶給海科館在節電上很大的挑戰,因為當天氣好的時候很熱,場館一定得開冷氣;天氣不好的時候,海科館周圍會起霧,濕度也很高,空調還是得開著。也因為如此,場館的電費一直居高不下,整年度的支出可以高達2400萬台幣,相當驚人!有時候,館方人員想稍微調整一下冷氣溫度,還會立刻收到民眾的客訴,抱怨冷氣不冷。所以要怎麼兼顧省電和室內舒適度,也讓館方左右為難。

  此外,教育部也要求國內博物場館用電量需逐年下降,過去海科館同仁是靠著爭取經費,把老舊設備汰換成具有變頻功能的機組,才能達標。可是久而久之,若耗能設備運作模式還是持續不變,是很難再「擰出」一點節能量。因此,這次館方先從變更冰水主機的排程下手,炎炎夏季時,提前至七點就開啟冰水主機、預冷場館空間,不僅讓遊客一進門就覺得很舒適,到了中午用電尖峰時刻,不再需要冰水主機的高運轉來降溫,契約容量超約附加費一口氣就降了20%。

  碰巧的是,轉換排程實行的當月,正好是海科館創下開館以來,入館人次最高的時候,但整個月卻沒有收到任何抱怨冷氣不冷的客訴。而且因為早上七點是非尖峰用電時刻,電費本就比較便宜,再加上少了一些超約罰單,整體人均電費和用電量各自降了11%和5%。


海科館外原本就設置一個小型氣象偵測站,能夠時時掌握建築周圍的微氣候(圖:詹詒絜)

  再來到了春秋兩季,一樣依照氣象預報來調整冰水主機的運作,但這時候天氣漸涼,需要決定的反倒不是什麼時候提前開啟空調,而是要開多少噸數的主機。原本,海科館長期習慣使用較耗能的500噸冰水主機,後來參考了氣象資料,發現入秋之後200噸的冰水主機便可滿足場館降溫需求,如此運作下來,甚至用電量和電費可各自少30%!

  從這個案例來看,僅是聽個氣象預報,既省了電、減了碳排,還守住了館方的荷包。而且一旦空調使用量被降低,節能成效馬上反映在隔月的電費單上。如此速成的節電招數是不是很值得參考呢?

 

(轉自綠建築雜誌Vol.66)

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