循環經濟概念下的建築設計實踐

(作者:趙又嬋 老師 / 逢甲大學建築專業學院)

「好的設計就像大自然,沒有浪費!」

大自然裡,沒有需要丟棄的東西。一棵櫻桃樹開滿花朵,而花朵又紛紛落地時,所有的枯枝、落葉、落花都會回到土壤,再度成為養分,培育出新的花朵和果實。德國化學家麥克‧布朗嘉(Michael Braungart)與美國建築師威廉‧麥唐諾(William McDonough)提出了「搖籃到搖籃(Cradle to Cradle, C2C)」的設計概念,將產品納入生態循環及工業循環等兩個封閉迴圈,原本的廢棄物會成為新的資源,或進入另一個產品的循環。現今所談的「循環經濟(circular economy)」延續此一概念,將廢棄物轉化為有用的資源,降低對原物料的依賴度,提升原物料及產品的經濟效益。循環經濟可以轉變線性經濟中追求降低成本的競爭模式,同時更耐久、更少的維修,也意味著更少的耗能與資材的使用。

知名的燈具公司「昕諾飛(Signify)」(舊名為飛利浦Philips)就是一個運用循環經濟設計的著名例子。以荷蘭Schiphol Airport的照明設計案為例,若以過去的線性經濟的思維,照明工程很可能就是提供一整套的照明設備、透過生產最便宜的燈具來獲得這個專案,但是在「循環經濟」設計思維下,昕諾飛選擇以「提供光」來取代「提供燈具」,在「燈光」供應期間,由昕諾飛負責維持照明的品質,透過彈性的模組化燈具設計,可以視需要調整燈具數量以及汰換燈具。在此期間,廠商可以把獲利投入研發,並適時更換研發後更優質高效率燈具,這種「以租代買」商業模式,客戶不僅能減少設備設置的費用,不需為維護更新煩惱,也不需為燈具效能下降而重新採購新的產品,創造企業、客戶以及環境三贏的局面。

圖 台中花博荷蘭館

圖 台中花博荷蘭館

目前在台中花博展出的「荷蘭館」也是個善用循環經濟設計概念的案例。除了也使用昕諾飛公司的「以租代買」、「流明計價」的燈光模式,室內的地板、拉門、家具使用的是來自台糖高雄駁二砂糖倉庫的屋頂桁架木料,二樓所使用的模組化強化輕鋼構,所有桿件均為模組化設計,便於在未來拆除時,能將所有輕鋼構件能轉為他處重複使用。此外,戶外由環保塑木製成的地板、樓梯踏面、陽台欄杆也是「以租代買」的模式,展期結束之後會將材料歸還;室內使用100%可回收再循環的地毯,地毯、木拉門等建材均有「建材護照」可供查詢;甚至在花博展期結束之後,整座荷蘭館會重新拆解運至台糖的月眉糖廠,以新的機能以及新的組構方式再次重生。

先前台糖計畫在台南沙崙建置「沙崙智慧綠能循環住宅」園區,將是台灣第一例嘗試將循環經濟落實在建築上,期能運用循環建築、租貸住宅、建築物預鑄及模組化工法等方式來實踐。雖然未來仍有許多挑戰,但循環經濟從來就不是一個新概念,我們需要的是更多的「創新」,設計概念的「創新」、材料運用的「創新」、系統整合的「創新」,這些都會為我們迎來嶄新的建築產業模式。

循環經濟與永續建築設計

(作者:趙又嬋 老師 / 逢甲大學建築專業學院)

工業革命以來,人們一直採用線性的生產消費模式:從自然環境開採原物料後,加工製造成商品,商品被購買使用後就直接丟棄。「循環經濟(circular economy)」打破過去「取-造-用-棄」的思維與作法,從產品設計端就以生命週期(Life Cycle)思維出發,利用生態循環以及工業循環的模式,使整個系統產生極少的廢棄物,甚至達成零廢棄的終極目標。Ellen MacArthur Foundation (EMF)將「循環經濟」定義為:透過再生與恢復的設計,使部件和材料在任何時候都能保有其最高效用與價值。循環的設計概念應包括6個面向:再生(Regenerate)、共享(Share)、優化(Optimize)、循環(Loop)、虛擬化(Virtualize)與交換(Exchange)。

循環經濟架構圖(https://www.ellenmacarthurfoundation.org/circular-economy/infographic)

循環經濟架構圖(https://www.ellenmacarthurfoundation.org/circular-economy/infographic)

建築產業向來就是高耗能的產業,也是高廢棄物的產業。傳統的建築線性經濟架構下,多餘的或不被需要的產品均視為廢棄物,長遠來看,這是低效率而且不永續的作法。更好的辦法在於利用最少的新材料和新能源,將舊產品重新利用製成新產品,然而,使用回收材還是會增加建築的碳足跡,例如,回收材料需要遠距離運輸,材料需要進行高耗能的加工時,都會增加碳足跡,因此,在考慮使用回收材料時,還必須充分考量評估其來源、製造、運輸以及廢棄處理的流程。回收是一個雙向思考的過程,我們不僅應該設計能被最大限度使用的回收材料,也應該積極的思考如何使建築物的整體或部分構件在未來能夠回收使用,減少能源的使用與浪費。

在建築設計中,有系統的從生命週期思考有其必性,與直接使用新材料相比,分析材料再利用(reuse)以及循環(recycling)的碳排影響更有益於「循環經濟」的思考。低碳循環經濟的基本原則在於儘可能的實現有益的循環利用。「循環」對於低碳排有兩個主要的好處:第一,減少浪費;第二,減少對新材料回收利用的需求。

呼應上述所提的循環經濟6個面向,建築的永續設計可以如何著手?從「再生(Regenerate)」的面向來看,就是建立綠色基礎架構,恢復生態系統。例如善用植栽進行固碳並將碳轉為氧氣,或是可再生資源的轉移,取代傳統方式來創造能源;在「共享(Share)」的層面,就是擴大資產與資源利用率,例如空間共享與資材共享;在「優化(Optimize)」的層面,就是透過優化設計,提升材料的使用年限,並整合接合系統,使材料在結束使用後能便於拆卸回到循環之中;在循環(Loop)的層面,就是材料循環再利用及再使用;在「虛擬化(Virtualize)」的層面,可以應用創新數位工具來整合管理所有建材使用周期與年限;在「交換(Exchange)」的層面,就是交換資源與技術,以新材料替代舊材料。對應臺灣綠建築EEWH評估系統中的「二氧化碳減量指標」、「廢棄物減量」、「室內環境指標」,均可應用循環經濟的概念。

如果我們想要在建築的生命週期中實現真正的零廢棄,那麼我們必須改變我們建造建築的方式,儘可能的重複使用現有的結構和材料,最好不要有拆除與運輸的碳足跡,建築可以被看作是材料和系統的組合,需要能夠彈性地被改變,我們不能再將建築看做是一個在固定時間點完成的房子,而是將建築視為一個不斷進化的過程。

零碳建築VS.零耗能建築

(作者:趙又嬋 老師 / 逢甲大學建築專業學院)

因應全球氣候變遷及能源日漸匱乏的趨勢,降低CO2排放為全球共同責任與義務,各國皆將達成國際減碳承諾列為未來重點能源政策,例如歐盟提出「2030氣候與能源政策綱要」,2030年時,達到減碳達到40%、27%能源消耗來自再生新能源、減少30%的能源使用等目標。「零碳建築(zero carbon building, ZCB)」甚至「零耗能建築(zero energy building, ZEB)」的設計與政策,將是未來的趨勢。

只要使用化石能源,就會產生碳排。從建築生命週期的角度,除了日常使用階段的能源使用會產生碳排之外,其餘的建材生產、營建施工、更新修繕、拆除廢棄等階段,除了能源的使用,也會有建材的使用,而建材的製造生產也內含了許多耗能,因此廣義的來說,建築生命週期各階段所產生的碳排均應納入計算。因此「零碳建築」的定義,除了自身低碳排之外,還需透過再生能源的使用來折抵碳排,此外,因為植物有固碳的效果,因此也可將基地內植物的固碳量一併計入碳排折抵,使其碳排為零。

目前國際上強調之「零耗能建築(ZEB)」設計,係指高效能建築與電網的連結,使用可再生能源彌補自身的能源需求。定義上則是建築物每年產生的能源(如再生能源)相等於自身所消耗的能源。然而「零耗能建築」之耗能僅考慮「日常使用」階段,不包括建築生命週期其他階段的耗能。在「日常使用」的耗能計算上,通常也僅考量照明設備、空調設備、給熱水設備,一般家電設備的耗能則要視計算所設定的邊界而定,不一定納入計算。和「零碳建築」一樣,「零耗能建築」需要具備極高的節能性能,其整體耗能可經由基地自身產出或鄰近供應的可再生能源抵銷,使其達到能源中和零耗能之建築設計目標。然而,「零碳建築」與「零耗能建築」最大的不同在於,兩者於建築生命週期的評估階段不同(完整生命週期VS. 日常耗能階段),評估基準也不同(CO2排放量VS. 初級能源耗用),並不能完全混為一談。

歐盟對於「近零耗能建築」的定義(prEN 15603:2013-05)

歐盟對於「近零耗能建築」的定義(prEN 15603:2013-05)

無論是「零碳建築」或「零耗能建築」,其首要條件必須是「低耗能的綠建築」。首要目標應為「建築節能」,亦即必須先透過各種節能設計手法降低自身的耗能需求,其次才是考量如何在基地內(on site)進行碳中和(carbon neutral)或生產再生能源,第三步才是進一步尋求基地外部(off site)的碳中和支援或再生能源,如此才有可能抵銷其碳排與耗能,成為「零碳建築」或「零耗能建築」。

此外,兩者的節能設計概念與手法無論在「被動式設計」、「主動式設計」方面,也與綠建築設計概念無異。首先,講求建築在地的適應性,利用綠建築規劃設計的方式,在基地選址上對應當地氣候特色、運用各種被動式的節能設計手法來降低室內熱負荷、引入自然通風採光、提升環境舒適度。接著導入主動式設計, 採用高效率的空調及照明設備、智慧化能源管理系統,最後依基地場址的條件評估再生能源的選用類型,並訂立明確的再生能源目標,如此才是可行且實際的設計模式。

建築碳足跡評估

(作者:趙又嬋 老師 / 逢甲大學建築專業學院)

您知道每天的活動行為都會排放出二氧化碳嗎?許多網站推出碳足跡計算的功能,凡舉一天中的生活用水用電、用餐、交通、旅行…等,都能估算出碳足跡的數值,甚至,我們也可以在許多產品上看到由環保署頒發的碳足跡標籤。

臺灣環保署的碳足跡標籤 (圖片來源:環保署官網https://cfp.epa.gov.tw/)

臺灣環保署的碳足跡標籤
(圖片來源:環保署官網https://cfp.epa.gov.tw/)

那麼什麼是「碳足跡(Carbon Footprint)」呢?碳足跡可被定義為與一項活動或產品的整個生命週期(Life Cycle)過程所直接與間接產生的溫室氣體排放量。以產品的碳足跡為例,從原物料的開採、製造、使用到回收處理的生命週期中,所產生的CO2均是碳足跡的計算範圍。

推溯產品生命週期評估(Life Cycle Assessment)的歷史,早在1969年,可口可樂公司(Coca-cola)就為了決定採取何種飲料容器,率先計算產品的耗能與環境負荷。1997年國際標準化組織(ISO)公告ISO14040系列標準,使生命週期評估成為國際間的系統化評估工具,其程序包括(1)目的與範疇界定;(2)盤查分析;(3)衝擊評估;(4)結果闡釋。2008年英國標準協會(BSI)公告的PAS2050,進一步針對產品的碳足跡提供標準的評估方法,在碳足跡的計算邊界設定上再分為B2C(business-to-grave)以及B2B(business-to-business)兩種。

由於建築也可以視為一種產品,因此建築物的生命週期評估就是由建材生產、營建運輸、建築使用到建築物拆解、廢棄物處理等過程的環境衝擊評估,亦即從建築物的「搖籃到墳場」進行全面性、系統性的環境影響評估。建築碳足跡就是計算「搖籃到墳墓」的生命週期中所產生的二氧化碳排放量。

2007年ISO發佈了ISO 21930「永續建築工程—建築產品環境宣告」,是最早專門針對建築工程與產品量身訂做的碳足跡方法論原則,2014年國際環境產品宣告EPD(Environmental Product Declaration)系統則訂出了建築產品碳足跡計算的主要邊界,該宣告也是目前臺灣環保署提出的臺灣版建築物CFP-PCR(Carbon Footprint Product Category Rule,碳足跡產品類別規則)的主要依據。

目前在臺灣的建築產業碳足跡認證,可以透過環保署的CFP-PCR來取得碳標籤認證,也可以透過「低碳建築聯盟LCBA(Low Carbon Building Alliance)」所推出的「建築碳足跡評估BCF法(Building Carbon Footprint)」來取得認證。LCBA以工程實務來定義「建築碳足跡」,計算建築物在60年生命週期中,在(1) 建材生產運輸、(2) 營造施工、(3)建築使用、(4)修繕更新、(5)拆除廢棄等生命週期五個階段過程之活動中所排放的二氧化碳排放量。BCF法的優點在於LCBA所使用的建築資材碳排資料庫,不僅資料在地本土化,也具備高度可信度。同時BCF法為「設計導向」的建築碳盤查法,其採用建築尺度、建築構件、設備系統的「設計介面計算法」,採取「情境模擬」的方式,使建築碳足跡評估更為簡便友善。經由計算後,不僅可顯示建築的純碳排量,也可採用分級標示的方式,於合格級、銅級、銀級、黃金級、鑽石級的級別中獲得減碳成效對應的評價,更能達成實質的減碳目標。

純碳排量標示的建築碳足跡標章 (圖片來源:低碳建築聯盟官網http://www.lcba.org.tw/)

純碳排量標示的建築碳足跡標章
(圖片來源:低碳建築聯盟官網http://www.lcba.org.tw/)

分級標示的建築碳足跡標章 (圖片來源:低碳建築聯盟官網http://www.lcba.org.tw/)

分級標示的建築碳足跡標章
(圖片來源:低碳建築聯盟官網http://www.lcba.org.tw/)

 

空間詩學的主體性與建築的詮釋

(作者: 劉為光 老師 / 逢甲大學 建築專業學院)

再問什麼是「建築」(architecture),美國建築理論學者Stan Allen說,建築師的角色就像古典音樂家一樣,譜出了一首曲子,而這首曲子後來由不同的交響樂團來詮釋,都會產生不同的味道。那麼誰是詮釋建築師作品的交響樂團角色?其實就是生活者。建築師只是完成了建築的軀殼,而生活者詮釋了「建築」最終的意涵。

建築師能夠掌握自己的設計,卻掌握不了生活者詮釋建築的方式。受到結構主義文學家Roland Barthes的啟發,哲學家Michel de Certeau曾嘗試透過符號學來描繪(mapping)生活行為。行為模式如果能被符號描繪,那麼生活文化就是許多語言符號所構成的詩詞。而這部詩詞能夠成為劇本,就像樂譜一樣,做為未來生活行為能夠持續生產的文本「模式」。然而de Certeau自己在論述中反駁文本能夠被描繪的可能性,因為今天的行為文本往往不會是明天的行為文本,生活行為是無法被預測的。文化經驗「模式」掌握的是生活行為的策略(strategy),但使用者的戰術(tactic)卻常常出現無法預期的行動。

舉例來說,騎樓是建築師在設計時依法設置供公眾通行的私有產權空間,建築師在設計時不預設未來的使用模式。但根據文本經驗模式,我們認為騎樓是行人穿越的空間,同時在某種合理使用的程度下可以提供機車停放、擺放盆栽等行為發生。然而空間詩學的主體性往往不是建築師所能掌握的,使用者總會透過自己的方式去「詮釋」建築,例如將騎樓租給攤位擺放、停放私人車輛等行為。而除了騎樓的使用情況外,舉凡招牌、頂樓加蓋等現象,也都反映了民眾重新詮釋建築的方式。因此建築最終成為都市景觀的樣態,其實並非忠實反映一開始建築師所設計的形式。回到Stan Allen的論述,這就是特定交響樂團詮釋某個曲目所呈現的獨特味道(相同的建築作品放在不同的國家都可能被使用者詮釋成不同的風貌);de Certeau則說,這當中使用者的戰術,引導了生活文化的再現。不管是否認同這樣的文化,它仍是未來在環境規劃中值得被重視的議題。