大樓越高越耗能還是平房最耗能,最節能的高度存在嗎?

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 10 日 8:00 | 分類 科技趣聞 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


大樓越高耗電越高,似乎是相當直覺的常識,但可不見得房屋越矮就越省能源,因為比起平房,大樓中央空調可一次處理整棟大樓許多戶,平均起來往往更有效率。事實上,平房以每人能源消耗量來說的確常常是勝過大樓,那麼,到底多高的大樓是比較省能源的,多高的大樓是比較耗能源的,最節能的理想高度存在嗎?

為了解答這個問題,艾德里安史密斯和戈登吉爾建築事務所(Adrian Smith + Gordon Gill Architecture)以模型研究,從 2,000 戶人家全部都住平房,到 2,000 戶人家全都住在一棟超高大樓之中,中間分為 9 種不同情況,來計算能源使用效率。其結果是,果然超高大樓和 2,000 戶平房,都是更為耗能,而最節能的樓房高度,則是在 4 層樓高。

建築物直接間接造成 4 成的溫室氣體排放量,這是之所以進行這次研究的主因,而研究結果對艾德里安史密斯和戈登吉爾建築事務所來說也有點尷尬,因為艾德里安史密斯和戈登吉爾建築事務所是超高大樓開發商,開發的著名建案包括沙烏地阿拉伯的吉達塔,高度達 1 公里高。

以建築物為單位來看,越高的大樓一定更耗能,但是平均到以每人為單位,就不一定了,因為大樓容納更多住戶,另一方面,以溫帶國家來說,耗能的大宗是冬季供暖能源,平房的熱能從屋頂散失就損失了;相對的,大樓中,一樓的熱能上升到屋頂,只是加熱了二樓,另一方面,一套有規模效率的中央供暖系統來提供所有房間暖氣,也比平房各自供暖來得相對節省能源。

新建大樓也往往採用更好的斷熱材料以及種種節能設計與技術,優於一般歐美木造平房,這種種原因加成,使得大樓在人均能源使用效率上勝過平房,這也是為何大樓林立的紐約市,以人均能源使用為基礎的節能評比常常名列前茅。

不過,當大樓超過 4 層樓以上,越蓋越高時,這個優勢就會逐漸反轉,過去倫敦大學學院能源研究院(UCL Energy Institute)在英格蘭與威爾斯分析 611 棟辦公大樓的電力與瓦斯帳單發現,10 層樓以上的大樓每平方英呎面積耗能比起不到 10 層樓的大樓高出 76%。大體上,每提高一層樓,平均增加 2.4% 耗電與 2.9% 燃料使用。

高層大樓的耗電主因之一是電梯,艾德里安史密斯和戈登吉爾建築事務所的研究中指出,最高的大樓,電梯用電占總用電可達 1 成,而且,不僅需要電梯來把人運送到高層樓,也需要送風扇來將冷暖氣輸送到各樓層,並且需要有抽水馬達來將水抽上高樓層,這些在在增加了用電。

此外,許多辦公大樓設計為玻璃帷幕,或雖非玻璃帷幕,但是窗戶面積仍遠比一般平房來得大,就隔熱的角度來看,即使隔熱效果最好的隔熱玻璃,往往都還是無法與隔熱效果最差的牆壁相提並論,大體上隔熱能力最佳的玻璃,也只有一般牆壁五分之一的隔熱能力,夏天熱力不斷流入,冬天熱能不斷流失,都造成空調必須更耗能源彌補,因此窗戶越大越多,自然就會造成耗能激增。

不過,隨著建築材料、節能技術,以及政府法規的變化,新大樓的能耗隨著時間正在改善,在玻璃問題方面,正在發展多層隔熱玻璃以達成更好的隔熱效果,以 View 為首的智慧玻璃產業界則正在主攻自動隨著光度、溫度改變顏色以調整採光與隔熱的智慧玻璃,另一方面,透明太陽能電池發電則可能讓窗戶能發電,彌補用電量。

大樓的集中性,辦公大樓的業主較單一,也讓改善大樓能源效率,比起改善大量分散的平房更為容易,如更換大樓的中央暖氣為熱幫浦,更換冷氣為儲冰式系統,可以一口氣節省整棟大量能源,將大樓中所有的照明都更換為 LED 照明,可一口氣省下大量照明用電。

在這些效應下,未來最節能的大樓高度,可能不會是現在艾德里安史密斯和戈登吉爾建築事務所研究中的 4 層樓,而可能會往上增高幾樓。減碳顧問,也是《新碳建築》( The New Carbon Architecture)一書中關於建築高度部分的作者 Ann Edminster 認為,最終最節能的大樓高度,可能會落在 6 ~ 12 樓。

(首圖來源:Unsplash