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台江浮動綠能屋

最後更新日期:2017-07-11

中文摘要

在永續發展的聲浪中,如何有效適應在地氣候及低碳建築的落實,是目前全世界努力的目標。本研究以3E (Ecological, Economical, Energy-saving)建築設計之概念,包括:符合地域需求、降低建造成本、有效的綠色能源。藉由台江地區之氣候資料與在地人文環境及產業及資源等,運用在地綠色能源與在地人文特質的建築手法,營造出符合使用機能及兼顧與自然生態共存之綠能建築。

本研究透過大台南地區各項氣候因子之調查,包含太陽輻射、風向風量……等諸多探討,針對大台南至台江地區的各項氣候數據進行歸整,以因應台江各方為氣候之差異及臨海高鹽分之環境。且「建築組件模矩化」之發展,運用其彈性規劃及組件的特性,規劃出模矩化之建築系統,其組件模矩化採用預鑄的方式,於工廠中製造規格化之組件後於現場組裝,可達降低建造成本、縮短建築物建造時間。再者,建造過程不受天候影響,建築生產品質較高;用材方面模矩化之生產,避免不必要的浪費,達到建築營建過程中減少碳排放之效果。

期盼透過台江地區完整的氣候調查、位置需求及彈性組件配置,與基本的建築單元串聯,至社區空間,有效符利用來自各方位的綠色能源。後續研究期望可解決實際建造材料、工序及施工限制,以構築與環境和諧共存之綠能建築。

關鍵字:模矩化組件、建築模矩化、封圍系統、節能減碳、綠能建築

一、前言

台江國家公園蘊涵豐富的地理條件、生態及歷史文化,然而在國家公園的保育保存之規範,地區居民發展有所限制,也因此與當地居民民生發展產生衝突與矛盾。本研究經過了解當地文化社會與氣後背景,設計符合台江區域多樣性特質需求之綠能建築。研究範圍尺度上,從大環境氣候調查、社會分析,到社區性的空間行為分析,然後接著處理建築尺度的結構構造材料等立面設計。而本研究透過大環境與區域社區調查之背景,作為台江綠能建築之運用。而本研究嘗試從環境、社區、到單元建築,從不同的觀點下,處理不同尺度所需要討論之議題。

在地域性氣候環境調查方面,本研究透過對台江地區氣候性質之調查,藉由太陽輻射、平衡點溫度、高熱高濕氣候、風向及風量等統計資料,得知台江區綠色能源:日照、風能及海洋能源等天然資源,以利後續規劃有效使用綠色能源,提高自然能源使用效率。從社區尺度著手,以居住環境角度分析在地產業,大部分之居民因地理位置之關係,漁業甚為發達包括養殖業、漁業等,漁市為主要交易之公共場所。而以景觀環境角度之分析,包括河口沙漠、潟湖、旱地等。在社區尺度下,儘管台江地區產業地理位置而有所限制,但然存在建築於生態資源多樣性之需求。

透過地區自然資源及空間行為之調查,台江綠能建築藉由大環境面向的氣候與人文調查,確保有效運用各方位之氣候能源,並能貼近當地生活、產業需求等;在營建結構上,採取「建築組件模矩化」,設計當地需求之模矩化建築組件與構件,達到有效的遮陽、通風,已達最大節能之目標。而模矩化之建築方式,由地區氣候切入使「台江綠能建築」,將永續建築進行更深入在地化的探究,預期將可成為一實驗性示範建築。為能減少對非自然能源的依賴,實踐節能減碳的綠能生活,而未來能將此經驗與技術運用於各地建築中,而低碳城市與永續綠建築也是目前台灣社會所必須共同面對之挑戰。

二、研究方法與架構

圖 1研究架構

本研究應用3E (Ecological, Economical, Energy-saving)為基礎之建築營造系統,經由環境行為觀察對大台南台江地區氣候之分析彙整,並了解氣候與在地環境行為之背景、釐清其脈絡並找出問題,歸納作為設計策略的參考依據,作為設計模矩化依據,並經由過內外實際案例之研討,找出適合台江組件模之需求。透過系統性的資料彙整,分析在地氣候與當地之行為觀察,以協助設計策略之擬定。設計策略主要以3E建築營造之概念操作模矩化設計,實地規劃符合台江在地綠能建築,提出符合在地氣候、文化與社會下之建築,及實踐台江綠能建築之策略目標:符合人地需求、降低建造成本、有效的綠色能源。

三、 研究成果概述 

前期研究針對大台南地區氣候之分析,透過資料的收集及計算,提出台江實驗屋對應之策略,分別為太陽輻射、平衡點溫度、高熱高濕氣候、風向及風量、台江地區氣候。

以太陽輻射為例,本研究繪製台南地區2012年太陽輻射極投影圖中(如圖3、圖4)得知不同的季節、月份、一日之中所需遮陽的時間有異,以及台南地區之熱輻射量高、日照時數長,且年日射時數平均皆高於2000小時,也適合裝設太陽能板以利供電。

圖 2極投影圖(輻射)              

圖 3 極投影圖(外氣)

以台江地區氣候為例,發現建築基地之微氣候與台南氣象站所測得之風花圖有些許差異,其原因可能包含該區地貌或建築物影響風之流動路徑,由此可知該區域主要風向應為西北風與東南風。將每月風花圖分三時段發現24:00~0800主要風向為東南風;08:00~16:00東南風與西北風並存;西北風頻率較高,16:00~24:00東南風與西北風並存。其六月東南頻率較高,七、八月東南與西北頻率相似,但西北風較強。

本期研究則因應台江地區之微氣候特性,發展出能夠隨著季節氣候改變而調節之節能建築。研究則先以實際生產為導向發展台江綠能屋之立面以達到設計模矩化、建材規格化、生產工業化、程序標準化、施工機械化等。

(一)    模矩化組件系統

台江綠能建築主要由立面模矩化之組件、構件兩大部分所構成的封圍系統,採取模矩化的設計目的主因於適應台江地區季節改變之氣候,提升建築節能外牆可變之易達性,亦可讓建築在生產過程中降低營建成本達到節能減碳效果。模矩化系統則考量市場上材料規格以30cm乘以30cm作為基礎單元,發展以30cm為倍數的規格化設計(如圖4)。

圖4  模矩表

以實際長、高為300cm的牆面為例,對於使用者來說則可依循喜好選擇牆面之組成類型(如6圖),除營造出不同之立面之可能性,亦為考量到組裝拆解僅1至2人即可完成建築作業之特性,所選擇之模矩尺寸不建議超過180cm,但若以里民活動中心為例亦可配合簡單機具吊掛安裝250cm、300cm不等之大型牆面,其目的在於節省人力與營建成本。

圖5模矩結合應用示意圖

(二) 組件設計
組件主要以通風百頁、遮陽隔熱板、門、窗與實牆等類為開發核心。為適應台江地區氣候,模矩組件也納入節能策略之設計,以實牆立面組件為例(如7圖)組成材料如:矽酸鈣板、防水瀝青、角材及發泡材料,以及雨淋板與鍍鋅方管間通風層,皆是為了提升牆面隔音隔熱之效果,配合各組件之規劃設計而有所差異。
 

圖 6實牆組件組成材料示意圖

(三) 模矩化封圍系統應用

台江地區所涵括土地範圍廣大,地形地貌資源豐富且多樣化,為讓台將綠能建築能適應各種地形氣候條件,我們採取可變動式的模矩搭建作為對策,再配合節能策略設計手法與兼顧生態永續思維將台江綠能屋的環境適應性達最佳化。

本期研究針對節能對策之自然通風、隔熱、遮陽發展建築體之立面─封圍系統,採用模矩化的系統設計,由工廠進行組件與構件之生產,配合在地氣候條件需求,使用者可自行規劃選擇組件,亦可因應季節改面增加或減少通風、採光之需求,以溫度調節為例,夏季需要大量增加通風面積而冬季需要採取高窗通風 (如8圖 ),以達高綠色能源的使用效率

圖 7夏季、冬季組件結合應用範例

四、後續研究規劃

本期著重模矩化系統之建立與組件元素型式設計,後續研究目標則以實際生產為導向,為解決實際建造上材料、工序的施工限制,以及台江地區與在地居民之未來展望,因此規劃有兩項需進行之目標。

1.組件相連之構件型式
為使組件相連能形成封圍系統以及考量施工彈性最大化,包含組件與組件、組件與結構體之接合扣件一體性設計,以實際生產為目標導向,研發合乎具有經濟性、生態性、易操作性之組件接合方式。

2.節能效益模擬
設計對照組與實驗組進行能源消耗之計算,將台江地區現有之居民住宅、塭寮、賞鳥亭、活動中心等作為實驗之對照組,再以本研究開發之模矩系統建構出具有相同規模與使用行為之建築空間作為實驗組,運用電腦運算技術模擬,比對出兩者間之能源耗損差異。
為實現台江地區與居民之未來展望,希望能透過基本的建築單元串聯到社區空間,再將整個台江地區的環境串聯結合,解決從單元建築、社區、環境三種尺度之議題,本研究考量台江地區用有的豐富地貌資源與在地產業的文化特色,以及實際營建成本考量,試評估出可優先進行節能效益模擬之建築類型,並選擇不同之地形與氣候作為建築型式的演化條件,希望可以創造出,富有3E (Ecological, Economical, Energy-saving)營造訴求之台江綠能建築。綜合上述本研究未來將針對居民與遊客需求,並以下四種空間優先進行舉例。

1.塭寮

台江地區不僅有傳統漁業、鹽業文化,還包含珍貴的且豐富的自然資源,地形勘查期發現一間間塭寮豎立其間,但卻沒有完善的通風及採光可提供漁民放置機具與休息之空間,藉此發展出系統構造,可提供漁民依所需的空間大小自主性的單元排列、快速組裝及修繕,亦達到活化環境之效果,且渴望帶動台江的另一特色建築。

圖8塭寮組立示意圖

圖9塭寮示意圖 

2.行動驛站

台江地區面域廣大,使得空間景點串聯不易,且造成遊客方向感喪失。透過自行車步道的規劃串連台江地區以及台江綠能屋的設置,使得行動驛站得以建立在不同的基地環境並提升地點標示自明性,此外可加入小攤販讓居民增加經濟收入。而行動驛站的設置可藉著建築系統的設計,達到便利的拆組特性,可輕易的適應於各種不同之地貌與氣候條件,提供開提供腳踏車遊客駐足的空間,讓旅遊更為便利且舒適,而開放而通透的量體,也為農村景色增添新氣息,達到與環境結合的目的。

圖 10行動驛站組立示意圖

圖 11行動驛站示意圖

3.生態展演屋

台江地區長期作為鹽田、港灣與魚塭使用,並未有大量開發及城市發展的情形。近年台江國家公園的成立,也盡力復甦在地生態系及動植物得以生存棲地的保存。為配合台江地區的河口濕地,本研究研發台江綠能屋能夠因應不同年齡層使用者的需求及各物種的棲地提供人與生態的互動窗口,並導入生態博物館之概念,提供一個生態展演平台,使遊客體驗在地獨有文化與生態系,並提供居民及遊客一個更優質的生態展演場,也提升在地文化及生態教育意義。

圖 12生態展演屋組立示意圖

圖 13生態展演示意圖

4.里民活動中心
台江綠能屋運用模矩化的方式操作,從發展單元,到單元組合創造多樣模矩,產生多種模矩單元組。由於系統模矩化的設計方式,因此可以建造出不同規模的台江綠能屋。此模矩系統設計能創造出符合各種機能需求的空間,也使得空間發展上更有潛力且保有彈性,例如小至里民的交流休憩空間,大至里民活動中心及展演功能之場所,皆可透過台將綠能屋的模矩系統來進行設計。

圖 14里民活動中心示意圖

五、參考文獻

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