智慧與永續的結合-低碳/零碳建築

不只智慧更要永續 - 我們對未來住居的想像

黃一展

聯合國資訊科技部門顧問

智能居家聽起來很酷,透過5G與物聯網,你可以輕易地操控一切居家設備,以及藉由大數據的運用,讓生活增添不少便利。然而,在充分享受科技帶來好處的同時,無形中也消耗了更多資源,增加更多的溫室氣體排放。建築與空間作為當代人的生活重心,舉凡工作,娛樂,日常作息...超過7成的時間我們其實都在「室內」度過,自然也承載著絕大部分的碳足跡。

你說這跟我們有什麼關係?我們先看看幾個數字:「30」,「80」與「6」,來自於聯合國體系下(UNDPADBUN-Habitat)的機構研究指出,全球在2050年以前至少會有30億人口進入到中產階級的行列,以及可能會有80%的人居住在城市之中,再者,若生產消費行為不改變,即business as usual,那本世紀末,全球均溫在較糟的狀態下,可能上升6度,遠超過巴黎氣候協議強烈呼籲,須控制在2度以內的目標。

大量地人口群居於都會地區,暴增的中產階級與消費力,不難推估所需的資源與能源消耗,也會跟著經濟發展一同成長,自然,製造的碳排放,也是造成暖化,進而引發日益頻繁氣候災難的的推手。早在2006年,著名的史登報告(Stern Review)就警告,全球增溫如果按當前的狀況持續下去,在短期的未來,人類至少要付出3.68兆英鎊(折合台幣232)的代價,疲於應付各種災害導致的損失,更有甚者,暖化的破壞力,也可能使全球經濟規模萎縮20%,近一步讓本就脆弱(vulnerable)的地區,遭受更為嚴重的影響。

既然城市逐漸成為人類活動的主場,自然也是對抗氣候變遷的主戰場。先撇開同樣高居碳足跡排行榜的電力產業,能源密集製造業與重工業,究竟在一座城市之中,什麼樣的場域,其實默默地貢獻了不少CO2?答案是建築,根據2017年聯合國環境署(UNEP)的報告,若以能源使用相關的碳排放(energy related  carbon dioxide emission)來看,建築與營造佔據全球近40%的碳排,更糟糕的是,這之中有82%的終端能源使用(final energy consumption),都是仰賴石化燃料所提供,也因此,如何讓城市與建築空間不只變得更「智慧」,還要能更「永續」與「環保」,實則為城市規劃與治理的重任。世界領先的大都市如紐約,倫敦,巴黎等,除了要求相關業主加入碳揭露專案(CDP)之外,以城市為單位執行的「地方自願檢視報告」(Voluntary Local Review ,簡稱VLR),也如火如荼地席捲各國。透過對城市建築,交通運輸等進行改進,增加再生能源的使用率,以落實2050年甚至更早,碳中和的目標。從個別城市倡議與力行開始,進一步推廣到全國與其他地區。

為什麼要從城市?因為建築與空間規劃,多半屬於地方層級的權限,且能透過危老都更,重劃區,城市再造,地方創生等方式,依據不同的區塊快速調整方案。相比以「國家」為單位的執行效率,動輒牽涉修法與更全面的考量與溝通,政策推動較為費時。舉例來說,雖然根據巴黎協議的要求,截至2017年已有193個國家遞交了「國家自訂貢獻」(Nationally Determined Contribution, NDC)的減碳目標,但之中只有49國提到了要在建築與空間方面落實節能減碳,而各國政策在建築相關的碳排量測與規範上,更是僅約莫涵蓋了47%的總碳排量,聯合國估計,若各國自主提交的NDC要能完整落實,則政策在城市與建築的碳排覆蓋率方面,至少要提升到60%以上,否則根本無法有效減碳,或應該說,根本沒有適當的法源,規劃相應的近零耗能建築(near-zero energy building),或靜零碳排建築(net-zero emission building)

根據統計,從20102016年期間,因建築或營建產生的二氧化碳排放量,以每年1%的左右的比例成長,總共釋放了76兆噸的CO2 到大氣中。當然,在建築的碳排方面,人為因素(human factor)也佔十分重要的部分。由於人類活動超過四分之三的時間都在廣義的「室內」,因此,很大部分的能源被消耗在維持環境的特定條件,例如溫度濕度,空氣品質,外企循環,或其他與產出相關的耗能方面。科技進步,引入「智能化」的能源管理或節能系統,可以大幅提高能源的使用效率。反過來說,環境整體的舒適度,亦會對裡面的人類活動造成影響,例如,若以商辦來看,根據世界綠建築協會(World Green Building Council),在一篇「Building the Business Case: Health, Wellbeing and Productivity in Green Offices」的報告中,亦指出了永續工作環境,可以增進員工的幸福度,併進一步提升工作效率與產出。例如,該報告就透過科學與量化分析,提出了「若溫度太熱」,則整體工作效率會下降6%,反之,溫度過低導致的效率降低則是4%。甚至,會議室裡的綠色植栽或造景,都能平均節省7-12%的溝通時間[1]

既要舒適,又要能有效率(工作場所),還要節能減碳,不加劇暖化以及熱島效應的影響...隨著人口成長且都市化(urbanization)的發展,對各級政府來說,無疑是相當大的挑戰,卻也不得不為之。畢竟,解決氣候議題,早已不是「nice to do」,而是「must to do」的任務了。

比爾蓋茲在其2021年的新書「如何避免氣候災難」中,提到510億和0瞭個數字,分別表示全球目前每年約產生510億噸的二氧化碳排放,而人類應將這個數字降至0,沒錯,是零,沒有,也不該有任何妥協的餘地。

這也急迫的讓城市胥制定出永續策略,以及如何用科學方式測量,進而針對不同場域訂定低碳/零碳標準。舉例來說,每平方公尺的能源密集度(energy intensity per square meter),就是一項可量測的參考指標,而若想要達成巴黎氣候協議2C的要求,建築產業得在2030年以前,把該能源效率提高至少30%,因此,打造能源高效(energy-efficient)和低碳(low-carbon)的新型態建築標準,至關重要。不然,根據目前的城市化速度,大量人口移居城市的結果,勢必導致要蓋出更多的建築,提供更多的空間,才能「容納」這些新居民,無論其是否為中產階級。

以印度為例,以當下全國規劃或興建中的建築來看,會讓全國的樓地板面積,到2035年左右增加1倍,而若從全球角度觀之,最慢到2060年,建築的樓地板面積也會倍數成長,至少有2030億平方公尺的面積,會被建造出來。這之中,大部分會源自於開發中國家的高速發展,以及大城市裡,不斷挑戰垂直面更高聳的摩天大樓,導致我們擁有了看似越來越多的「空間」,但隨之而來的耗能與碳排,也勢必相當可觀。

不光是宏觀的氣候變遷,以及所需解決的高碳排問題,針對建築的耗能,其實也產生了相當的污染,其中最為嚴重的便是空氣品質惡化。人口稠密的都會區,因為建築與室內空間,因能源使用而排放的廢氣與廢熱(heat),直接造成城市空氣品質不佳,或著室內二氧化碳濃度過高。加上,若無法擁有足夠的換氣率,在疫情爆發的時候,也會進一步增加空氣交叉感染的風險。根據統計,每年全球有超過400萬人死亡,因為家戶單位的空氣污染(household air pollution)所導致的疾病,這在開發中國家尤為嚴重。

為了長遠上避免氣候變遷的威脅,中短期內減緩因耗能,空氣污染所導致的生命與經濟損失,我們需努力控制地球可以在所謂「2C的場景」(2°C Scenario, 又稱2DC),或「低於2C的場景」(below 2°C Scenario, 又稱B2DC)下,讓社會發展得以穩定,人類的生活可以永續。也因此,全球都需要在各自的範圍內,致力讓建築可以在能源使用方面,更高效,且盡快達到淨零碳排(net-Zero)建築,或近零耗能建築(near-Zero energy buildings, nZEBs),共重要的,避免終端的能源使用,仰賴來自石化燃料的發電供給。

無論是net-ZeronZEBs,其實都是可以透過設計,科技置入,與系統整合等方式,有效降低碳排放。像是從建築外皮(building envelope)的隔熱與產能設計,全外氣循環技術,制冷制熱的改良,更換節能電器(LED),安裝智能控制設備(例如智慧電表, smart meter),以及透過冷熱在地平衡,並達到能源最佳效率的使用等。當然,這些需有政策的引導,區域型的基礎建設更新(例如:智慧電網),以及適當的量測標準與機制,像是GABC-Global Roadmap[2],德國政府制定的Individual Building Renovation Roadmap[3]和建築「能源護照」,或其他相關的建築能源規章與認證(building energy code/certification)等,方能讓成果經的起檢驗,乃至能夠量化認列到NDC之中。

以荷蘭阿姆斯特丹為例,與EDGE組織[4]合作,於市區打造零耗能建築(zero energy building),他們透過設計大量引自然光到室內,減少人造光源的使用,同時搭配太陽能產能,除能系統,完全可供應建築內活動所需。再者,利用AI驅動的感應器與控制中心,結合智能通風系統(intelligent ventilation)LED照明系統等,即時的數據整合,去調配整棟大樓不同區域的用能需求,並平衡溫度,濕度,換氣率等,營造最宜人居的生活與工作空間,避免不必要的浪費。

最後,除了私部門的自主減碳,公部門的政策引導,來自金融與投資界的投入一樣重要[5]。全由與建築空間相關的節能產品(包含服務)2016年已超過4060億美金的市場規模,更別說各個城市的危老都更,都市規劃與再造,新興的重劃區等開發案,例如印尼雅加達遷都的案子,絕對超過數兆的經濟價值,吸引大量投資機構與資金,關注在低碳建築,甚至是零碳建築的領域。諸如氣候債券,綠建築基金等,再投入地產開發或綠建築/節能建築的項目時,多半也會由國際上具公信力的第三方機構,如LEEDBREEAM,提供認證,並計算除了財務報酬之外,可能的社會影響力,社會投資回報率(SROI)等評估。

引述馬克吐溫(Mark Twain)的一句名言,作為總結:「Plan for the future, because that is where you are going to spend the rest of your life」,地球暖化造成的危機步步逼近,科技帶來便利生活的同時,我們也應該思考,想要有一個什麼樣的未來,方能讓經濟,社會發展,乃至人與地球,都能夠永續共存。

 

 

 

參考資料:

Towards a zero-emission, efficient, and resilient buildings and construction sector, GLOBAL STATUS REPORT 2017, UNEP

(https://www.worldgbc.org/sites/default/files/UNEP%20188_GABC_en%20%28web%29.pdf)

 

 

 

 



[4] Excellence in Design for Greater Efficihttps://edgebuildings.com/about/about-edge/

[5] 關注ESG的投資部門,近年來也對綠建築,低碳/零碳排建築感興趣,像是Investor Confidence Project (http://www.eeperformance.org/)就與綠建築認證協會共同開發投資相關標的的準則; Transformative Actions Program, TAP (https://tap-potential.org/)則是致力將私人資本引入城市與地區,導向更符合永續發展的基礎建設; 在歐洲,提升能源效率的房貸計畫倡議,又稱Energy-efficient Mortgages Action Plan (EeMAP) initiative (https://energyefficientmortgages.eu/),顧名思義,提供更為優惠的貸款條件,給予低碳談,低耗能的抵押品; 至於為數眾多的氣候債券(climate bonds)也都紛紛達到數千億美金的規模,針對相關的標的進行投放。


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