BedZED零碳永續社區:被動式建築的視角

文/高維志(國立台灣大學建築與城鄉研究所碩士生)

一、被動式房屋的起源

節能、舒適、生態和可負擔的標準,是近年來被動式建築(Passivhaus)設計的核心概念。”Passivhaus”一詞源自於德國,如字面上所傳達的「被動式房屋」,是在20世紀初期的空調系統出現後,開始重新思考房屋與物理環境之間的關係。在全球不同的氣候環境下,被動式房屋的出現,在於如何「合理的」建造房屋。例如,在歐美一些高緯度的地區,講求的是房屋的絕緣功能,以保留室內溫暖並阻絕外面的冷空氣。但回到最根本的房屋設計,是不需要供暖,且也不需要主動製造冷氣。

事實上,這樣與環境共存的房屋早在數百年前的傳統房屋上就可以看到。1973年開始,受到第一次石油危機的影響,太陽能系統開始被研發出來。而在哥本哈根校園內開始提出了「被動性」的初步構想,並開始以太陽能系統作為其主要技術。在1974年,由荷蘭飛利浦公司評估潛在的商業機會,開始著手投資了一項實驗性的房屋計畫,由H. Höster,B.SteinMüller 等人在德國聯邦政府的幫助下於德國亞琛(Aachen)興建而成,並將此技術推廣至全球。

最先提出被動式房屋一詞的德國,在1996年,於達姆斯特(Darmstadt)動了具指標性的第一棟被動式建築「Darmstadt-Kranichstein」。同時也成立了民間組織「被動式建築研究所」(Passive House Institute,PHI),以推動、認證各地區被動式房屋的發展。而如今,關於被動式房屋如何建造已經在全球有很多實踐的經驗。但是,被動式設計所討論的並不是一個風格,而是一種方法。為此,在不同的國家、地區、氣候,也都顯現了不同的氣候與環境條件,而被動式設計的方法則在於找出因地制宜的建築設計。同時,被動式房屋不只是需要提供可負擔且舒適的環境,也必須減少建築在能源上的消耗,並為後代留下足夠的能源與未被破壞的環境。

圖、左:The Philips Experimental House (1974)  右: Darmstadt-Kranichstein(1996)
資料來源: Passipedia

二、節能永續是ㄧ種高成本的做法嗎?

工業、交通能源一直被認為是都市中主要的能源消耗來源,而來自建築的污染問題更是不可小覷的問題。建築興建之時,就由於材料、運輸、施工上需要排放大量的二氧化碳,在興建過後,住宅的電器、空調、汙水與垃圾排放,仍持續對環境造成汙染。為了達到零碳節能的目標,反而造成了高成本的設備投資。這也是近年來被動式建築設計被質疑的問題。在建築中,為了要能夠達成空氣品質、舒適性、零碳等需求,設備的使用被認為是一種最簡單的方式,低碳建材或者是節能設備被作為一種經常出現的設計的手法,造成建築興建成本提高。被動式房屋並不是為了呈現節能數據,而是為了確保可負擔的舒適環境的集成概念。

零碳規劃發展(Zero Energy Development)的概念,是近年來在英國的建築設計的一大指標。其中,在英國的ZEDfactory更是零碳建築的主要推廣團隊。由建築師Bill Dunster於1999年所成立的設計事務所,以可負擔的永續概念去規劃都市空間。除了在新技術、新材料的使用外,其認為永續規劃的關注更要超出設計技術層面的探討,而是以人的生活方式作為基礎,並提出了ZEDlife(圖1)的生活方式。ZEDfactory認為在當前市場的限制之下,永續發展且可負擔的設計仍是可被實現的。在建築設計上,透過零碳和低環境影響且具有更高的規格的設備與材料,僅是零碳建築設計的第一步。而ZEDfactory更進一步想像再生能源如何透過建築而產生,且不需要運用到昂貴的設備與技術。在這樣的概念下,事務所也設計了「氣候中和理念」(Climate neutral)的方法,藉由植樹或生態工法吸收二氧化碳的排放總量,以達到保護、平衡環境的目的。同時,也透過節電措施與建築的結合,減少基地內不必要的能源消耗,並減少環境汙染與增加居民健康。

圖、ZEDlife核心概念
資料來源: Zedfactory

三、One Planet Living的永續發展願景

於1994年在倫敦成立於的Bioregional,透過「一個地球生活」(One Planet Living)的概念,主張重視現有的自然環境,並推動永續發展的生活實踐。在這樣的概念下,通過所有人共同的努力,以打造健康且快樂、舒適的環境為目標。「一個地球生活」(One Planet Living)的概念強調以人為本的十項原則(圖2),透過人們的參與,推廣並促進世界各地永續發展的可能性。

「一個地球生活」(One Planet Living)的概念主要透過四種方式推廣永續發展:首先,提供相關的工具與培訓課程,使地區的居民與政府瞭解與參與這樣的生活方式。其次,提供永續發展諮詢的相關服務,幫助地方企業願意實施創新且富有遠見的發展策略、產品以及服務,並使人們可以永續的模式消費。第三,協助開發者在房屋與社區的興建,透過「一個地球生活」(One Planet Living)的概念,建立一種永續的社區生活模式。最後,透過這些實踐的經驗,擴大與培育更大的合作關係,並啟發世界各地的人們一同參與,同時也影響地方政策上的方向。

在這樣的理念下,同樣位於英國的ZEDfactory與Bioregional,都擁有著對於永續發展相同的抱負與想法。為此, 以ZEDfactory所擁有的零碳建築設計專業與技術,並結合了Bioregional的「一個地球生活」(One Planet Living)想法。於2002時,在英國倫敦西南的薩頓鎮,設計了英國最具指標性的零碳永續社區-貝丁頓社區(BedZED)

圖、One Planet Living的十項原則 。
資料來源: Bioregional

三、貝丁頓社區(The Beddington Zero Energy Development)的永續生活

貝丁頓社區(以下稱BedZED)的構想起於1997年,當時ZEDfactory建築師Bill Dunster與工程技術團隊Arup都在尋找一個創造零碳社區的機會,在與永續發展機構Bioregional合作下,於薩頓(Sutton)開始了這項實驗計畫。原為汙水處理廠的基地,透過英國「Brownfield」的規劃原則,也就是將原有為被遺棄、閒置或低度利用的商業或工業土地,再利用為住宅以及綠地空間,並賦予了未使用的土地新的生命。BedZED社區占地1.65公頃,共有82戶公寓、271個房間,其商業空間與工作室共3,000平方公尺,於2002年完工。

作為被動式建築,BedZED社區在興建過程中所需要的材料,其15%使用了回收再生的建材,並來自於附近火車站翻新後所留下的建材,而其餘的部分則使用了可重複使用的鋼材。其中,52%的建材也都是以社區半徑60公里內取得為主,以減少運輸上的能源耗費,並振興在地的產業經濟。即使是無法取得的材料,還是會限定在英國國內就可以取得。另一方面,社區中約2/3 的住宅空間提供給中、低收入戶,至於其它1/3 則開放市場買賣。而這2/3的社會住宅一半為自治區政府所有,僅供租給社會弱勢團體及特殊身份者;另外一半則是以共同持份(shared ownership) 的方式提供。 而在規劃時,將使用機能進行混合,讓住宅單元、工作室單元與屋頂花園相互交錯,計畫性的將各種社會階層適度混合(圖3),以呈現不同於以往的多元性,為英國少有的高密度住商混合式社區。

圖、BedZED的使用類型
資料來源: Zedfactory

BedZED 為了提高保溫性能與能源使用效率,建築師提供了四種住宅類型與生活工作室(live/work)空間讓居民選擇。住宅空間皆位於南面,以充分利用太陽能。而為了鼓勵當地經濟與減少通勤而設的工作室,則位於北面以採大量柔和天光,工作室屋頂正上方則安置屋頂花園。住宅空間的南向立面設有三層樓高的溫室,以提供暖房及太陽能面板發電。而在室內的部分,每棟約有三層窗戶,藉開窗對流調控室內溫度,並達到空氣流動循環之效果。整體計畫有最高密度的混合使用,並兼顧戶外開放空間及太陽能使用、日光的照射,盡量在不犧牲設計品質及環境功能情況下,發展永續與零碳生活的實踐。

在高緯度氣候的英國,中央暖氣系統是住宅中不可或缺的設備,然而卻也是住宅最耗能的設備之一。為此在BedZED中,運用整合式熱電機組(CHP:Combined Heat and Power Unit),使用倫敦地區園藝或樹枝修剪後的有機木屑做為燃料,供給整個社區的用電量,機組發電所產生的熱也用以加熱整個社區的熱水需求,利用地底保溫管線輸送至各戶儲熱槽。

依據歷年來的統計值,在合理使用的情況下,CHP 所產生的熱能與電力足以供應社區的整體用電,且遠低於英國的平均耗能。在更理想的狀態下,建築師認為建築外殼的保溫絕緣與氣密性做得好,只靠陽光、室內活動、電器用品與廚房所產生的熱就得以讓室內穩定維持在一定的舒適度範圍,而不需再設置暖氣系統。這樣不僅可以減少機械設備成本與後續保養花費,更為住戶節省了相當可觀的能源花費。

除此之外,要維持居住健康與舒適性,好的熱能保存系統也需要適當的自然通風設計做搭配。屋頂上的Wind Cowls,即扮演了自然通風的角色。該物件具有一小、一大的風口,並會隨著風向而轉動,利用風壓與室內外溫度的不同,讓外界新鮮空氣與室內空氣得以用一種零碳的方式循環交換,新鮮冷空氣會先經過一個簡單的預熱系統,讓室內外溫度不致因為氣流交換,而產生劇烈變化與不必要的熱能散失。

圖、BedZED雨水回收與Wind Cowls通風系統
資料來源: Zedfactory

BedZED除了在建築設計上的努力,也致力於綠色運輸的發展,例如建立電動腳踏車系統、電動車搭乘等制度。社區內的電動車沿用歐洲行之有年的汽車共乘制度,提供社區居民有多部電動車可供租用,並有集中管理的充電停車空間,為住戶省下一筆極為可觀的養車費用,可鼓勵減少個人用車行為,降低碳排放量。此外,社區亦設有足夠的腳踏車車位,且設有完整的腳踏車設備,並鼓勵社區在地工作以減少通勤的耗費與污染。另外,社區民眾在合理步行範圍內,就可搭乘兩條公車路線與一條火車路線連接鄰近城鎮。因此,減少對汽車的依賴,也減少污染對於健康的影響,並減少道路意外的發生。同時,透過無車社區環境,塑造了一個友善且安全的社區外部空間,提供了居民日常戶外活動的場所。

圖、社區內的共享電動車
資料來源: Zedfactory

BedZED的成功,在於其所塑造的社區生活方式。社區安排了一系列的活動讓彼此熟悉互動,並藉由各類課程落實環境教育與學習永續生活的相關細節,鼓勵居民採用環保生活方式。其中透過低能耗以及合理的空間設計,促進了當地生活和工作的人們的社區意識。在空間上,社區亦設有足球場、城市農園、居民活動中心、成果展示室、接待訪客的永續中心、安親班、美術教室、各類社區商店、咖啡館以及大小廣場,讓大家有可以交集互動的公共空間。而建築師亦刻意將電表、水表、瓦斯表設於廚房顯而易見的地方,讓住戶得以隨時觀察自己的能源使用量,藉以提高能源使用的警覺性。

BedZED徹底落實了「一個地球生活」(One Planet Living)的十大永續基準,強調永續生活可以是簡單的、負擔得起的、具吸引力的,因為技術層面與永續觀念的成熟。永續生活已經不用再像以前那般遙不可及,生活品質也不會因為環保而犧牲。英國建築師 Bill Dunster 認為,建築更應放大至整個都市生活模式及環境的尺度來考量,例如市區空氣污染的課題,應減少建築在廢氣的排放量。此外,隨著未來高密度的人口及土地使用的趨勢,用來解決居住的問題高樓層的建築以成為普遍的解答。但在約20 年前的倫敦,他們已經逐漸將居住於高密度、高層建築的居民遷移至低樓層的建築,而高樓層的建築則以商辦、工作空間為主。為此,BedZED重新考量社會混合下的永續社區模式,透過居民之間的互動減少都市內的社會問題。 而Zedfactory將工作室設置在社區中,使得他們能長時間深耕社區。他們做了一個研究,住在BedZED 社區居民,約有84%覺得社區設施比他們之前居住的社區要好。因此,社區活動中心成為了一個重要的場所,居民在這裡可互相交流,並影響彼此的生活方式,促使永續生活的延續。而藉著居民互動、相互影響,才能真正落實零碳生活的理念。

左上:屋頂花園|右上:社區農園
左下:居民尋找樹枝作為燃料|右下:社區中的腳踏車道
資料來源: Bioregional
       

四、SDG架構下的永續社區設計

氣候變遷的問題,是21世紀所有國家都關注的一個重要課題,其所帶來的自然災害,逐漸影響了城市中的環境。人們雖然已經有規劃出預防自然災害的各種設施,但卻也造成了新的城市問題,像是違法定居、城市綠地空間的不足、以及土地不足等問題。因此,宜居城市的概念早已在歐美國家開始被討論,以建立更好的城市生活環境,保留綠色空間,並做為永續發展之目標。

英國永續發展機構Bioregional透過「一個地球生活」(One Planet Living)的十大永續基準作為BedZED的評估依據,並意識到建築設計可以為永續發展做出巨大的貢獻。其設計不只是在建築空間品質上的討論,更是專注在以人為本的永續發展核心概念,而「一個地球生活」(One Planet Living)更是聚焦在社區發展上的具體作法。另一方面,從聯合國提出的永續發展目標(SDGs)來看,兩者都擁有著相同與相似的理念。

節能、舒適、生態和可負擔的住宅,是如今在被動式建築上最基本的探討。在BedZED的案例中,以不同產權混合的模式,落實了弱勢住戶的住宅需求 ,並提供社區空間,促進社會混合鄰里互動(SDG 1、10、11)。同時,透過減少建築的碳排放量與汙染,增加綠地空間與環境品質,並以棕地(Brownfield) 的規劃原則,減少土地汙染與確保住戶健康(SDG 3)。此外,透過建築設計與再生能源與雨水回收系統的運用,達成可負擔的能源與零碳的生活模式,甚至在建材的使用上,也以在地的再生建材循環利用,以減少建築生產過程中的消耗(SDG 6、7)。然而,BedZED之所以成功的契機並非在其硬體空間、設備上的設計,而是以永續發展為概念所建立的社區生活。在2017年,Bioregional在BedZED的訪談中,顯示了居民對於社區空間與互動關係是居住於此的最大動機,而減少耗能與便宜的水電費用則為其次。這也是人與人之間的互動關係,成為了BedZED永續發展的關鍵因素。

最後,在BedZED的案例之中,或者說是Zedfactory的核心概念下,所謂被動式房屋的概念,不只是建築物該如何設計,以及運用怎樣的方法減少耗能與增加室內環境品質。永續社區更重要的是如何促進居民互動,以及如何參與環境永續的發展過程,而建築僅是提供這樣生活模式的一種載體。在《世界城市化前景報告》的資料中,城市中居民的比例逐年增長,而超過1000萬人的特大型城市則不斷增加,隨著城市人口的集中,如何改善城市的社會經濟與自然環境變得十分重要。而Zedfactory的建築師Bill Dunster也認為建築的設計更多是要回應都市的環境問題。而原先被動式房屋的概念,若只是以建築興建的合理性作為核心概念,仍與永續社區的圖像有一段距離。因此在規劃BedZED時,在被動式設計的基礎上更加強了以人為本的概念,同時藉由社會混合、社群互動,才得以塑造了一個重視環境永續的社區網絡。

圖、BedZED看見零碳永續社區可能

參考文獻

封面照片:Alastair Chisholm(2018) .《BedZED》
Bioregional(2019)。《What can I do to help achieve One Planet Living?》。取自: https://www.bioregional.com/resources/what-can-i-do-to-help-achieve-one-planet-living
Bioregional(2017)。《One Planet Living goals and guidance for communities and destinations》。取自: https://www.bioregional.com/resources/one-planet-living-goals-and-guidance-for-communities
Bioregional(2016)。《BedZED: The story of a pioneering eco-village》。取自:https://www.bioregional.com/resources/bedzed-the-story-of-a-pioneering-eco-village。
Bioregional(2016)。《BedZED proves eco-friendly homes are possible》。取自: https://www.bioregional.com/news-and-opinion/bedzed-proves-eco-friendly-homes-are-possible
Bioregional(2009)。《BedZED 7 Years On》。取自:https://www.bioregional.com/resources/bedzed-7-years-on
Bioregional (2002)。《Using sustainable building materials – lessons from BedZED》。取自:https://www.bioregional. com/resources/using-sustainable-building- materials-essons-from-bedzed
Bioregional(2002)。《One Planet Living principles》。取自: https://www.bioregional.com/resources/one-planet-living-principles
Passipedia(2019)。《The Passive House – historical review》。取自: https://passipedia.org/basics/the_passive_house_-_historical_review
Zedfactory(2013)。《ZEDlife – Global Commons Institute》。取自: http://www.gci.org.uk/Documents/zedlife_.pdf
謝統勝(2009)。《永續生活實踐者:英國永續社區原型BedZED》。取自: https://e-info.org.tw/node/50203

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