〈工業技術與資訊〉旋轉屋、節能屋減碳里程碑

※來源:工研院
工研院與成大攜手全球首座「亞熱帶綠能建築技術研發測試平台」(SPINLab),成為全球第三座、亞熱帶第一座的綠能建築技術研發測試平台。(圖:工業技術與資訊月刊)
工研院與成大攜手全球首座「亞熱帶綠能建築技術研發測試平台」(SPINLab),成為全球第三座、亞熱帶第一座的綠能建築技術研發測試平台。(圖:工業技術與資訊月刊)

撰文/凃心怡

根據國際能源署(IEA)統計,全球有超過四分之一的溫室氣體由建築所排放,更有過半電力是由建築消耗,降低建築耗能是節能減碳的關鍵。工研院在臺南沙崙綠能科學城打造全球首座「亞熱帶綠能建築技術研發測試平台」及「節能展示屋」,作為建築節能設計與技術的驗證場域,逐步實現建築零耗能願景。

綠色能源勢不可擋,各國除了積極落實其綠能目標,也將朝著 2050 年「碳中和」的目標積極前進,期望能將地球溫升控制在攝氏 1.5 度以內。盤點各產業的碳排放量,工研院院長劉文雄直言,能源議題仍占了很一大部分,「我們必須解決能耗問題,才能有辦法達到 2050 年碳中和的願景。」

降低建築能耗 節能減碳重要策略

對此,臺南市市長黃偉哲也十分認同,他指出,臺灣若要走向非核家園,勢必得找出燃煤發電之外的替代方案,「臺南肩負臺灣能源轉型和綠能產業升級的關鍵角色,創新的綠建築及低碳節能設計正在大臺南遍地開花,期許新世代建築節能技術驅動在地產業蓬勃發展。」

國立成功大學副校長、同時也是工研院協理吳誠文進一步說明,在大部份已開發國家中,能源消耗大多來自工業、交通與住商等 3 個類別,其中建築能耗占比甚高,幾乎占全國總能量消耗 30% 以上;而臺灣住商建築耗電占國內總電力消耗的 35%,因此降低建築能耗是全球、也是臺灣節能減碳的重要策略。

透過建築設計來達成節能的做法正方興未艾,自建築能耗極小化的被動式建築,發展到搭配再生能源的零能耗建築,和以自給自足為目標的自給型建築,一路上的發展與演進,各種前瞻多元綠能建築科技研發也日新又新,節能效果更是大有進展。

節能展示屋猶如微型電網,屋內家電彼此互聯,一鍵設定就能連動運作,自動優化電力供應,達到節能目的。
節能展示屋猶如微型電網,屋內家電彼此互聯,一鍵設定就能連動運作,自動優化電力供應,達到節能目的。
SPINLab 兼顧研發與驗證的平台

政府積極推動綠能科技研發,在臺南沙崙設立綠能科學城,作為我國能源轉型的關鍵據點,工研院也在經濟部能源局支持之下,與成大能源科技與策略研究中心共同合作,於 2018 年簽訂合作協議,在綠能科技示範場域設置全球首座「亞熱帶綠能建築技術研發測試平台」(SPINLab),成為全球第三座、亞熱帶第一座的綠能建築技術研發測試平台。在經過數次的縝密討論與規劃,雙方終於在 2020 年完成整體旋轉機構建築外殼、測試驗證的感測與設備、實驗室內外部測試元件、量測儀器跟建築本體整合測試,成為亞熱帶氣候區第一座全尺寸旋轉式建築技術測試平台。

SPINLab 設有 2 間可 360 度旋轉的實驗室,可協助測試者針對不同方位的日照溫度所產生的能耗狀況,提供室內環境、室外環境、效能、建材、能源系統、智慧化管理、能源大數據、系統整合分析等智慧節能項目的設計研發與測試;此外,可拆換式的裝潢,讓測試者根據所需,置換內外部的隔間、玻璃與照明、空調等設備,滿足產品受測需求,有效提升技術開發與應用的研發效率。

國際鏈結 跨氣候帶創新研發

目前全球共計有 3 座具旋轉功能的建築科技實驗室,第一座是位於溫帶氣候,2014 年由美國羅倫斯伯克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)所打造的 FLEX Lab,第二座則接近赤道,為 2016 年新加坡建設局所設置的 SKY Lab,而 2020 年臺灣 SPINLab 的完工,將進一步滿足亞熱帶氣候區建築設計的發展需求。

劉文雄透露,未來 SPINLab 將積極鏈結美國羅倫斯伯克萊國家實驗室以及新加坡理工大學的研發能量,進行跨氣候帶綠能及建築技術的創新研發,「不只有助於各式前瞻多元綠能建築科技的國際交流跟合作研發,也開拓出更多的綠色產業良機。」

工研院綠能與環境研究所所長王人謙也表示,SPINLab 啟用後,除了相關研究成果能協助建立建築設計、建材、設備等資料庫,作為綠建築、能源等標章法規修訂的實證依據之外,還可提供降低建築能耗產品一站式的檢測,扮演產品進軍南向國家同類型氣候市場的一大利基。「期盼未來產、官、學、研各界可充分運用 SPINLab 的研發動能,引導國內綠能產業升級與創新,拓展國內外通路,同時促進臺灣永續發展。」

創能儲能節能管理 節能屋實現零耗能

除了 SPINLab 驗證平台,工研院也將節能科技與建築技術整合,模擬南臺灣常見的獨棟、雙併、與連棟住宅形式,建置「節能展示屋」,此展示屋結合日本東京電力 Power Grid、東京瓦斯公司(Tokyo Gas)、台達電、台塑等 12 家企業共同參與,發展高效率設備、感測器、照明、智慧控制等技術的整合應用,堪稱臺灣先進綠建築技術的最佳展示。

能源局局長游振偉表示,目前政府大力推動能源轉型,方向相當明確,計畫在 2025 年達到「532」的目標-發電占比天然氣達 50%、燃煤下降至 30% 以下、再生能源提升到 20%,「除了致力於各項設備的效率提升之外,臺灣也應關注建築節能議題。」

創能、儲能方面,節能展示屋本身猶如一座微型電網,來自屋頂太陽能模組的電,可儲存在電池模組中,適時搭配室內電源,電力經過交直流電的轉換進入能源管理系統,系統串聯設備進行整合管理;屋內家電彼此互聯,一鍵設定就能連動運作,自動優化電力供應,達到節能目的。

節能展示屋也實現了人們對未來智慧生活的想像,例如 LED 照明可模擬自然光照,也會隨著時間變化調整明暗;另一端的電動窗廉,使用工研院與台塑研發的「染料敏化電池」,在室內微弱的光源下仍有極佳的發電效率,提供電動窗廉運作所需能量;屋內的熱水系統則是利用光電板的廢熱與熱泵互補加熱,達到發電與製造熱水的雙重功能。

在能源管理方面,工研院也與東京電力合作,裝設東京電力的「三表合一」指揮系統,將水表、電表以及瓦斯三表合一,透過長期的數據累計與機器學習,智慧電表可辨認每一項家用設備的用電量,也能協助用戶理解日常用電行為,調節出最佳的用電分配。

從創能、儲能、節能到能源管理,節能展示屋運用智慧綠能技術,比一般住宅節能 50% 以上,目前獨棟節能屋已達電力自給自足,實踐零耗能住宅的目標,雙併形式也接近零耗能建築。此外,節能屋也是全臺灣第一個社區型分散式能源系統智慧調度測試基地,協助電業機構進行電力承載的試驗。

所謂「電力承載順序」,是指電業機構尋求電力解決辦法的優先次序,一旦有電力需求,可依節約能源、需量反應、分散能源三方面順序著手,節能展示屋可模擬整個社區接受能源管理中心的調度,演練電力尖峰時段需量反應的負載管理。

SPINLab 以及節能展示屋的誕生,象徵臺灣的綠能科技與能源轉型進入新的里程碑,綠能產業的引擎已開始大力運轉,將引領著臺灣朝著亞太地區綠能發展中心的目標,穩健前行。

SPINLab 可進行多項戶外與室內節能測試,如隔熱材、塗層、遮陽與立面設計等;透過分隔的室內空間,也能進行不同材質、燈光與內裝材料的對照實驗。
SPINLab 可進行多項戶外與室內節能測試,如隔熱材、塗層、遮陽與立面設計等;透過分隔的室內空間,也能進行不同材質、燈光與內裝材料的對照實驗。
工研院攜手產業打造的「節能展示屋」,模擬南臺灣常見的透天住宅形式,是透過綠能發電、儲能、深度節能及智慧能源管理技術打造的零耗能屋。
工研院攜手產業打造的「節能展示屋」,模擬南臺灣常見的透天住宅形式,是透過綠能發電、儲能、深度節能及智慧能源管理技術打造的零耗能屋。

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 348 期 2021 年 1/2 月號,未經授權不得轉載。


《工業技術與資訊》月刊 | 《工業技術與資訊》月刊

《工業技術與資訊》月刊,現為工研院發行之全院性對外出版品,刊物發行於1991年,目前每期發行數量約為6,000份;對象含括全國具研發單位的中小企業、立法委員、政府官員、媒體等。

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