大楼越高耗电越高,似乎是相当直觉的常识,但可不见得房屋越矮就越省能源,因为比起平房,大楼中央空调可一次处理整栋大楼许多户,平均起来往往更有效率。事实上,平房以每人能源消耗量来说的确常常是胜过大楼,那么,到底多高的大楼是比较省能源的,多高的大楼是比较耗能源的,最节能的理想高度存在吗?
为了解答这个问题,艾德里安史密斯和戈登吉尔建筑事务所(Adrian Smith + Gordon Gill Architecture)以模型研究,从 2,000 户人家全部都住平房,到 2,000 户人家全都住在一栋超高大楼之中,中间分为 9 种不同情况,来计算能源使用效率。其结果是,果然超高大楼和 2,000 户平房,都是更为耗能,而最节能的楼房高度,则是在 4 层楼高。
建筑物直接间接造成 4 成的温室气体排放量,这是之所以进行这次研究的主因,而研究结果对艾德里安史密斯和戈登吉尔建筑事务所来说也有点尴尬,因为艾德里安史密斯和戈登吉尔建筑事务所是超高大楼开发商,开发的著名建案包括沙特阿拉伯的吉达塔,高度达 1 公里高。
以建筑物为单位来看,越高的大楼一定更耗能,但是平均到以每人为单位,就不一定了,因为大楼容纳更多住户,另一方面,以温带国家来说,耗能的大宗是冬季供暖能源,平房的热能从屋顶散失就损失了;相对的,大楼中,一楼的热能上升到屋顶,只是加热了二楼,另一方面,一套有规模效率的中央供暖系统来提供所有房间暖气,也比平房各自供暖来得相对节省能源。
新建大楼也往往采用更好的断热材料以及种种节能设计与技术,优于一般欧美木造平房,这种种原因加成,使得大楼在人均能源使用效率上胜过平房,这也是为何大楼林立的纽约市,以人均能源使用为基础的节能评比常常名列前茅。
不过,当大楼超过 4 层楼以上,越盖越高时,这个优势就会逐渐反转,过去伦敦大学学院能源研究院(UCL Energy Institute)在英格兰与威尔士分析 611 栋办公大楼的电力与瓦斯账单发现,10 层楼以上的大楼每平方英尺面积耗能比起不到 10 层楼的大楼高出 76%。大体上,每提高一层楼,平均增加 2.4% 耗电与 2.9% 燃料使用。
高层大楼的耗电主因之一是电梯,艾德里安史密斯和戈登吉尔建筑事务所的研究中指出,最高的大楼,电梯用电占总用电可达 1 成,而且,不仅需要电梯来把人运送到高层楼,也需要送风扇来将冷暖气输送到各楼层,并且需要有抽水马达来将水抽上高楼层,这些在在增加了用电。
此外,许多办公大楼设计为玻璃帷幕,或虽非玻璃帷幕,但是窗户面积仍远比一般平房来得大,就隔热的角度来看,即使隔热效果最好的隔热玻璃,往往都还是无法与隔热效果最差的墙壁相提并论,大体上隔热能力最佳的玻璃,也只有一般墙壁五分之一的隔热能力,夏天热力不断流入,冬天热能不断流失,都造成空调必须更耗能源弥补,因此窗户越大越多,自然就会造成耗能激增。
不过,随着建筑材料、节能技术,以及-法规的变化,新大楼的能耗随着时间正在改善,在玻璃问题方面,正在发展多层隔热玻璃以达成更好的隔热效果,以 View 为首的智慧玻璃产业界则正在主攻自动随着光度、温度改变颜色以调整采光与隔热的智慧玻璃,另一方面,透明太阳能电池发电则可能让窗户能发电,弥补用电量。
大楼的集中性,办公大楼的业主较单一,也让改善大楼能源效率,比起改善大量分散的平房更为容易,如更换大楼的中央暖气为热泵,更换冷气为储冰式系统,可以一口气节省整栋大量能源,将大楼中所有的照明都更换为 LED 照明,可一口气省下大量照明用电。
在这些效应下,未来最节能的大楼高度,可能不会是现在艾德里安史密斯和戈登吉尔建筑事务所研究中的 4 层楼,而可能会往上增高几楼。减碳顾问,也是《新碳建筑》( The New Carbon Architecture)一书中关于建筑高度部分的作者 Ann Edminster 认为,最终最节能的大楼高度,可能会落在 6 ~ 12 楼。
- Getting Building Height Right for the Climate
(首图来源:Unsplash)