零耗能建築之再生能源與技術

目前國際間對於近零定義大致有兩種，分別為歐盟提倡的「近零耗能建築

（Nearly Zero Energy Building）」與其他地區常見的「淨零耗能建築（Net Zero Energy Building）」。在大勢所趨的前提下，相關產業以整合性的軟體技術為主，

需求端管理工具、智慧溫控器、智慧空調照明系統控制，以及因應不穩定再生能 源前提下所需的智慧型電網等技術，與我國優勢 ICT 技術相配合，是下一波我國 產業升級的關鍵領域。

從零耗能建築設計的角度觀之，過去著名的零碳建築/零耗能建築設計均出現 在歐美國家，尤以英國、德國最盛，然而近來在亞洲地區也陸續出現精彩的零耗 能建築/近零耗能建築設計，例如:日本大成建設的「ZEB 實證棟」，新加坡由舊建 築改造的「新加坡建設局辦公大樓（BCA）」，香港建造業議會與香港政府合作也發 展了香港第一幢零碳建築「零碳天地（ZCB）」。因此正視國際零耗能建築潮流，本 計畫從政策面與實務設計面雙管齊下，與國際接軌，並做為我國日後推動零耗能 建築的參考依據。

零能源建築的節能技術，將比綠建築要求更高，相對一般建築就更為複雜且 成本提高，除了透過誘導或被動式設計手法，以及高效率建築設備來達成建築物 本身低耗能的需求之外，還需要整合建築智能化系統、太陽能等可再生能源在建 築上的綜合利用技術等。以位在倫敦西北方 30 公里的建築研究中心（BRE，

Building Research Establishment）為例，從 2006 年起開始與建商及建材業者 合作，已經有超過 300 種不同新材質、科技與施工方法在這裡測試，並且也已具 體建了 8 棟低碳、甚至是零碳未來屋，以提供給各界參考。英國綠建築協會（UK-GBC）

預估零碳非住宅建築蘊含龐大的商業利益，推動創新，有助於到 2050 年時創造超 過 10 億英鎊產值的出口商機。因此，明確的零碳/零耗能建築政策確實能給予產 業界投資綠色建築新技術的創新動力。

零能耗建築利用建築誘導式節能設計，以太陽能、風能、淺層地熱能、生物

27

質能等可再生能源代替傳統能源，並採用排放量極低的新型電氣設備，在供應住 宅用電需求之際，也不製造額外污染。同時，這種住宅能保持室內空氣清新，透 過智慧控制裝置自動調節溫度、濕度、含氧量等，是更為優異的居住形式。集成 技術是實現零能耗住宅的關鍵，據資料總結，零能耗住宅的技術要求包括：

(一) 根據氣候、場地、結構要求選擇合理的建築功能佈局 (二) 建造智能、保溫、遮陽的建築外殼構造

(三) 優化室內通風、採光系統，採用置換送風技術

(四) 大量使用太陽能、地熱能、風能、生物能等可再生能源 (五) 採用輻射採暖、製冷系統，提高能源利用效率

(六) 推廣節水技術、綠色建材、綠化技術等生態建築技術 (七) 使用智能建築控制技術

(八) 搭配儲能系統和蓄電池 (九) 廢熱廢水回收技術

至於在再生能源技術的部分，主要來自於幾項技術^[A11]： (一)太陽光電

太陽能發電把陽光轉換成電能，可直接使用太陽能光伏（PV），或間接使用聚 光太陽能熱發電（CSP）。聚光太陽能熱發電系統會使用透鏡或反射鏡和跟蹤系統 將大面積的陽光聚焦成一個小束，並利用光電效應將光伏轉換成電流。第一次商 業集中開發太陽能發電廠發生在 20 世紀 80 年代，位於加利福尼亞州莫哈韋沙漠 的太陽能發電廠安裝在世界上最大的聚光太陽能熱發電，354 百萬瓦的太陽能發 電系統。在 2014 年，太陽能已經在主要市場達到電網平價，而在 2015 年太陽能 發電量成長到佔所有發電量的百分之一。

(二)太陽熱能

太陽熱能是一種利用太陽能的熱能（熱量）技術，主要是接收或聚集太陽輻 射使之轉換為熱能來使用。現代的太陽能科技可以將陽光聚合，並運用其能量產 生熱水、蒸汽和電力。美國能源信息管理局將太陽能集熱器進行分類為低，中，

28

高溫集熱器。低溫集熱器的平板一般用於加熱游泳池。中等溫集熱也通常是平板，

但用於製造熱水或空間供暖，作為住宅及商業用途。高溫集熱器利用反射鏡或透 鏡聚集太陽光，一般用於生產電力。太陽熱能不同於光伏發電，轉換效率遠遠超 過太陽光能直接轉化為電能。

(三) 碟式聚熱發電

碟式太陽能聚熱發電系統中已知具有最高效率的熱機是斯特林引擎。在高規 模化生產和炎熱地區被預測為能夠產生所有可再生能源中最便宜的能量。碟式太 陽能聚熱發電系統的主要組成部分包括太陽能聚焦器和能量轉換器。太陽能聚焦 器（或碟）採集來自太陽的能量並聚焦到很小的面積上。碟狀結構可以持續追蹤 太陽。能量轉化器包括兩個部分，即熱能接收器和引擎/發電機。熱能接收器可以 吸收聚焦後的太陽光之中的能量，將其轉化為熱能，並儲存在熱空氣或熱水之中，

然後再將熱量輸送到引擎/發電機，引擎/發電機子系統利用熱能接收器採集的熱 能來發電。

(四) 塔式聚熱發電

此為集中太陽光線加熱到元件上的斯特林發動機，整個裝置作為一個太陽能 跟蹤器。此類技術利用一整個陣列的追蹤太陽的鏡子（定日鏡）以聚集陽光到一 個中央接收器。這個接收器被固定在一個塔頂上。接收器內部的熱傳導流體可以 用來產生蒸汽，以推動傳統渦輪發電機發電。於八十年代開發的塔式太陽能聚熱 發電系統，利用蒸汽作為熱傳導流體。而新型的系統則利用熔化的硝酸鹽作為熱 傳導流體，主要是因為這種流體超卓的熱容量和傳熱能力。

(五)槽式聚熱發電

此為拋物型槽電廠使用鏡像的彎曲，利用太陽輻射到玻璃管中的流體（也稱 為接收器，吸收器或收集器）運行槽的長度，反射器的焦點定位在槽。沿一軸槽 是拋物線和線性正交軸。接收機垂直於太陽的每日位置的變化，在槽東向西傾斜，

從而使接收器上的直接輻射仍然集中。然而，在陽光平行的槽中角度的季節變化 而並不需要調整反射鏡，由於光接收器上的其他地方進行簡單的集中。

29

(六)水力

水力發電是運用水的勢能轉換成電能的發電方式，其原理是利用水位的落差 (勢能)在重力作用下流動(動能)，例如從河流或水庫等高位水源引水流至較低位 處，流的水流推動輪機使之旋轉，帶動發電機發電。高位的水來自太陽熱力而蒸 發的低位的水份，因此可以視為間接地使用太陽能，由於技術成熟，是目前人類 社會應用最廣泛的可再生能源。以水力發電的工廠稱為水力發電廠，簡稱水電廠，

又稱水電站。

(七)海洋能

海洋能是利用海洋運動過程生產出來的能源，這些能量包括潮汐能、波浪能、

海流能、海洋溫差能和海水鹽差能等形式，海洋隱含極大量的能源，並靠近許多 都市或聚落。海洋能具有提供新的可再生能源給世界各地的巨大潛力。海洋受到 太陽，月亮等星球引力以及地球自轉、太陽輻射等因素的影響，以熱能和機械能 的形式蓄在海洋裏，海洋能主要包括潮汐能、波浪能、洋流能等動能量和海洋溫 差能、海水鹽差能、海洋滲透能等，有專家估計，全世界海洋能的蘊藏量為 750 多億千瓦，這些海洋能源都是取之不盡、用之不竭的可再生能源。

(八)風能

風能是因空氣流動而產生的一種可利用的能量，空氣流具有的動能稱風能，

空氣流速越高，它的動能越大，用風車可以把風的動能轉化為有用的機械能；而 用風力發動機可以把風的動能轉化爲有用的電力，方法是透過傳動軸，將轉子（由 以空氣動力推動的扇葉組成）的旋轉動力傳送至發電機。全世界以風力產生的電 力在 2008 年共約 2192 億度，當年風力供應電力佔全世界用電量的 1%，在 2014 年時全球風力發電量已增長到佔總用電量 3%。風能雖然對大多數國家而言還不是 主要的能源，但在 2000 年到 2015 年之間已經成長了二十四倍。

(九)生質能

生物質是指能夠當做燃料或者工業原料，活著或剛死去的有機物，生物質能 最常見於種植植物所製造的生質燃料，或者用來生產纖維、化學製品和熱能的動

30

物或植物，也包括以生物可降解的廢棄物製造的燃料，但那些已經變質成為煤炭 或石油等的有機物質除外。許多的植物都被用來生產生物質能，包括了芒草、柳 枝稷、麻、玉米、楊屬、柳樹、甘蔗和棕櫚樹，一些特定採用的植物通常都不是 非常重要的終端產品，但卻會影響原料的處理過程，因為對能源的需求持續增長，

生物質能的工業也隨著水漲船高。

(十)氫能

氫能源是一種潔淨能源，氫氣燃燒後會排放水 (H2O)，不像傳統的化石能源 在燃燒產生電力或動力後就消耗了，因此它可以重復的使用。氫的來源非常復雜，

包括水，生質材料、化石燃料都是氫的來源之一。產氫的方法及技術非常多樣，

從傳統煉鋼廠、煉油廠生產過程中之煤炭和石油中的烴 (碳氫化合物) 會產生氫 氣，這是副生氫氣，以往通常會被廠商排放掉，如今已經有很多廠商蒐集氫氣作 為副產品販售。

此外，化石燃料，如：天然氣、石油、煤炭都富含大量的烴，能在高溫高 壓的環境下經過觸媒轉換器與水蒸汽產生氫氣；而最廣為人知的，就是透過電解 水製造氫氣。以目前熱門討論的再生能源-氫能系統為例，再生能源以太陽、風力 或生質材產生電力，電解水產生氫氣，而氫氣可供燃料系統發電或產生熱，其副

此外，化石燃料，如：天然氣、石油、煤炭都富含大量的烴，能在高溫高 壓的環境下經過觸媒轉換器與水蒸汽產生氫氣；而最廣為人知的，就是透過電解 水製造氫氣。以目前熱門討論的再生能源-氫能系統為例，再生能源以太陽、風力 或生質材產生電力，電解水產生氫氣，而氫氣可供燃料系統發電或產生熱，其副