零碳排建築怎麼設計？麻州社區大學第一座零碳排實驗室示範跨領域機能設計

美國麻州布里斯托宣布校園將於2050年前達成碳中和，也推動了第一棟校園的零碳排實驗室。設計團隊運用了哪些跨領域機能思維？

提到綠建築，多數人首先想到的可能是 LEED（Leadership in Energy and Environmental Design）。這項由美國綠建築委員會（USGBC）制定的評估系統，已成為全球通用的綠建築指標，涵蓋超過 182 個國家，台灣也有多座企業總部與商辦取得認證。例如，台北101在2016年取得LEED白金級認證。

即便綠建築指標推行多年，建築本身仍是全球碳排放的主要來源之一。世界約三成碳排來自與建築相關的能源消耗與溫室氣體排放。正因如此，建築節能與減碳逐漸被納入各國氣候政策核心，成為不可逆的趨勢。

近年，零能耗／零碳排（Zero Net Energy, ZNE）建築案例陸續出現，並納入多國的減碳政策目標。ZNE意味著建築每年所需的能源，由其自產能源完全抵銷。LEED 作為評估框架，ZNE 則是其中明確的落實目標之一。即便未達淨零能耗標準，建築仍可取得 LEED 認證；反之，實現 ZNE 的建築，也可納入 LEED 計畫架構。

美國麻薩諸塞州布里斯托縣府在此趨勢下宣布，校園將於 2050 年前達成碳中和。這項政策推動下，該地誕生了第一棟零碳排實驗室。

達成麻州政府建築淨零碳排目標的布里斯托社區大學。圖片來源／Sasaki公司提供

以公共空間串連跨領域機能的建築設計

布里斯托社區大學的斯伯雷加（John J. Sbrega）健康與科學大樓，是一座以跨領域學習為核心的教學場域。建築設計回應多方條件：麻州州政府要求的 LEED 銀級綠建築認證、縣政府對校園零碳建築的承諾，以及學校提出對講堂、實驗室與彈性公共空間的實際需求，設計團隊需同步考量各項節能策略。

不同於傳統以機能優先的空間配置，建築大樓由設計公司 Sasaki 操刀，將共學交誼廳置於建築核心，讓交流與共享成為空間起點，並於周邊安排基礎科學與健康專業課程所需設施。

基礎科學部分，規劃了可彈性調整的教學實驗室與輔助空間，服務野外生物學、生物技術、微生物學與普通化學等課程；健康領域則設有照護與模擬實驗室、臨床實驗科學與醫療助理實驗室，以及牙科衛生實驗室與教學診所，對應實務教學需求。

協助建築物同時取得LEED銀級認證的節能設計

機能配置之外，Sasaki也透過公共空間挑高、大面積玻璃採光、教室與實驗室油漆明亮白色，大幅減少照明和插頭負載；設計高性能外殼、自然通風系統、更寬的室內溫度範圍、局部冷卻等減少能源使用。

建築設計「節流」了，但，「源頭」呢？

為了要從源頭減少碳排，Sasaki考量焓輪熱回收和混合源熱泵系統。具體策略而言，設計師採用兩項策略來消除對化石燃料的依賴，應用於供暖和熱水系統。

1. 採用雙源熱泵系統，整合空氣與地熱，讓系統能在更廣泛的地溫條件下運作，減少地鑽數量。同時搭配空氣供源組件，依據季節調整供能來源──如過渡季節與夏季優先使用空氣能源。
2. 安裝太陽能熱水系統。設計團隊活用校園現有的 3.2 兆瓦地面型太陽能板，作為大樓能源來源之一，並於屋頂增設太陽能板，進一步補充電力。

在雙源熱泵與太陽能雙策略推動下，未來大樓僅需使用全校太陽能電力的 17%，遠低於原先設計預估的 50%。

設計團隊分析，能源需求主要源自於建築內的18個通風櫃，這些通風櫃原始設計目的是排出建築裡的氣體，其中便包含實驗室中的有害氣體。然而，若採用傳統通風櫃，氣體將不經過濾直接排到室外，考量到校園安全，團隊大膽提出將過濾式通風櫃（Filtration fume hoods）設計，應用在整體建築中。

過濾式通風櫃是一種用於實驗室的安全設備，用來保護使用者不暴露於有害氣體、蒸氣或微粒中。與傳統的排風型通風櫥不同，它不需要將氣體直接排出建築物外，而是透過內部的濾材系統（如活性碳或HEPA濾網）過濾空氣中的有害物質後，再將淨化後的空氣排回室內。

由於濾式通風櫥不需外接排氣管線，可大幅減少暖通空調（HVAC）能耗；不需固定管線，適合靈活配置的教學或研究空間，在在使得使用濾式通風櫥能有效降低因建築空氣交換頻率過高所造成的能源消耗。

雙源熱泵系統、太陽能熱水系統、過濾式通風櫃帶來的節能措施包括：每小時換氣次數減少67% 焓輪熱回收、將冷氣／暖氣與通風分離，根據空間佔用情況使用風機盤管進行局部冷氣、空氣處理能力減少67%。

校園建築節能設計。圖片來源／Sasaki公司提供

單單是建築物節能設計、取得LEED銀級認證，仍不足以回應州政府的淨零碳排承諾。為此，Sasaki在建築以外的空間動腦筋。

景觀聯繫建築群、建立生態系統的整體思考

「景觀設計上考量對建築本身的助益，因此設計的花園肩負重要的雨水管理功能。同時，我們研究了南新英格蘭地區自然景觀特色，選用鮮豔且能反映地方植被的花種與樹木。」景觀建築師Ian Scherling說。

具有保水滯洪功能的景觀綠地。圖片來源／Sasaki公司提供

由於斯伯雷加大樓的前身是一片空曠的綠地，Sasaki思考的是，在有了新建築物後，如何能夠持續保有綠地保水滯洪的生態功能。於是，設計師們將原先的綠地轉化爲原生種植披。景觀師進一步與土木工程師合作，打造減少排放至市政下水道的逕流水量，並利用植栽滯洪池提升水質的雨水管理系統。

以生態系統整體思考的景觀設計。圖片來源／Sasaki公司提供

透過數位計算，待等植被長成後，每年預計可攔截約10萬加侖的雨水，節省約6,900千瓦時的能源，並固碳約32,700磅。換言之，每年為學校節省超過11,500美元。

當校園綠景成為學生、教職員及社區居民學習在地生態系統、生物多樣性與授粉者棲地的教室，始得原先承擔教育意義的空間，不單單只是大樓裡的實驗室，而是校園裡的每一個轉角。