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工研院 Green Campus 打造綠色科技城
 
撰編:唐植梅 最後更新時間:7月 | 30日 , 2022
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專家
 
工研院 綠能與環境研究所智慧節能系統技術組長鄭名山
專長
熱質傳、聲子與聲學、固態物理、能源相關應用研究包括LED照明、冷凍空調、建築節能、太陽能、氫能與熱電。
榮耀
2012 十大傑出工程師(中國工程師學會)、2001 優秀青年工程師(中國工程師學會)
Short Bio
國立成功大學博士,現任工研院綠能所智慧節能系統組組長,督導綠色建築和固態照明相關計劃。鄭博士擁有超過21年與能源相關的研究經驗,包括LED照明,冷凍空調,建築節能,太陽能、氫能與熱電,並在這些領域撰寫超過100篇刊物和擁有30項專利。
產業發展與環境保護能否並存?創新的科技能否為自然環境帶來機會?對產業技術研發重機構的工研院來說,這個問題不僅是肯定的,實際上,工研院正以全院區的老建築物做為場域進行Green Campus改造計畫,透過科技設備與創新的技術,要讓這裡變身成為一座春水綠意、螢火點點的綠色科技「阿凡達」。
 


位於新竹縣竹東鎮的財團法人工業技術研究院(簡稱工研院,ITRI),是台灣最大的產業技術研發機構,但走在院區裡,一眼望去儘是廣大的草坪、濃密的樹叢,綠意盎然的小池塘,道路上還有不少人騎著U-bike穿梭,悠閒的氣氛宛如置身鄉間小鎮,幾乎聞不到任何科技產業的味道。

運用資通訊 老建築省能30%
工研院於2011年通過決議以自有資金六億多元進行綠色低碳院區Green Campus計畫,預計要在2017年讓全院區達成節能30%、減碳40%、綠覆率達125%以及綠地澆灌100%回收水等幾項目標。全球暖化,節能減碳是重要議題,而全世界的能源消耗建築約占三分之一,因此談到節能,建築物便成為優先改造對象。工研院竹東院區約有八十餘棟建築,最早的在民國73年就己興建,其他建物也有二十多年歷史,當時的技術談不上節能規畫,因此在Green Campus計畫確認推動,便展開一棟一棟盤查。Green Campus由綠能與環境研究所主導,而64館正好是綠能與環境研究所的總部,因此成為最早期進行改造的建物之一。

綠能與環境研究所智慧節能系統技術組長鄭名山表示:「其實64館是改造的第二棟,第一棟是面積比較小、比較單純的10館。」他說舊的建築改成綠建築就像是「穿著西裝改西裝」,困難度很高,因為建物裡有人在活動使用,改建時不能影響人的工作,也因此受到蠻多的侷限。但是改造之後的成果也令人眼睛一亮。10館的節能比原來降低了43%,原就是節能設計的64館則是又再降低29%,成為全球節能建物排名TOP 2。在節能條件下還能做更節能,重要關鍵就是新的技術不斷加入。

「像是工研院自己開發的磁浮式冰水機,效率就比較高,照明的控制也有新的智慧化控制。」鄭組長表示,除了新技術,軟體管理也發揮了大功效。「每個會議室都有個智慧化的管理系統,人離開了它會自動幫你關掉相關電氣,CO2高了會自動打外氣,另外還大量使用晝光照明等。」從戶外的環境條件、戶內的人員使用情況讓整個系統可以最佳化的調控,這也對節能有幫助。」

設備科技挹注 節能好上更好
有人認為綠色建築應是大量植栽綠色,以天然環境達成適合人的舒適住所,如果透過科技設備使用,還能稱為綠色建築嗎?「要看你從什麼角度看。」鄭名山組長說,以竹子做為建材,不需要冷氣也能冬暖夏涼,什麼設備都沒有,這是理想中的綠建築。但如果從節能減碳的角度來看,綠建築與智慧建築的目的一樣且相輔相成。「綠建築可以大量引用自然光、晝光,智慧建築則可配合晝光的引進自動調控室內的燈光,晝光不夠時把燈光調亮一些,晝光夠的時候就減少供應光源,兩者之間可以互作搭配。」他作了以上說明。

綠建築與智慧建築都能做到節能,但強調的面向不同。綠建築新建的設計案多是從遮陽的設計、牆壁材質、開窗比例、多種樹或微氣候的調節,可以做到二成到三成的節能效果;智慧建築透過智慧的設備進行管理,也可以做到這樣的水準,兩者效果類似,如果並用可讓效果相乘加倍。一棟建築設計之初可能是綠建築,未來再增加許多控制設備進去後就會變成智慧綠建築,既是綠建築也是智慧建築。

通常一般建物可做到20~30%的節能效果,為了讓節能可以做到投資回收的效果,工研院設定所有研發回收年限必須在7~8年內,也就是今天花了錢進行改造後省下來的電費,必須要在7~8年內回收當初的投資。「這算是比較寬鬆了,一般企業一聽到需要三五年就興趣缺缺,超過五年就幾乎不願意做了。」鄭名山組長說。

Green Campus有兩大目的,除了節能減碳,也讓工研院自己開發的技術在院區裡先用,透過「Living Lab」實驗場域概念增加技術成熟度,並讓外界廠商驗証該科技執行程度,未來技術移轉時就會有高度信心。「目前有些技術已經成熟,一般民眾在特力屋就能買到,高效率的離心機也已成熟技轉給廠商,有些仍在實驗階段,像是磁浮式冰水機目前就還在實驗尚未商轉,另有院區裡老舊燈管改用市面上已有T5燈管,但院裡有開發燈光的控制系統,目前這部份未成熟,也仍在實驗階段。」

降低耗能 自己發電自己用
與國際相比,台灣目前的研發技術如何?會因不同環境及氣候而有落差嗎?鄭組長認為,台灣技術與國際相當,只是在細部的手法有差異化。像是一般辦公大樓建物的照明,國際間或許會採用開窗或大量用感應器調控,工研院在64館的照明設計則是在房子的外面設有兩個晝光感應器,透過模擬的軟體感測外面太陽的光照、計算進來的日照亮度並調節辦公室內的燈光亮度供應。

「除了要控制成本,另一方面是如果每個房間都有感應器,很容易因人經過、搬動傢俱或被陰影遮住等影響感測。」鄭組長表示,只使用兩個感應器不但可降低成本,其他就靠設有「Dali」 控制邏輯的控制器裡控制,目前Dali控制器也已經技轉出去。

因應全球節能減碳的永續發展,歐美國家長期政策朝向零耗能,工研院2011年亦結合相關產業界成立零耗能建築技術發展聯盟。所謂零耗能就是建築物自己產生的能源或電力自己用,不需要再去買電,也許瞬間可能不夠必須從台電購買,但如果自己生產電力有多的就賣回給台電,全年平均下來電的消耗等於零。

要如何做到零耗能?「一般房子可以在屋頂裝太陽能電板,房子裡可做各種節能措施,這樣產生的電就足夠自己用。但晚上太陽光沒有了 使用者也沒採購儲電裝置,這時候就得靠台電的電供應,可是白天如果電夠多可以賣給台電,淨零耗能就是在全年統計下來,讓賣給台電的與買進來的剛好Balance。」鄭名山組長指出,以台灣的氣候條件及每單位樓地板面積耗電量(EUI)計算,透天厝或是二、三層樓的辦公大樓依上述方法就可以做到,而一般四層樓高的辦公建築一般約在120到150之間,只要能降到50也能做到淨零耗能。

為了要讓目前也只做到70的64館降到每單位樓地板面積只消耗40度的電力,工研院正透過新技術,一方面產電一方面節電。「目前LED的燈發光效率還可以提升,另一個是空調。產電的太陽能電板用於發電,但發電後會產生熱,太陽能有20%會變成電,另外80%會變成熱,這個熱可以做為「熱趨動型冷氣」或稱為「太陽熱能冷氣」,這個部份又可以把耗能往下降;空調系統裡的除濕也是建築耗電的原因之一,我們也正在開發一些新的除濕系統。另外耗電的如飲水機、 電梯等,這些都改掉就有機會做到零耗能。」鄭組長表示,淨零耗能是一個口號,
「降低耗能,同時自己發電自己用」才是強調的重點。

開放雲端平台 擴大節能觀念
為了讓不了解建築設計或相關技術的業者也能參與零耗能,零耗能建築技術發展聯盟裡設有一個「雲端能源分析平台」建築模擬,業者只要提供原有設計圖,雲端平台即可依資料庫數據模擬出設計建物在一年中可能產生的耗電量及建議節能效果,提供給建築師參考或修改。工研院開發完整的「雲端分析平台」,另設計雲端版開放給外界都能使用。



鄭組長表示:「雲端版把台灣常見的建築型態都建成資料庫,常用的設備也建成資料庫,建築師只需提供建築圖,工作人員就能依數據輸入並在雲端上直接得出模擬分析結果,讓建築業原本要花兩三個月做的節能分析濃縮到兩天就可以做完。」

打造綠建築,讓建築物達到節能減碳是工研院現階段長遠的目標,但台灣便宜的電價讓「節能減碳」做起來總是慢了一些。鄭名山組長指出台灣相關法規僅著重外殻的建造,內部設計卻未特別規定,內政部雖有中央空調設計(節能)準則,也只有寬鬆的規定主機容量、大小等,而國際間對不同建築物的空調、耗能、材料、主機的效率等都有詳盡的規範,他認為法規上還有改進的空間。



台灣經濟的掌舵者如張忠謀、胡定華、蔡明介等都來自工研院,四十多年來,工研院從創新研發、人才培育、智權加值、衍生公司、育成企業、技術服務與技術移轉等過程,對台灣產業發展產生舉足輕重的影響。「希望能透過降低成本,建築師願意運用節能效果更好的技術,是目前我們正積極努力的方向。」鄭名山博士對目前工研院的研發方向做了這樣的定位。
 
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