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克服空污炎熱乾旱!交大TDIS設計團隊自建沙漠綠建築,排名全球第七!

2019/08/07 |整理:李茗家 點閱人次: 264

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互動式遮陽板
圖片提供/國立交通大學跨領域設計科學研究中心

克服杜拜氣候環境,「微型氣候調節處理器」及「互動式遮陽板」小兵立大功~


由國立交通大學師生組成的跨領域設計科學研究團隊(Transdisciplinary Design Innovation Shop, TDIS),於2018年中東十項全能綠色建築能源屋競賽(Solar Decathlon Middle East 2018)取得創意解決方案獎(Creative Solutions Award)第3名、團隊總成績第7名的好成績。跨領域設計科學研究中心助理研究員曾聖凱提到,雖然獨家研發的「微型氣候調節處理器」及「互動式遮陽板」,當時尚處實驗階段,在經過此次競賽歷練後,已令人看見未來龐大的發展潛力。


表/2018中東十項全能綠色建築能源屋競賽排名
排名 隊伍 分數
1 Virginia Tech 937.83
2 UOW 905.56
3 BaityKool 895.87
4 EFdeN 879.47
5 Sapienza 872.55
6 VIRTUe 862.38
7 TDIS 768.24
8 Know-Howse 766.47
9 Aqua Green 755.94
10 KSU 734.13
11 Jeel 719.56
12 AURAK 652.06
13 MizanHome 599.72
14 ORA 567.56
N/A NYUAD 0.00
資料來源/Solar Decathlon Middle East
網站:https://www.solardecathlonme.com/

TDIS成立於2015年,緣起於交大建築研究所師生組成的跨領域設計團隊Team UNICODE,當時設計團隊以「蘭花屋」(Orchid House)參與2014年歐洲盃十項全能能源屋競賽(Solar Decathlon Europe 2014),首度參賽即獲得都市設計獎第1名、創新獎第2名及能源效率獎第3名的殊榮。(請參閱「交大蘭花屋, 創造城市新美學」「雙雄聯手打造綠能未來屋──台積電交大能源教育館」

此次是交通大學第二次參賽,更召集了校內不同科系、不同領域的學生組成團隊,來挑戰中東極端的沙漠型氣候,像是強烈的太陽輻射、巨大的日夜溫差以及空氣中瀰漫的粉塵等環境難題,打造出一座能夠適應當地氣候的智慧建築。


高能源使用效益 創造最舒適的室內環境

曾聖凱提到,一棟建築的遮陽與斷熱功能影響著室內溫度,而室內溫度高低又影響到我們的體感舒適度,因此用以控制室內溫度的空調系統,容易成為能源消耗最多的部分。「此次我們參考德國被動式房屋(Passivhaus)作為建築節能的基礎理論,從氣密、絕緣、熱泵、機械換氣、採光等5大方面著手,構思出因應杜拜氣候條件的能源屋。」

以「被動式房屋」概念設計出適合杜拜氣候的能源屋
圖片提供/國立交通大學跨領域設計科學研究中心

「競賽規定要在255小時內,由學生建造出整棟房子,考量學生的體力、建造能力及現場建造條件,我們盡量採用模組化設計的材料。」曾聖凱表示,模組化設計的氣密構造搭配氣密膠等材料,盡可能地達到氣密效果;在絕緣方面,則是以三明治結構隔熱板(Structural Insulated Panels, SIP)工法為主,在木質牆板間加入發泡材料,達到優良的隔熱、保溫及隔音性能;而在一些隔熱性能要求更高的地方,則採用了成本較為昂貴的真空絕熱板(Vacuum Insulation pane, VIP)。

能源屋在木質牆板間加入發泡材料,達到優良的隔熱、保溫及隔音功能
圖片提供/國立交通大學跨領域設計科學研究中心

在採光部分,團隊力求建造一棟最明亮的能源屋,選擇運用大量玻璃引入自然光,減少燈具等人工光線的使用。由於杜拜陽光強烈,因此構思出遮陽板裝置,但是當地環境有沙塵暴問題,沙子會卡住一般的調節式遮陽板,因此,「互動式遮陽板」就此誕生。曾聖凱表示,其特別之處在於設計一個採用電子紙材料的遮陽板,運用電子紙的超低耗電及可以透過黑色跟白色比例調整進而產生灰階變化的特性,透過黑色、白色對光線的反射差異,改變遮陽板的反射光線能力,進而控制光線進入室內的量。再配合照度偵測器,使其能夠針對內部及外部環境照度差異,自動維持屋內穩定的照度,甚至還能夠在面板上顯示資訊,對外傳遞各種訊息,搖身一變成為電子看板。

「微型氣候調節處理器」則扮演調控室內溫度的重要角色,曾聖凱表示正常情況熱量的流動是由高溫傳導到低溫,要顛倒過來則須藉由熱泵(Heat Pump)裝置。「我們將常應用在半導體製程設備的熱電致冷晶片(Thermoelectric Chip),拿來作為熱泵裝置,當太陽光電的直流電進入晶片時,將會分別在熱電致冷晶片的兩側產生吸熱與放熱的現象,使得該處溫度分別降低與升高。」如此就可以透過儲熱桶或是儲冷桶(以水作為介質),將冷水與熱水分別儲存起來。當白天需要降溫時,將冷水導入室內輻射天花進行降溫,而晚上需要加溫時,則將熱水導入輻射地板以維持室內溫度。特別的是,在系統做動時,可將空氣中的水分凝結,當室內過於乾燥時,則可以用超音波加濕器增加空氣濕度或收集水蒸氣。在杜拜這種缺水的環境中,可更有效地利用水資源。

微型氣候調節處理器
圖片提供/國立交通大學跨領域設計科學研究中心

目前這兩項技術還在持續研發及精進,期望進一步提升模組化設計、系統優化、設備耐久性以及造價成本等,進而達到商業效益。曾聖凱也透露下一階段目標,希望能夠將這些節能技術應用在特殊需求,如健康住宅或長照住宅等場所,打造優質的居住環境。

「參加競賽的主要目標是讓學生從實作中學習跨領域合作,動手解決日漸複雜的環境問題。跨領域設計科學研究中心將會朝整合性設計方面發展,進一步協助國內相關產業於節能方面開發其加值化的可能性,促進產業技術發展。」曾聖凱也表示,TDIS團隊也十分樂意分享參賽經驗給其他有興趣的學校,共同為城市注入更多永續的未來。


〈補充資料〉

被動式房屋(Passivhaus):根據台灣被動式房屋論壇(Passivhaus Taiwan)說明,被動式房屋是指能夠適合當地氣候環境,以最少的能源消耗創造舒適、健康生活環境的建築。


關鍵字:節能,綠建築,TDIS

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