淨零建築可能帶來能源節約繁榮-彭博社

太陽遮陽和其他供暖和製冷技術使哈佛大學的科學與工程綜合體成為世界上最節能的建築之一。

攝影師：Brad Feinknopf要求美國人減少用油、調整恆温器，是否要求過多？3月18日，國際能源署發佈了一份減少石油使用的十大計劃，認為發達經濟體可以在未來四個月內輕鬆削減每日270萬桶的需求量，這個數量足以避免俄羅斯入侵烏克蘭引發的能源市場動盪導致的重大供應短缺。

該計劃的主要建議對於還記得上世紀70年代石油輸出國組織(OPEC)衝擊的人來説並不陌生：降低速度限制以提高油耗，增加公共交通使用率，限制非必要的汽車和航空旅行。但它專注於交通領域，卻忽視了建築環境中可以獲得的大量能效提升：建築物每年消耗美國能源的約40%。

然而，減少建築物能源消耗一直被化石燃料利益集團視為一種生活方式的剝奪，這一論點已經被評論員和政客內化，儘管地緣政治動盪推動油價飆升，氣候變化影響顛覆了數百萬人的生活。

這並非事實：有越來越多的效率措施 — 更好的隔熱材料、改進的供暖和空調、更少污染的家電 — 可以幫助建築行業快速減少碳排放。到2030年，幾乎所有新建築都可以實現零淨能耗 — 淨能耗意味着從電網中有所取有所還，最終能耗為零。這是一件大事，尤其是隨着向電動交通方式的轉變。

“規模化行動是非常可行的，”林賽·貝克告訴我。她是國際生活未來研究所（IFLI）的首席執行官，該機構運營 生態建築挑戰，這是一個極其嚴格的認證計劃，推動建築行業實現了幾年前被認為幾乎不可能的能源使用減少。

英格蘭諾里奇的節能新住宅建築符合嚴格的被動房認證標準。在美國，這樣的建築仍然很少見。攝影師：安德魯·艾奇森/蓋蒂圖片社實現規模化將需要增加目前較為温和的政府激勵措施。喬·拜登總統於三月簽署的1.5萬億美元支出法案中包括 32億美元 用於提升住宅能效。相比之下，德國正在“加倍努力減少能源使用”，斯圖加特工程公司Transsolar的負責人托馬斯·奧爾利用傳統技術如採光、自然通風和遮陽來減少能源使用。

德國的能源轉變不僅受到氣候危機的緊迫性的推動，還受到停止資助不友好政權的需求的加速。該國承諾在2024年前完全擺脱俄羅斯天然氣，甚至在入侵之前立即停止了 Nord Stream 2 管道的認證。這是一個政府做出的非同尋常的承諾，去年有一半以上的天然氣是從俄羅斯進口的。

費城 KieranTimberlake Architects 的合夥人 Richard Maimon 表示，在節約能源方面，“沒有靈丹妙藥”。但也不需要任何大膽嘗試。以效率為導向的技術工具 — 傳感器、控制系統和先進的能源建模 — 正在不斷增加，許多策略只等待規模經濟來促進廣泛採用。

費城 KieranTimberlake Architects 的辦公室是從一家以前的啤酒灌裝廠改建而來的，從屋頂的明間採集自然光和通風。攝影師：Michael Moran Photography Inc.保羅·舍爾（Paul Schwer）設法通過遵循新的節能減排口號，使他在俄勒岡州波特蘭的1967年牧場房屋實現淨零能耗：電氣化一切。他用電熱泵替換了燃氣爐和熱水器 — “人們不太意識到過去10年裏它們變得多麼高效，”他説 — 家庭的新爐灶是電感應型號。建築物可以通過消除任何依賴石油或天然氣燃料的設備來顯著減少碳足跡，前提是電網成功最終消除化石燃料 — 這是一個很大的假設。“整個西海岸計劃到2040年實現100%的可再生能源供電，”舍爾説，但美國其他地區的進展並不那麼迅速。

Schwer 是 PAE 公司的總裁，該公司設計了美國一些排放最低建築物的機械、電氣和管道系統，包括該公司在波特蘭為自己建造的一座面積為 58,000 平方英尺的淨零建築，採用了簡單的策略，如可開啓的窗户、充足的自然採光、良好的外部隔熱和地暖系統，所有這些都由太陽能陣列增強。

位於俄勒岡州波特蘭的 PAE 工程公司總部通過充足的日光、可開啓的窗户和地暖系統節省能源。該工程公司與 ZGF Architects 共同設計了這座建築。攝影師：Lara Swimmer這些措施可以很容易地大規模採用。“絕大多數美國建築物都是三層或更低，” Schwer 説，這使它們更容易進行能源效率改造。僅這些改進就可以將能源使用量減少高達 80%，與現有建築相比；添加可再生能源可以“立即將這些建築物帶到淨零排放。”

對於新建築，來自歐洲的要求嚴格的 Passive House 制度 可通過對屋頂和牆壁進行大量隔熱並極力消除氣密性缺陷，將電力需求降低約 75%。預製構件可以提供高能效表現同時降低建築成本。但遮陽、自然通風和日光是免費的“被動”因素，在 Auer 看來，當人們接受適度的温度變化而不是一直固執於保持 72 華氏度的密封建築時，這些因素可以更好地發揮作用。。

Transsolar幫助斯圖加特建築師Stefan Behnisch設計了一個優雅的小金屬罩網，遮蓋了哈佛大學科學與工程綜合體的實驗室，該綜合體於去年完工。這個網格經過精心校準，可以反射不需要的太陽熱量和眩光，同時可以清晰地看到外面的景色，並引入陽光，從而在白天避免使用電燈。窗户也可以打開，以捕捉季節性的微風。

由ZGF設計的加利福尼亞空氣資源委員會總部大樓設計用於應對高度冷卻需求。攝影師：Connie Zhou/ZGF在加利福尼亞的里弗賽德，403,000平方英尺的加利福尼亞空氣資源委員會總部的親密景觀庭院被三層辦公樓和工業測試結構遮蔭。這座建築由波特蘭建築公司ZGF設計，旨在容納實驗室和設施，用於測試尋求符合加利福尼亞嚴格尾氣排放標準的汽車，該建築被稱為全國最大的零碳建築。其他被動策略包括寬闊的屋頂懸挑和百葉窗，保護窗户免受加利福尼亞陽光的嚴酷熱量。間接的日光減少了對電燈的需求。

CARB設施“存在非常苛刻的運營問題，”ZGF的負責人Chris Chatto説。該設施的測試區通過各種機械升級擠壓千瓦，輔以大規模的太陽能陣列。該設施不使用傳統的空調，而是採用一種冷卻梁系統，該系統可以使用傳統風扇驅動的HVAC系統能耗的四分之一，後者通過笨重的風管噴射調節空氣。在現場消耗的唯一化石燃料是被測試車輛油箱中的燃料。

由KieranTimberlake設計的倫敦美國大使館的外立面既可以最小化熱量吸收，又可以防止鳥類撞擊。攝影師：Leon Neal/Getty Images Europe建築公司KieranTimberlake以其創新的節能方法而聞名 — 最著名的是其2017年在倫敦建造的美國大使館，該大使館裝有由一種名為ETFE的透明織物製成的太陽熱反射帆。其位於費城的總部，一座紅磚1948年的國際風格建築，是低能耗策略的展示櫥窗，包括在屋頂頂部恢復的操作玻璃頂窗，有助於自然通風並讓工作室充滿日光。其中最重要的選擇是恢復和改造建築本身，這座建築長期以來一直是Ortlieb啤酒的釀造廠。

該公司開發了一款名為 Tally 的數字工具，用於計算現有建築材料製造中所包含的碳排放量，並將其與新零排放建築的施工所產生的碳排放進行比較。該公司研究小組成員 Efrie Escott 表示：“我們發現我們需要運營新建築 186 年才能實現碳回收。”

1948 年建成的費城 Ortlieb 瓶裝廠已被重新構想為環保辦公空間。避免新建築可以大幅減少碳排放。攝影師：Christopher Leaman計算包含能量變得越來越重要，因為用於建築施工的材料和產品的“碳密度”代表了其總碳足跡的很大比例。這就是為什麼 KieranTimberlake 和其他人努力避免拆除可以保存和改造的建築結構。像混凝土、鋼鐵和鋁這樣的建築材料被稱為“惡棍”，475 高性能建築供應公司的首席執行官 Floris Buisman 表示。“它們的碳密度高得驚人。”

包含能量是跨層壓木材（CLT）這種建築材料風靡建築行業的原因之一。這些由膠合木條粘合在一起製成的柱、梁和板是一種更環保的建築材料。“由於 CLT 在許多情況下可以取代鋼鐵和混凝土，它真的有助於降低我們的碳足跡，”ILFI 的貝克表示。美國建築法規將很快允許在高達 18 層的建築中使用 CLT。

ZGF的波特蘭國際機場新航站樓的屋頂將採用當地供應的膠合木和大型膠合板進行施工。圖片來源：波特蘭港口大型木材還可以打造出引人注目的空間：ZGF為波特蘭國際機場新航站樓設計的方案包括一個由大型木材製成的380,000平方英尺起伏屋頂，由來自本地供應商的大型木材製成的梁、椽和膠合板製成。掛在天窗上的藤蔓和種植在下面的樹木，交錯的光線“就像走在森林中一樣”，Chatto説。

鼓勵減排工具和策略的理由不勝枚舉，無論是為了節省現金、拯救地球還是削弱石油暴君的力量。這裏還有一個理由：朝零排放的競賽將引發美國的綠色就業建設熱潮。目前，其他有戰略目標的國家在這一領域處於領先地位：475高性能建築供應銷售的幾乎所有能源效率產品都是進口的，Buisman説，其中許多來自德國。

美國仍有充分的機會趕上，但零排放技術需要決策者不僅僅是口頭上的支持。Transsolar的Auer説，每個人都可以參與這場競賽：“只要停止浪費能源。”

詹姆斯·S·拉塞爾，FAIA，是一位專注於建築和城市增長與變化的記者和顧問。他著有《敏捷城市：在氣候變化時代建設幸福與財富》。