智慧建築案例-日本清水建設的混合智慧外層

清水建設總部大樓，X型鑄鋁構造體。SHIMIZU

在眾多的日本建築企業中，清水建設株式會社(SHIMIZU)堪稱是智慧建築技術的佼佼者，如位於山梨縣北杜市的日本首座「零能耗建築(ZEB)」，就是清水建設利用節能創能技術、優化控制分散型電源和設備的建築能源管理系統(BEMS)，透過削減冷暖氣設備和照明負荷等方式，成功實現45%節能，同時利用光伏發電、生物質發電及蓄電池等供給100%所需電力。

清水建設更是身體力行，在東京建造了一座新總部大樓，不但被譽為是世界上永續性最高的建築之一，清水公司更聲稱其碳排放是「世界最低」。清水建設總部能源管理設計的最大特色之一，來自於其號稱「三位一體」——既是抗震的構造體，又是可抑制來自外部的熱負荷的外牆材料，還配置了太陽能電池板的混合智慧外層。

清水建設總部智慧外層採用預拌混凝土造的骨架，先是在鋁質鑄件中，夾入厚度約為1釐米的緩衝材料，然後澆注混凝土，每塊寬3.2公尺、高4.2公尺、厚0.9公尺，重量為14噸，框架除可原封不動地成為外周的支柱及房樑，與內部的承重牆一同支撐建築物外，還能形成遮擋日照的房檐功能。

而在由一大一小2個窗戶所構成的1個樓層窗戶上，下側較大的窗戶上嵌入Low-E玻璃，上側小窗戶則是嵌入太陽能電池板及抗震板。在有辦公室的西、南、北各面，安裝的是可透光的薄膜型太陽能電池板，發電效率約為10%；在有洗手間等共用空間的東面，則是安裝可兼做圍牆的多晶矽型太陽能電池板，發電效率為15%。

這些太陽能電池板，是由清水建設與夏普聯手開發，設置總數為962枚，面積大約為2,000平方公尺，預計全年發電量為8.4萬千瓦？時。此外，清水建設總部智慧外層還安裝了智慧遮陽板，能夠根據陽光的移動自動調節角度，優化自然光照條件，配合LED照明，可讓照明所需的能源，足足比普通辦公大樓減少90%。

清水建設設計本部部長荒井義人指出，在城市中心的超高層辦公大樓，如果想要充分利用太陽能電池發電，第一種方式是安裝在屋頂上，但卻可能會妨礙安裝在屋頂的空調冷卻塔等設備的熱交換；而安裝在外牆壁面上，雖然發電量與屋頂相比會下降到三分之二左右，但因為可以得到較大的安裝面積，未來只要太陽能電池板變得更便宜，投資回收速度將會更快。

但也因為玻璃與太陽能電池一體化，更新或維護的風險也相對提高。荒井義人指出，儘管更換的時期及條件尚未明確確定，但由於與太陽能電池板合為一體的玻璃，是由插入牆體溝槽中的Y形嵌合式密封墊進行固定，只要拆下位於室內的楔狀橡膠條，即可更換玻璃，更換或維修的難度不高。此外，夏普也保證，太陽能電池的輸出功率在25年內不會下降20%以上，將來甚至會有更高效率的產品可供更換，有效控制維護成本。

除了智慧外牆的硬體設計外，清水建設更特別開發出「清水˙智能BEMS」。該系統透過「小規模電力控制網」，減少個人照明、空調設備等電力設備在用電高峰時的用電量，有效減少溫室氣體的排放，排放量比一般商務辦公室減少60%。

清水˙智慧BEMS的運行流程，是先依照天氣等要素，預測第二天電力需求量做出蓄熱及蓄電計畫，參照電力削減目標，修正設備使用計畫，然後在當天根據預測誤差，配合即時控制設備，如辦公區域周圍及公共使用部分設有人體監控設施，控制個人LED照明及腳下的個人空調設備，隨時調整使用情況，用電高峰時消耗電力最多能削減20%。

清水建設總部大樓的每個設計細節，都是以永續性為基礎。除空調系統採用熱輻射原理，水管也如同毛細血管一樣鋪設在天花板下方，通過控制水管裡的水溫，天花板表層的溫度得以調節。清水建設大樓自2012年8月1日正式投入使用，預計到2015年底，公司將可通過空調系統和照明設施的轉換，以及節能系統，減少70%的碳排放，最終實現零碳排放的目標。

關於智慧建築專欄

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