走向绿色能源，建造「自治房屋」

文／陈少明、温英干、冯建军

希腊神话中有一种动物靠吃自己的尾巴来维生，吃掉一条尾巴又生出一条尾巴来。这种动物的英文名叫Ouroboros，译自希腊文的同音。希腊文Ouro 是吃的意思，Boros 是尾巴的意思，通常译为食尾蛇或食尾龙。1

如果这种动物真的存在，那么牠的生存方式便是最环保的了。人们多年来一直梦想著建造一种完全不用外供能源或少用外供能源的房屋。笔者之一（陈少明）三十年前在中国《建築师》杂志上发表的「节能建築学」（Energy Conservation Architecture）一文中曾称之为「自治的房屋」（Autonomous House）或「自给自足的房屋」（Self-Sufficient House）。2 那时已有不少有识之士提出了类似现在的一些解决办法，只是没有受到人们的广泛注意，再者，这些办法还是处于不完善的初级阶段。

当今科技已相当发达，而解决温室效应的问题也已刻不容缓。目前建造一种完全不用外供能源的房屋已是可能了，我们就把这种能自生能源的房屋姑且称为「食尾式房屋」（Ouroboros House）或「自治房屋」吧。

绿色能源之兴起

诗篇二十三篇说到：「耶和华是我的牧者，我必不致缺乏。祂使我躺卧在青草地上，领我在可安歇的水边……」这是多么美好的生态环境啊！但人们出于贪婪，对地球肆意破坏，大量砍伐树木，开采石油，使得全球气候转变，气温上升。有些环保方面的权威人士认为，这一趋势若不马上改变，几年之后就无法可救了。

因气候变化而造成的影响对无力应付的穷国和小国而言，更是不公平。比方说，排碳量只占全世界2% 的非洲却要忍受因气候变化而造成多年乾旱的不明之冤。印度洋美丽岛国模里西斯（Mauritius）最近举行了一次别开生面的水下内阁会议，以唤起人们注意，如果全球再升温，那么这个国家就会沉到海底。

面对此一危机，全世界的领袖、各行各业的人都应动员起来。只有大家都抱持这种迫切感和使命感才有可能化解危机。特别是美国，其三亿人口只占世界总人口的4.7%，但过去却消耗了全世界近四分之一的能源，排放出近四分之一的二氧化碳；近几年中国工业迅速发展，其总排碳量已超越美国。3

有鑑于此，各国对节能减碳已经积极重视，相继允诺减少排碳量，开始推动所谓「绿色能源」，也就是推广不会造成环境污染的能源，例如太阳能及风力发电等可再生能源。

不可再生的能源（Non-renewable Energy）如石油、煤炭都是污染环境的杀手，由于全球每个国家都在追求高经济成长率，对石油或其他不能再生的能源或原料需求大幅上升，连带也使得温室效应持续扩大，造成气候变迁，天灾频繁。发展绿色能源可以减少对石油、煤炭的需求，以及减少二氧化碳的排放量。

除了发展节能汽车（例如气电共生汽车）外，节能减碳最好的方式是发展自治房屋，使人类日常生活起居所需的能源可以大部分靠太阳能或风力这种可再生能源（Renewable Energy）供应。节能减碳排放初期投资成本较大，但后续效益、或说投资报酬是很高的，它可减缓温室效应带来的可怕后果，也能使人类更有效治理这个地球。连带地，所谓的绿色能源投资也将引发巨大商机，形成许多新兴工业及就业机会，可以说：「危机就是良机。」

绿色能源的方式—WWS

像石油和煤炭这种不可再生能源，终久会耗尽；真正取之不尽、用之不竭的天赐可再生能源应是WWS，即 Wind, Water, Sun light （风、水、阳光）。最佳选择应是风力、太阳能、潮汐和水力发电：这些都是用WWS来达到的。最近报导，挪威国营电力公司Statkraft準备以另一种自然现象，即淡水与海水混合时产生的电力，作为新的洁净能源，也是一种新尝试。4 而核能、带有回碳设施的火力发电，什至乙醇 （Ethanol）都是比较差的选择，更不用说石油及天然气了。

美国现任能源部长、诺贝尔奖得主、美藉华人朱棣文认为，环境热效应60%来自人造结构；按理说，如果全世界的屋顶和道路都漆成白色，相当于全球汽车停驶十一年所得的节能减碳效应。这充分说明了房屋节能对减少温室效应所起的作用。其实房屋消费能源已从三十年前占全球消费能源的30% ，攀升到目前的40%，因此房屋节能在减少温室效应中能发挥重大的作用。这点众所周知，只是绿色能源的经济效应经常引起人们的争议。

早在布希政府当政时，已有以降低联邦税来奖励绿色能源房屋的措施，只是知道者什少。欧巴马政府上台后又提出一系列新的房屋节能的减税奖励措施，使得自治房屋中的节能设施变得越来越经济合算，有的设施安装后对屋主几乎是免费。这更使绿色能源设施再也不是为少数人所拥有，而是能和电视机、电冰箱那样进入每家每户的普通设施。5

目前美国住家或商用的自生能源系统基本上有三种：太阳能系统、小型风力系统及地热泵系统。小型风力系统在我们所住的首府华盛顿地区因风力不够强劲，用得不多。地热泵系统因无法解决全部能源问题而用得较少。那是利用地底温度四季较稳定，与地面形成不同温差来发电、生热或冷却，但它无法解决全部能源问题，因为它本身也需要初始能源来带动生热或冷却设备。

▲小型风力系统在华盛顿地区因风力不够强劲，用得不多。

地热泵系统由热泵（一般设在屋内）、地下热交换器（一般由管网组成，用来在冷却时贮存能量，加热时从地中提取热量），分配器（风道或地下放射管道，将热气或冷气分发到各个房间）三样东西组成（如下图所示）。因为地热泵系统的构件不是在地下就是在屋内，不影响美观，纵使有爱管閒事的邻居也无从抱怨了。再者，地热泵系统与天气好坏无关，若能与有些靠天吃饭的太阳能系统和小型风力系统结合，便会达到天衣无缝之美，使房屋能源达到完全的自给自足。

▲地热泵系统。

有趣的是还有一种叫「人体运动能源」（human motion energy）的系统正在发展中，它是利用住宅中人们走动较多的楼梯踏板或走道板中人体与地板磨擦生电来自生能源。美国和日本目前都有在地铁站等人群聚集的地方做人体运动能源系统的赏试。正如大家所知的风力发电场叫「风力农场」（wind farm），将来也可以利用人们走动或车轮滚动的「人群农场」（crowd farm）来发电。大型共用的农场配合各种建築中的自生能源，也许可使人类摆脱对石化燃料的依赖。

智能房屋举例

在笔者所居住这一地区，除了少数风力发电的尝试（例如本地区自来水厂建造十四座风力发电机），供商店及住宅使用最普遍的便是太阳能系统。太阳能系统又可分为三种：即太阳能热水器、太阳能热风及太阳能发电兼冷气系统。由于政府及厂商的优惠政策，已经有许多商家及住宅区开始装设。例如笔者（陈少明、温英干）最近就在自宅装设太阳能热水器，效果不错。

▲太阳能热水器上方的圆筒水箱可以保温八十个小时。

此外，最近笔者（陈少明）在协助华府波托马克地区的一栋「智能」房屋的二期工程中进行了大胆的能源自给设计，将上述三种系统全部用上，希望这房子接近「自治房屋」的程度。此房屋面积约七千多平方英呎，笔者在一期工程设计中早已留下伏笔：在其入口漏花墙中、厨房岛型吧台的落顶中及楼上酒吧间的漏窗中均采用了绿色能源的符号（如右图）：这预表著二期工程中「食尾」式能源的到来。

在二期工程中由一家绿源公司设计并安装太阳能热水器、太阳能热风系统（由笔者冯建军设计安装），经过厂商回扣（Rebate）、减税（Tax Credit）及能源支助（Energy Grant）后，屋主都是分文不花的。这两种系统都是在太阳能板背面刷特殊的黑色化学塗料，使之在间隙产生小型温室效应，将水加热送到太阳能热水器的水箱中，或将加热的空气打到中央空调系统的风道中；均不用蓄电池，寿命可达三十年以上。太阳能热水器水箱中的水可保温八十小时。

▲智能屋顶上铺设大面积的太阳能集光板，不仅吸收太阳能，还可延长屋顶寿命，阻绝日曬，一举数得。

最后，这栋房屋的第三种能源是太阳能发电系统，由另一家绿能公司设计，他们在醒目的屋顶上排放四十四个闪闪发光的太阳能矽板，给人们一种高科技（High-Tech）的高精緻感。这一系统发电能量为一万瓦，是超过本房所需的，主因有二：一、它采用双向电錶，发电过多时将电供入主电网中，不够时再从主电网中取回。二、目前多晶体光电板前三年还是会有些效应减弱，之后的衰减幅度就非常小了，因此设计超过所需也是考虑到这一点。

这套系统造价较高，经过各种优惠后，屋主还需付四万多美元。但考虑到美国电费逐年上涨，本房又耗电很大，不到十年也就把本钱拿回来了，看来还是合算的。三种太阳能系统在这里大显身手又彼此配合，使「食尾」式自治房屋的理想提前到来了。

▲天花板、厨房、楼梯间、二楼均采用绿能符号窗户，预表二期工程「食尾」式能源的到来。

这幢房屋形式属于现代型（contemporary），特点是顶层高，给人明亮宽敞的感觉，但也因此造成保温隔热效果比美国常见的殖民型（colonial）房屋要差，所以耗能较大。如今在屋顶铺设了大面积的太阳能集光板，不仅吸收了太阳能为房屋提供热水、暖气和发电，还等于在房顶加上了一层厚厚的保护层，延长了屋顶的寿命。此外，夏天阳光不直接照射在房屋顶上，有效降低了房屋的温度，可谓一举数得。

待全部太阳能系统安装后，试行一段时间后，可再考量是否安装地热泵系统加以补充。这样，绿色建築、绿色能源正为走向绿能生活的人们提供一个健康舒适的生存空间，让我们的地球远离沙漠，绿色长驻。

▲厨房落顶处的绿色能源装置—太阳能暖气机。

结语

神造人的目的就是要使人管理全地、治理这地（参考创世纪2：26, 28），人类在环境保护、节能减碳方面更是责无旁贷。

据估计，如果能源的使用方式再无改变，石油存量在本世纪中叶即可耗竭，人类将面临浩劫。相对而言，可再生能源如太阳能却是取之不尽、用之不绝；因此世界主要国家都在强调绿色能源，并发展绿能产业，使经济成为可持续发展的经济。本文所提的几种WWS系统已在美国商业及住宅区风行，除了响应政府的节能政策、享受节税优惠外，也能为社会创造少污染、少消耗「不能再生能源」的良好环境。

註
1. 参见解释：http://en.wikipedia.org/wiki/Ouroboros
2. 陈少明、张明宇，「顺应时代需要的新学科—节能建築学综述」，《建築师》杂志，1981年8月，87-101页。
3. 根据联合国估计二氧化碳排放量资料，2006年全世界共排放2843公吨；其中以中国排放最多，共610万公吨，占全世界21.5%；美国第二，575公吨，20.2%。但以每人排放量而言，美国18.67公吨居首位，俄罗斯11.03公吨，欧盟7.84公吨；中国4.57公吨，只比世界平均值4.18公吨略高。见http://en.wikipedia.org/List_of_countries_by_carbon_dioxide_emissions。
4. 联合报电子报，「挪威洁净能源 淡水混海水…来电」，2009年11月24日。
5. 如果想知道美国联邦及各州政府推行的减税及奖励措施，可上网查询：http://dsireusa.org