可用人類體溫來加溫的建築
從巴黎悶熱的地鐵站到美國的大型購物中心，人體熱能有助於減少燃燒石化燃料來取暖的必要。
這座七層高角落建築的乳白色的外牆，與位於巴黎市中心的Rue de Beaubourg的鄰居們融為一體。該區以其更顯眼的居住者而聞名，一座當代博物館，同時也是一座奢華的20世紀建築宣言的龐畢度藝術中心僅幾步之遙。
儘管你不會從外觀看出，相比之下，位於Rue de Beaubourg，門牌2號的建築看起來就很樸素，但它的設計卻非常的不尋常。自2015年以來，該建築就一直從附近地鐵站喧囂中的人群汲取溫暖。
地鐵隧道內的氣溫比室外高10度C左右。設計這個抽熱系統的Paris Habitat社會住宅建設公司的氣候和能源策略師，Genevieve Littot表示，這種熱能主要來自於在車站中移動的人群體溫和火車所產生的熱量。
“一個樓梯將建築物的地下室連接到地鐵隧道，”Littot 說。“該裝置透過現有通道從地鐵隧道中抽取熱空氣，使熱空氣透過熱交換器產生熱水，再用於空間供暖。”
這種餘熱可為Beaubourg大樓的20間公寓和樓下的商場提供高達35%的熱能。Littot補充說，這比單獨為建築物供暖更有效，而且它有助於透過區域供熱系統來最大程度地減少碳排放。
這座位於巴黎rue de Beaubourg的普通建築從附近的地鐵站獲得大部分的熱能供應（圖片來源：Paris Habitat）
在這方面，巴黎的案例其實並不孤單，因為世界各地現在都在湧現各種具有節能設計的創新項目，以減少碳排放。
建築業佔據世界最終能源使用量的三分之一以上，佔能源相關碳排放量近40%。據國際能源署 (IEA) 聲稱，目前只有十分之一的供暖能源來自於再生能源。
因此，減少供暖排放的潛力是巨大的，尤其是考量到世界總能源消耗的一半是用於家庭和其他建築物供暖。但到目前為止，再生能源的發展進展緩慢，IEA 預測，到2030年，乾淨的供暖技術的份額必須要翻一倍，才能有50%的機會將全球氣候變化控制在1.5度C以下。
下一站，乾淨供暖
建築物內最普遍的熱源之一當然是人體，至少在平時，人們大量聚集的建築物最有可能充分利用悶熱的、溫暖的空氣。尤其是熙熙攘攘的火車站，已被證實是利用人體熱能試驗的熱門場所。
瑞典因其在繁忙的斯德哥爾摩中央車站捕捉體溫而聞名，在Covid-19之前，每天約有250,000人會通過它。這些熱能被用於加熱附近一座名為Kungsbrohuset的17層建築，幫助該建築降低高達10%的能源消耗。
“我們吸收海水來冷卻Kungsbrohuset和斯德哥爾摩中央車站的通風，”擁有Kungsbrohuset的Folksam的技術經理Roger Björk說。“當水返回時，它很熱(被體溫加熱)。然後我們會回收這些水，在我們的區域供熱系統中產生熱能。”
區域供熱系統還利用除了體熱之外的許多其他永續來源，包括地熱、燃燒未精製的生物質（廢木材、秸稈、林業殘留物等）、以及工業建築的餘熱。然後，熱能透過地下管道分配到全國各地的房屋和建築物中。
瑞典擁有完善的區域供熱基礎設施，比為單個建築物供暖效率更高（圖片來源：Getty Images）
隆德大學建築服務部資深講師Ulla Janson 表示，區域供熱系統一直是一個為建築物供暖的有效方式，2017年瑞典住宅的全部供暖需求的一半，主要是透過使用熱幫浦和在區域供熱中利用餘熱來滿足的。Janson表示，正是1970年代的能源危機，當時中東的戰爭促使阿拉伯的石油生產商對美國和荷蘭的石油出口實施禁運，從而推動油價飆升，使瑞典發揮了創造力。“區域供暖是瑞典強而有力的國家干預方式的一部分，該系統也已成為發展城市的自然部分。”
火車站並不是唯一一個利用多人來取暖的公共空間，美國明尼蘇達州的一個開創性購物中心也部分依賴於人體溫暖所產生的熱能來加熱建築物。自1991年開業以來，美國購物中心一直沒有中央供暖系統，而考量到該州典型的1月最低氣溫為-15.5度C，這是一個大膽的選擇。取而代之的是，商場從其平均每天超過109,000名遊客的體溫、超過8英畝的天窗、以及來自數千盞的燈和固定裝置的熱量中獲取足夠的熱能，以在整個冬天保持舒適的溫度。
“在任何一天，大樓裡可能會有8,000到12,000名員工，”美國購物中心的通訊副總裁Dan Jasper說。“很多人都是一大早就開始工作，所以當這些員工大多數在早上6點到8點之間進入大樓時，商場就已經暖到了一個非常宜人的溫度。”
隨著建築物的熱需求變得更加嚴格，依賴於捕獲附帶熱源的設計也受到了考驗。例如，醫院對熱調節就是一個很大的挑戰，因為有很多人在四處走動，大量的能源密集型儀器也會產生熱量，但還是需要精確的調節以確保恆定的舒適和安全溫度，特別是對於脆弱的患者來說。
德國法蘭克福的一家六層樓高的Klinikum Frankfurt Hoechst醫院就採用了另一種方法。大樓內安裝了1,000多扇的三層玻璃窗，這是第一家採用這種設計的醫院。由於醫院設備對能源的需求更高，這家擁有約1,000張床位的醫院的能源消耗，是同等規模住宅建築的三到四倍。
德國的 Klinikum Frankfurt Hoechst 使用被動式設計將其加熱需求降至最低，從而降低成本和碳排放（圖片來源：Klinikum Frankfurt Hoechst）
病房必須保持在22度C，而這也由改進隔熱而實現了。由於三層玻璃窗可以防止外面的冷空氣滲入建築物，因此也減少了加熱建築物所需的能源需求。醫院還使用了通風系統，在新鮮空氣流入房間之前對其進行預熱，以保持室內溫度和防止難聞的氣味進入。
舒適的家
雖然像醫院或車站這樣的大型繁忙建築可以利用許多人來溫暖它們，但只有少數人的個人住宅也可以從體溫中受益。這種以人為本的設計形式可以追溯到幾十年前，德國建築師Wolfgang Feist於1990年建造了第一座採用他所謂“被動式房屋”的設計建築，其目的在於大幅的減少熱量損失。
“在1970年代後期，我們意識到歐洲消耗的所有能源中有三分之一以上僅被用於為建築物供暖。在我從事研究的物理系，我們非常清楚更好的絕緣就可以挽救幾乎所有的這些，”Feist 說。
採用這種設計的建築非常注重隔熱，會使用包括密閉的建築圍護結構、雙層或三層玻璃、具有熱回收功能的通風系統、和避免所謂的“熱橋”。熱橋是建築圍護結構中，導熱率高於周圍材料的區域，可以讓熱能從房屋中洩漏出來。透過“被動”來源來滿足，例如太陽輻射和室內人員和技術設備的熱能，盡可能地將更多的熱能留在室內，可以減少建築物的供暖需求。
體熱只是被動式房屋設計的眾多元素之一，但它是一個重要的元素。“我的丹麥同事曾經開玩笑說：‘天氣頻道說周末更冷，我們要不要邀請一些朋友來給房子保暖？’”Feist 笑著說。
Feist創立的被動屋研究所聲稱，此類建築比傳統建築消耗的熱能約少90%，比普通新建建築消耗的能源約少75%。Feist估計，對於單戶被動式住宅，這種設計的額外成本只有 8%。
自它1990年代的起源以來，許多國家都採用了被動式房屋設計。截至2020年1月，該研究所記錄了在全球已註冊了25,000個被認證的住宅。
Janson說，被動式房屋設計其實就是一種建造可以全年維持室內氣候良好的節能建築的方式。“被動式房屋的設計是為了可以全年維持良好的室內氣候，否則就不是被動式房屋。它的作用就像個保溫瓶，既可以將熱能維持在內部，也可以將熱能維持在外部，”她解釋道。
人性化設計
儘管體熱一直是一種創新，且永續的能源，但它也有其局限性。
來自Paris Habitat的Littot表示，對於尋求利用火車站等基礎設施熱能的專案來說，最大的挑戰就是找到空間。“這種類型的專案特別適用於地鐵延長線路附近的一些新建築，在這些專案中，規劃就可以從初始就與地鐵建設方案相結合，”她說。但這樣的前瞻性規劃很少見，而她的公司也一直沒能找到另一個可行的機會在法國做一個相同的案子。
撇開位置不談，人體的熱能並不能成為建築物的唯一熱源。“我不認為體溫會成為建築物的主要熱能來源，它必須與來自電器、炊具、冰箱等的熱能結合起來，” 波士頓麻省理工學院建築技術和機械工程的教授，Leon Glicksman說。
節能設計建築並不總是受歡迎，尤其是在綠色意識不成熟的國家。“越來越多的人按照綠色標準建造房屋，但對於這樣可以節省多少的能源並還沒達成普遍共識，因此，還是有許多人仍然不願意採用這種設計，”Glicksman說。
“有些人在能源方面非常節儉，而另一些人則使用大量的能源。即使我們設計了非常節能的建築，如果人們不知道如何使用它，它也不會有效。”Glicksman建議政府可以製定節能標準，並建立高效且負擔得起的示範，並對其進行監控，以展示其節能的能力。
儘管存在障礙，Janson表示這種能源的未來是充滿希望的。“人體溫度可能無法滿足空間供暖的總能量需求，但它是一個很好的貢獻，而且可以用於熱交換器以預熱供應的空氣，或在熱幫浦中重複使用，”她說。“在對建築物進行能量模擬時，我們總是會考慮來自人類的熱能，所以未來已經到來了。”
我們通常可以將建築物視為一個為我們而設計的東西，但當我們也成為了設計的一部分時，那結果就是一座更永續的建築，以及一個更舒適的地方。
原著: Chermaine Lee, September 9, 2020
https://www.bbc.com/future/article/20200908-the-buildings-warmed-by-the-human-body
