案例分析 07

舊金山聯邦大樓

San Francisco Federal Building|2003 年開工,2007 年完成(2023 年更名為裴洛西聯邦大樓)

六樓以上完全不裝空調,全靠自然通風。能耗約為全美同類辦公建築平均值的一半,而在一份聯邦員工滿意度調查裡,它是二十二棟中的最後一名。

建築師
湯姆·梅恩
年代
2007
地點
美國舊金山第七街
操作層級
自然通風高層辦公層級

六樓以上完全不裝空調,全靠自然通風。
能耗約為全美同類辦公建築平均值的一半,
而在一份聯邦員工滿意度調查裡,它是二十二棟中的最後一名。

舊金山聯邦大樓立面局部,穿孔不鏽鋼板後方是一道道可自動開合的窗,中央有一個三層樓高的方形開口
舊金山聯邦大樓(美國舊金山,2007)局部。這張照片幾乎把本案的全部論述都拍進去了:右半部網狀的表面是穿孔不鏽鋼板,被日射曬熱之後帶動空腔內向上的氣流;板片後面一道道水平的深色帶是可自動開合的窗,六樓以上完全沒有機械空調;畫面中央那個三層樓高的方形開口,是十一樓的天空花園。
Photo:Dllu/Wikimedia Commons,CC BY-SA 4.0(依原圖等比例縮放,未作其他修改)
風進來 南向日射 樓板進深壓到約二十公尺級,風可以直接穿過去 南向穿孔不鏽鋼板被曬熱,帶動空腔內向上的氣流
把樓板做瘦,讓風自己穿過去——
這棟樓的空調就是它的形狀
電梯停 電梯停 電梯停 樓梯 電梯每三層停一次,其餘樓層要走樓梯 用建築逼出行為的改變,代價是這件事沒有選擇權
連走路這件事,
都被寫進了電梯的程式裡
操作層級自然通風高層辦公/本系列最誠實的一案:能耗贏了,使用者的滿意度輸了,而兩件事都是真的
業主與計畫業主為美國聯邦總務署,計畫為一棟示範性的聯邦辦公大樓—— 業主明確要求它成為永續設計的示範,同時必須滿足聯邦建築的安全要求
核心手法六樓以上完全不裝機械空調,全靠自然通風: 樓板進深壓到約二十公尺級;南向以約 3×8 英尺的穿孔不鏽鋼板受曬加熱空氣、帶動向上氣流; 窗戶自動開合
結構系統混凝土與鋼構,十八層、約 234 英尺高; 外露的混凝土蓄熱樓板利用日夜溫差調節室溫;省去傳統空調系統,節省約一千一百萬美元設備費
動線設計電梯採跳停設計,每三層停一次以鼓勵使用樓梯(另有電梯服務全部樓層); 地面層設公共廣場、咖啡館與托兒中心; 十一樓南向立面上有一個三層樓高的開口,內設霓虹光作品與兩道懸吊步道
空間量樓地板約 605,000 平方英尺,工程費約 1.44 億美元; 約 70% 工作區域以自然通風取代空調,約 90% 工作站有自然採光與可開窗(各方資料略有出入)
爭議與代價能源使用強度約每平方英尺 48 千英熱單位,全美同類建築平均約 88; 然而 2010 年聯邦總務署員工滿意度調查中,本案在受調查的二十二棟建築中排名最低,滿意度僅約 13%—— 問題集中在溫度不穩、眩光與噪音
01
案例定位
W H Y T H I S C A S E

建築計畫的意義:計畫是尋找課題,設計是解決問題。舊金山聯邦大樓之所以是所有 「自然通風 · 綠建築的實績驗證 · 使用者行為與環境策略」考題的母題, 在於它示範了一件多數考生從來沒有想過的事:一棟建築可以在能耗上大獲全勝, 同時在使用者的滿意度上敬陪末座——而這兩件事都是真的。 本案是本系列「這一套語彙,要為誰負責」這條線最尖銳的一站: 這一次,它要為聯邦員工的健康、能源帳與安全同時負責,而這三者互相拉扯。

聯邦總務署要的是一棟能示範永續設計的辦公大樓, 舊金山則有一個難得的條件:全年平均氣溫大約在攝氏七度到二十六度之間,是全美最適合自然通風的城市之一。 一般的解法是裝一套高效率的空調系統、加上性能好的玻璃,然後申請綠建築認證, 結果是設備愈換愈貴,建築本身的形狀卻沒有為節能做過任何事。 梅恩的判斷是:既然氣候允許,就把空調整個拿掉——讓建築的形狀本身成為它的空調。 於是他把樓板進深壓到約二十公尺級,讓風能夠從一側穿到另一側, 在南向掛上穿孔不鏽鋼板,讓它被曬熱之後帶動空腔內向上的氣流, 窗戶交由系統自動開合,六樓以上完全不設機械空調, 甚至把電梯設成每三層停一次,逼使用者走樓梯。 這是一棟把環境策略做到最徹底的建築,也因此把風險全部押在同一套系統上。

特別提醒:這個案子最容易被寫成「劃時代的永續建築、自然通風的典範」。 真正拿分的寫法要同時說出成績單的兩面:能源使用強度約每平方英尺 48 千英熱單位, 遠低於全美同類建築約 88 的平均值;省下傳統空調系統約一千一百萬美元設備費; 取得聯邦建築首件 LEED 銀級認證——這是很好的一面。 而 2010 年聯邦總務署的員工滿意度調查中,本案在受調查的二十二棟建築裡排名最低,滿意度僅約 13%; 員工反映的問題集中在溫度不穩定、眩光與噪音,也有人提到窗戶開啟時桌上的紙會被吹走。 把節能與滿意度兩組數字並列寫出來,你的永續論述才有真正的重量。 同時要誠實面對代價:當環境控制完全交給建築的形狀時,它就沒有備援—— 天氣一旦超出設計條件,室內沒有第二套系統可以求救。

錯:靠設備解決一切 大進深+高效空調,形狀完全沒有為節能做事 設備愈換愈貴,得熱的來源沒有被處理
A. 把節能交給機械——建築本身不必改變任何事
對:讓形狀本身成為空調 樓板壓瘦讓風穿透,南向皮加熱帶動上升氣流 省下約一千一百萬美元的空調設備費
B. 把空調拿掉——建築的剖面就是它的通風系統
代價:兩組數字都要寫出來 能耗 48 對全美平均 88 滿意度 13%,二十二棟中最低 溫度不穩 · 眩光 · 噪音 環境策略沒有備援,天氣超出設計條件就沒救
C. 誠實的一面——節能的帳,由誰的身體去付
▲ 舊金山聯邦大樓的三個基本動作:瘦(把樓板進深壓到讓風可以穿透的尺度)→ 通(用南向受曬的金屬皮產生熱浮力,讓風自己走)→ 爬(用電梯跳停逼使用者走樓梯)。 這三個動作可以搬到任何「自然通風 / 被動式節能 / 以建築形狀取代設備」的考題上。

本案在系列中的位置:那層皮走到最遠P O S I T I O N I N G

  • 那層皮的第三次演化:第 03 案的皮是固定的外套, 第 06 案的皮會依日照開合,本案的皮還要負責被曬熱、產生熱浮力、帶動整棟樓的氣流—— 它從一件外套,變成了這棟建築唯一的空調系統。 走到這一步,這層皮已經沒有辦法再往前了。
  • 系列提問的第七個答案: 「這一套語彙,要為誰負責?」——本案的答案是「為員工的健康、能源帳與安全同時負責」。 而這三件事第一次公開地互相衝突:省下的能,是用員工的熱舒適換來的。
  • 本系列最重要的一課:成績單有很多欄,而它們可以同時是相反的—— 能耗約為全美同類建築平均的一半,滿意度卻是受調查二十二棟中的最後一名。 做永續建築的人必須同時看這兩欄,並在設計階段就決定衝突時要往哪一邊靠。
  • 也請記住本案最誠實的一面:把環境控制完全交給建築的形狀,代表這套系統沒有備援—— 熱浪、無風的日子、外部空氣品質不佳的時候,室內沒有第二套系統可以求救; 而地面層那塊本來要成為社區中心的廣場,長期被批評缺乏活力。 本系列從第 04 案開始累積的使用者評價,在這一案達到了最尖銳的一次。
02
建築計畫論述四步驟
I S S U E · C O N T E N T · S T R A T E G Y · V I S I O N
課題 0 1
一棟高層辦公樓不裝空調,可能嗎
內涵CONTENT

辦公建築的能耗有很大一部分來自空調, 而舊金山全年氣溫大約在攝氏七到二十六度之間,是全美最適合自然通風的城市之一。

  • 常見解法是裝一套高效率空調並申請綠建築認證, 結果建築的形狀完全沒有為節能做過任何事。
  • 梅恩與環境顧問的判斷:既然氣候允許,就把空調拿掉——讓建築的形狀成為它的空調。
  • 核心觀念:被動式節能的第一個問題永遠是「這個氣候允許我做到哪一步」。 先查氣候,再決定策略——這個順序寫顛倒,整份計畫都會失效。
對策手法STRATEGY
  • 六樓以上不設機械空調:上層樓層全靠自然通風。
  • 省下的錢:省去傳統空調系統約一千一百萬美元設備費。
  • 混凝土蓄熱:外露的混凝土樓板利用日夜溫差調節室溫。
願景VISION

能源使用強度約為全美同類辦公建築平均值的一半, 並成為聯邦建築首件取得 LEED 銀級認證的案子。

課題 0 2
自然通風要成立,樓板必須有多窄
內涵CONTENT

風要能從一側穿到另一側,樓板的進深就有上限—— 而窄樓板意味著同樣的樓地板需要蓋得更高、核心筒的比例更不經濟。

  • 常見解法是維持大進深的標準層,只在周邊開可開窗, 結果中央區域的空氣完全不會流動,自然通風只是名義上的。
  • 梅恩的判斷:進深是自然通風能不能成立的唯一硬條件,必須從量體一開始就決定。
  • 核心觀念:自然通風的成敗在配置階段就決定了。 樓板進深超過某個尺度之後,再多的可開窗都沒有用。
對策手法STRATEGY
  • 極窄的樓板:進深壓到約二十公尺級,使對流可以貫穿。
  • 自動開合窗:窗戶由系統依室內外條件自動開閉。
  • 採光的紅利:約 90% 的工作站擁有自然採光與可開窗。
願景VISION

約七成的工作區域以自然通風取代空調, 而窄樓板同時帶來了幾乎全面的自然採光。代價是同樣的面積必須蓋得更高。

課題 0 3
用建築逼出行為的改變:電梯每三層停一次
內涵CONTENT

使用者的行為對能耗與健康的影響,往往大於設備的效率—— 而行為很難靠宣導改變。

  • 常見解法是在樓梯間貼標語鼓勵走樓梯, 結果幾乎沒有人改變習慣。
  • 梅恩的判斷:把行為寫進建築的規則裡——電梯只停特定樓層,其餘樓層必須走樓梯。
  • 核心觀念:建築可以改變行為,但這種改變沒有選擇權。 用空間強制某種行為之前,要先確認被強制的人有沒有能力承受。
對策手法STRATEGY
  • 跳停電梯:主要電梯每三層停一次,另設服務全部樓層的電梯。
  • 把樓梯做好:樓梯必須有光、有景、位置明顯,才會被使用。
  • 今日應補的檢討:須確保行動不便者、傷病者與搬運需求有完整的替代路徑。
願景VISION

使用者在日常裡多走了一段樓梯,也在樓梯間遇到了平常不會遇到的人。 代價是這個「好意」對某些人是負擔,替代路徑必須被完整保留。

課題 0 4
聯邦建築的安全要求,與對城市開放的期待
內涵CONTENT

聯邦建築有明確的安全退縮與防爆要求, 而它同時被期待成為所在街區再生的觸媒。

  • 常見解法是用護柱、圍籬與安檢亭把建築圍起來, 結果地面層變成一圈沒有人願意靠近的緩衝帶。
  • 本案的判斷:把安全退縮的空間設計成公共廣場,讓必要的距離變成可用的空間; 並在地面層設咖啡館與托兒中心,讓這裡有非公務的理由被使用。
  • 核心觀念:安全要求會產生一段「不能蓋東西」的距離, 而這段距離是白白浪費還是變成公共空間,取決於設計者有沒有主動去用它。
對策手法STRATEGY
  • 退縮即廣場:安全所需的退縮距離設計為地面層的公共廣場。
  • 加入日常機能:設咖啡館與托兒中心。
  • 今日應補的檢討:開放空間須有遮蔽、座椅與管理,才會被實際使用。
願景VISION

安全的距離被轉換成一塊市民可以使用的地面。 代價是這塊廣場實際上的使用狀況,長期受到批評。

課題 0 5
能耗贏了,滿意度輸了
內涵CONTENT

本案作為「自然通風高層辦公」的原型極具代表性,而它的成績單必須被完整攤開。

  • 贏的那一欄:能源使用強度約每平方英尺 48 千英熱單位,全美同類建築平均約 88; 省下空調設備費約一千一百萬美元; 聯邦建築首件 LEED 銀級認證;施工廢棄物超過九成未進掩埋場。
  • 輸的那一欄:2010 年聯邦總務署的員工滿意度調查中, 本案在受調查的二十二棟建築裡排名最低,滿意度僅約 13%; 問題集中在溫度不穩定、眩光與噪音; 另有調查顯示整體滿意度約落在第 32 個百分位。
  • 並列兩方的說法:支持者認為這是一次必要的實驗—— 如果沒有人願意把空調整個拿掉,被動式設計永遠停留在紙上; 而能耗的節省是實實在在、可以被量測的; 批評者則指出,用一群沒有選擇權的公務員來承擔實驗的不適, 並且在設計階段沒有保留足夠的個人調節手段,是把成本轉嫁給使用者。兩種說法都成立,考卷上並列即可。
  • 真正的教訓:被動式策略需要使用者的參與,而參與必須是有能力的參與—— 個人可調的手段(局部風扇、可控遮光、可調座位)與事後的調整機制, 應該被視為被動式設計的一部分。
對策手法STRATEGY
  • 保留個人調節:提出被動式方案時, 應同時提供個人可控的風扇、遮光與局部調溫手段。
  • 留備援:極端天候下的替代空調或避難區應被保留。
  • 今日應補的檢討:應納入啟用後的使用者調查與逐年校調, 並將調查結果與能耗數據一併公開。
願景VISION

反面願景:建築可以把整套空調拿掉,讓能耗降到全美平均的一半, 但省下來的那筆帳,最後是由每天坐在裡面的人用身體去付的。 提出任何被動式環境策略時,都必須誠實回答「不舒服的時候,使用者可以做什麼」。

四步驟的寫法提醒:自然通風與被動式節能類題目, 課題欄的第一項一定是「這個氣候允許我做到哪一步」—— 先寫出當地的溫濕度範圍與盛行風向,後面的策略才有依據。 對策欄則要明確回答:樓板進深多少、風從哪裡進哪裡出、什麼條件下切換到空調、使用者能自己調什麼。 「本案基地夏季平均氣溫 ○ 度、相對濕度 △%,採混合模式運轉, 過渡季以自然通風為主、盛夏切換空調,樓板進深控制於 □ 公尺以內, 並提供個人可控之局部風扇與遮光裝置」——這句話寫得出來, 你的被動式主張就有了氣候與使用者兩個層級的可信度。

03
三層次解析
三 個 層 次 都 不 應 以 基 地 內 為 限

平立面造型F O R M

關鍵字|極窄樓板 · 穿孔不鏽鋼板 · 熱浮力 · 外露蓄熱樓板 · 三層樓高的天空花園開口
  • 造型的第一個決定,是決定要多瘦:本案把樓板進深壓到約二十公尺級—— 這個尺寸是被「風要能穿過去」這個要求算出來的。 考場上要記住:自然通風的建築,它的量體比例是被物理條件算出來的。
  • 南向的皮是一台機器:約 3×8 英尺的穿孔不鏽鋼板被日射曬熱之後, 加熱空腔內的空氣、產生向上的浮力,把整棟樓的氣流帶起來—— 這層皮從遮陽構件變成了動力來源。這是本案最值得學的一手,也是它風險最集中的地方。
  • 真正的造型發生在剖面:本案立面上是一片穿孔金屬,剖面上卻是「風從哪裡進、往哪裡出、 中間被什麼加熱」的一整套路徑。 「這棟建築的造型要用剖面才看得懂」——這是梅恩作品共通的閱讀方式,本系列往後每一案都適用。
  • 天花不做,因為樓板要蓄熱:混凝土樓板外露,利用日夜溫差吸放熱調節室溫—— 不做天花是一個熱工的決定,代價是室內的噪音反射增加, 而噪音正是員工調查裡被提到的問題之一。
  • 立面上被挖掉的那一塊:十一樓的南向立面上有一個三層樓高的開口, 內設一件霓虹光作品與兩道懸吊步道—— 它讓使用者在高層有一個可以走出去、看到天空的地方。 這是全案唯一為「感受」而做的空間。
剖面:風的整條路徑,就是這棟樓的造型 風進來 南向日射 空腔被加熱 樓板進深約二十公尺級,混凝土外露以吸放熱調節室溫 不做天花是熱工的決定,代價是室內噪音的反射增加平面:進深決定自然通風能不能成立 窄樓板:風貫穿 大進深:中央的空氣不動 死角 進深超過某個尺度之後,再多的可開窗都沒有用——這件事在配置階段就決定了 剖面交代風怎麼被帶起來,平面交代進深夠不夠瘦——自然通風的論述要兩張圖一起講
教學用概念示意圖,非測繪成果。進深尺寸與氣流路徑僅供理解操作邏輯,實際圖說請以原始資料為準
▲ 造型層次的考場用法:當題目涉及自然通風時, 務必用一張剖面畫出「風從哪裡進、被什麼加熱、從哪裡出」,並在平面上標出樓板進深。 這兩件事說得出來,你的自然通風主張才成立;只在立面上畫幾扇可開窗,評審看不到你對氣流的判斷。

空間機能P R O G R A M

關鍵字|窄樓板辦公 · 跳停電梯 · 天空花園 · 疊合共用 · 一片金屬皮的六重角色

本案的機能核心,是把整棟樓的環境控制交給建築的形狀: 樓板窄到讓風可以穿透、窗戶自動開合、混凝土樓板外露蓄熱、南向的金屬皮負責產生氣流。 這使得「機能」與「設備」的界線在這棟樓裡幾乎消失——建築本身就是空調機。

  • 窄樓板換來的不只是通風:約 90% 的工作站有自然採光與可開窗、約 80% 的空間有日光—— 通風與採光在窄樓板上是同一個決定的兩個結果,這一點在考卷上很值得寫出來。
  • 疊合共用:南向那片穿孔不鏽鋼板的六重角色。它 同時是擋掉南向直射的外遮陽、被日射曬熱後加熱空腔空氣的加熱面、 引導氣流方向使風進得來也出得去的導風板、降低工作面眩光的濾光層、 這棟建築在城市中的識別,以及夜間透光的表情—— 這是本系列「一個元素做很多事」的第七次示範,也是它第一次成為建築的動力來源。
  • 電梯跳停是機能的一部分:主要電梯每三層停一次—— 樓梯因此必須被設計得有光、有景、位置明顯,否則這個策略只會製造抱怨。
  • 天空花園是唯一的喘息:十一樓南向立面上的三層樓高開口,讓高層有一個可以走出去的地方—— 在一棟把每一分能量都算過的建築裡,這是唯一為「感受」保留的空間。
  • 機能的反面:把整套環境控制交給建築的形狀是有代價的—— 沒有備援,天氣一旦超出設計條件就沒有第二套系統; 不做天花讓噪音的反射增加,開放式辦公的聲學問題被放大; 自動開合的窗戶在開啟時會吹動桌面的紙張,個人幾乎沒有調節的餘地; 而電梯跳停對行動不便者、傷病者與需要搬運的人是實質的負擔—— 今日提出以建築取代設備的方案時,必須把「個人可調的手段」與「極端條件下的備援」一起畫進去。
一片金屬皮,六種角色 遮陽 · 加熱面 · 導風 濾光 · 識別 · 夜間表情 它成為動力來源之後,就沒有備援了
教學用概念示意圖,非測繪成果

南向金屬皮的六重角色O V E R L A P

一、遮陽|擋掉南向的直射日射,降低室內得熱。
二、加熱面|被日射曬熱後加熱空腔內的空氣,產生向上的浮力。
三、導風|引導氣流的方向,讓風進得來也出得去。
四、濾光|降低工作面的眩光,使窄樓板的深處仍可使用。
五、識別|它是這棟建築在城市中最主要的表情。
六、夜間表情|入夜後室內光線由孔洞透出。
但代價是…… 六件事綁在一片同時擔任動力來源的皮上,而這套系統沒有備援。 熱浪、無風的日子或外部空氣品質不佳時,室內沒有第二套系統可以求救; 不做天花讓噪音反射增加;自動開窗會吹動桌面的紙張,個人幾乎無法調節。 「一片皮做很多事」在本案換來了全美前段的能耗表現, 代價是使用者在一份聯邦調查裡給出了二十二棟中最低的分數—— 這是所有把環境控制交給建築本體的方案,都要預先回答的問題。

計畫思考P L A N N I N G

關鍵字|課題 · 內涵 · 對策 · 願景 · 概念轉化

本案可濃縮成三個可搬用的動作, 任何「自然通風 / 被動式節能 / 以建築形狀取代設備」考題都能直接套:

  1. 瘦(thin the floor plate)——把樓板進深壓到讓風可以貫穿的尺度。 寫成:「本案標準層進深控制於 ○ 公尺以內,使對流通風得以貫穿樓板, 並使 △% 之工作站同時獲得自然採光與可開窗。」
  2. 通(let the skin drive the air)——用受曬的外皮產生熱浮力,讓風自己走。 寫明:「南向設穿孔金屬外皮,與外牆間形成空腔, 受日射加熱後產生向上之熱浮力,帶動室內氣流; 窗戶依室內外溫濕度與風速條件自動開閉。」 用建築本體取代空調之後,一定要回答「極端天候下的備援是什麼」。
  3. 爬(design the behaviour)——把想要的行為寫進建築的規則裡。 寫成:「主要電梯採跳停設置,樓梯間設於明顯位置並具自然採光與景觀, 另設服務全部樓層之電梯以確保無障礙與搬運需求。」

第四個動作是認(own the survey): 承認使用者的感受也是一種效能指標。 寫成:「本案提供個人可控之局部風扇、遮光與座位調整手段; 極端天候下保留 ○ 處具機械調溫之避難區; 並於啟用後第一年與第三年辦理使用者滿意度調查,與實際能耗數據一併公開, 據以逐年校調控制策略。」 能把使用者的分數當成設計指標,你的永續主張才是完整的。

放進系列裡看:省下來的能,是誰付的C R O S S R E A D I N G

案例節能的成績由誰承擔留下的問題
加州運輸局第七區 2004光電約供全棟用電 3%,LEED 銀級公部門的維護預算會動的立面需要長期有人照顧
舊金山聯邦大樓 2007能耗 48 對全美平均 88,省下設備費 1,100 萬美元員工的熱舒適、眩光與噪音滿意度為受調查二十二棟中最低
彭博中心 2017光電頂棚與地源熱泵,達成淨零能源低樓層、低密度與大量屋頂面積同樣條件在高容積都市中心並不存在

這張表的用法:當題目要求你提出節能策略時,先問自己三句: 「這一項省下多少?誰來承擔它的代價?在什麼條件下它會失效?」 每一種節能手段都在把成本從一個地方移到另一個地方—— 移到設備上就是維護費,移到使用者身上就是舒適度,移到基地上就是容積。 能主動說出「這一次我把成本移到哪裡」的方案,才是真的懂永續。

04
敷地與環境層級分析
S I T E & C O N T E X T

基地內 / 基地外的層級對應L E V E L S

  • 區域級:舊金山全年平均氣溫大約在攝氏七度到二十六度之間, 夏季涼爽、濕度不高,且有穩定的海風。 本案最重要的認知是:這棟建築的全部策略都建立在這個氣候上—— 把同樣的方案搬到夏季高溫高濕的地區,它會立刻失效。這是本案最需要被理解的一句話。
  • 基地級:基地位於市中心一個當時仍在轉型的街區, 而聯邦建築的安全要求會產生一段必要的退縮距離。 建築把這個條件轉成公共廣場,並在地面層加入咖啡館與托兒中心。
  • 建築級:樓板壓瘦 → 南向掛加熱皮 → 窗戶自動開合 → 電梯跳停。 四個決策全部指向同一件事:讓建築本體取代設備。
  • 人體級:員工坐在一個沒有空調、窗戶會自己開、天花是裸露混凝土的辦公室裡, 大部分時間舒適,少部分時間不舒適,而個人幾乎沒有調節的手段—— 這個「幾乎沒有調節手段」,是本案最關鍵的一個設計缺口。

環境條件與環境串聯E N V I R O N M E N T

  • 溫濕度是前提:自然通風能否取代空調,取決於室外空氣的溫度與濕度能否直接使用—— 舊金山可以,多數亞熱帶城市不行。
  • 熱浮力與風壓:自然通風靠兩種動力:風壓與熱浮力—— 本案兩者並用,南向皮負責熱浮力、窄樓板負責風壓貫穿。
  • 空氣品質與噪音:可開窗的前提是外部空氣可用—— 都市的交通噪音與懸浮微粒,是自然通風在實務上最常被放棄的原因。
  • 台灣的參照:台灣不能照抄本案,這是最重要的一句話—— 台灣夏季平均氣溫約攝氏二十八至三十度、相對濕度長期在百分之七十五至八十之間, 單靠自然通風無法在盛夏提供可接受的舒適度。 台灣的正解是混合模式:過渡季以自然通風為主、盛夏切換空調,並將切換的條件寫進控制策略; 而台灣夏季的不舒適主要來自濕度,除濕的優先度高於降溫。 其次是空氣品質與噪音:台灣都市的懸浮微粒與交通噪音,會讓可開窗的實際使用時數大幅下降, 設計時應以「可開窗的年可用時數」而非「有沒有可開窗」來評估。 第三,依《建築技術規則》建築設計施工編第十七章「綠建築基準」, 地上樓地板面積達一千平方公尺以上之建築物須檢討外殼節約能源; 公有辦公類新建建築另須依規定取得建築能效標示。 最後,電梯跳停在台灣須特別注意無障礙——依《建築物無障礙設施設計規範》, 必須有服務全部樓層的無障礙電梯,跳停設計不得成為唯一的垂直動線。
舒適區:室外空氣直接可用嗎 舊金山 台灣夏季 高溫高濕 舊金山全年約 7~26°C,台灣夏季約 28~30°C、濕度 75~80% 本案的全部策略都建立在那個溫和的氣候上
原理圖 A:自然通風能不能成立,
先看室外空氣可不可以直接用
台灣的正解:混合模式 過渡季:自然通風為主 盛夏:切換空調,優先除濕 切換的條件要寫進控制策略,並列出年可用時數 台灣的不舒適主要來自濕度,除濕比降溫更優先
原理圖 B:同一套自然通風搬到台灣,
先被濕度改寫一次
05
延伸案例對照
原 型 與 平 行 案 · 當 代 呼 應 案

本案交疊了兩個題目:在空調發明之前,辦公建築是怎麼被設計的, 以及熱空氣往上跑這件事,可以被拿來當動力嗎。三個平行案分別回答了: 空調普及前的高層辦公類型、風塔與熱煙囪的傳統技術,以及梅恩自己前一案的皮。

A. 原型與平行案

延伸案例面對的課題採取的對策與本案的對照
空調普及前的高層辦公樓20 世紀初,歐美城市如何在沒有機械空調的條件下, 讓一棟多層的辦公建築有足夠的光與空氣。把量體做成窄長條、U 型或口字型並留設天井; 層高做高、窗戶做大且可開啟; 樓板進深受限於「離窗多遠還看得見字」這個條件。本案「瘦」這個動作的類型原型。 空調普及之前,樓板進深是被光與空氣決定的;空調出現之後,進深才被解放成經濟效益的問題。 本案等於把時鐘轉回去,重新用光與空氣來決定形狀。 引用這個原型,能把窄樓板從「犧牲效率的選擇」提升為「一種被驗證過一百年的辦公建築類型」—— 這是論述深度的關鍵。
風塔與熱煙囪中東與各地的傳統民居如何在炎熱的氣候中 不靠任何動力,讓室內的空氣持續流動。設置高聳的通風塔或受曬的煙囪—— 受熱的空氣上升排出,室內因而產生負壓,把陰涼處的空氣吸進來。本案南向金屬皮的技術原型。 「用溫差製造氣流」這個原理在傳統建築裡已經被使用了上千年, 它最大的優點是完全不需要能源; 本案把煙囪換成整面受曬的金屬皮。 兩者並讀能看出一個判斷準則:熱浮力適合處理持續的小風量, 風壓適合處理大風量;把兩者一起用,自然通風的可用時數才會拉長。
梅恩 · 加州運輸局第七區總部2004,美國洛杉磯如何讓一整個街廓的政府大樓 同時處理西曬、隱私與都市界面。在玻璃帷幕外掛一層會依日照開合的穿孔鋁板。本案那層皮的前一代,也是風險的分界線。 該案的皮負責遮陽與識別,室內仍有完整的空調做為後盾; 本案的皮還要負責產生氣流,而室內上層沒有空調可以求救。 兩案並讀能得到一個很重要的判斷: 當一個構件從「輔助」變成「唯一」時,它的失效就不再只是不方便,而是不能使用。 設計時要問的是:這件事失效的那一天,使用者還有什麼?

並排的用法:自然通風類題目開頭先寫兩句: 「本案標準層進深控制於 ○ 公尺以內,使對流通風得以貫穿樓板。」 「南向設穿孔金屬外皮形成空腔,受日射加熱後產生熱浮力帶動室內氣流,並採混合模式運轉。」 進深夠不夠瘦 + 風靠什麼動,兩句話就交代完自然通風型方案的立論。

B. 當代呼應案

延伸案例面對的課題採取的對策與本案的對照
梅恩 · 彭博中心2017,美國紐約羅斯福島如何讓一棟校園建築 在紐約的氣候下達成淨零能源。把量體做低做扁換取屋頂面積, 以大面積光電頂棚與地源熱泵供應能源,室內維持完整的空調。本案的另一條路,也是梅恩十年後的修正。 本案用「不裝空調」來省能,把不確定性交給使用者的身體; 該案維持室內舒適,改用「自己發電」來達成淨零。 兩案並讀能得到一個很實用的判斷: 當氣候不允許放棄空調時,正解是把能源的來源換掉,讓舒適度維持住。 台灣屬於後者的情況。
混合模式與使用後評估21 世紀,全球如何讓被動式策略 在真實的氣候與真實的使用者身上長期成立。採混合模式運轉—— 過渡季自然通風、極端季節切換空調; 並以啟用後的使用者調查與實測能耗逐年校調控制策略。本案最直接的補課。 本案示範了純被動式的極限與代價, 當代作法則承認被動式需要一個安全網,也需要使用者的回饋—— 兩者並讀能看出:被動式設計的成熟, 表現在它願意保留備援與調整機制,並且承認自己會有失效的時候。
台灣的自然通風與混合模式台灣,當代台灣夏季高溫高濕,且都市空氣品質與交通噪音限制了可開窗的實際使用時數。建議採混合模式並明訂切換條件—— 過渡季自然通風、盛夏空調並以除濕為優先; 依《建築技術規則》第十七章檢討外殼節約能源, 公有辦公類建築另依規定取得建築能效標示。台灣在地檢討:本案是一個不能被直接搬用的案例, 而正因為如此,它在教學上特別有價值。 台灣夏季的不舒適主要來自濕度,單靠通風換不到舒適; 因此考卷上寫自然通風時,一定要同時交代「盛夏怎麼辦」。 評估的指標也要換:不是「有沒有可開窗」,而是「可開窗的年可用時數是多少」。 另外,電梯跳停這種強制行為的設計在台灣須格外謹慎—— 依《建築物無障礙設施設計規範》必須有服務全部樓層的無障礙電梯, 任何以健康為名的動線設計,都不能讓一部分人失去平等的可及性。

系列軸線 TIMELINE

1986–97 凱特·曼提里尼/克勞福住宅/太陽塔 那層皮是一件外套 1999–2004 鑽石牧場高中/多倫多宿舍/加州運輸局 那層皮學會自己動;使用者開始回話 2007 舊金山聯邦大樓 那層皮成為唯一的空調;能耗贏、滿意度輸 2009–2012 41 Cooper Square/Perot 博物館 資源轉回建築內部的公共空間 2017 彭博中心 改用發電達成淨零,舒適度不再被犧牲
系列主軸:這一套語彙要為誰負責——本案把責任推到極限,也第一次把代價完整地攤在數字上
06
考題轉化:可搬用的四張牌
F O U R C A R D S

最適用題型:綠建築與被動式節能、自然通風與外殼節能、 高層辦公建築、公有建築的永續示範、使用者行為與健康導向的設計。抽到這類題目, 先想舊金山聯邦大樓的四張牌,再依題目條件調整用詞——特別是第四張。

牌一「瘦」T H I N

把樓板進深壓到讓風可以貫穿的尺度, 順便換來幾乎全面的自然採光。 套句:「本案標準層進深控制於 ○ 公尺以內,使對流通風得以貫穿樓板, 並使 △% 之工作站同時獲得自然採光與可開窗。」

牌二「通」S T A C K E F F E C T

用受曬的外皮產生熱浮力, 讓風自己走,並以風壓貫穿補足風量。 套句:「南向設穿孔金屬外皮形成空腔,受日射加熱後產生向上熱浮力帶動室內氣流; 窗戶依室內外溫濕度與風速條件自動開閉,並採混合模式運轉。」

牌三「爬」D E S I G N B E H A V I O U R

把想要的行為寫進建築的規則裡, 同時把替代路徑完整保留。 套句:「主要電梯採跳停設置以鼓勵使用樓梯,樓梯間設於明顯位置並具自然採光與景觀; 另設服務全部樓層之無障礙電梯,確保各類使用者之平等可及性。」

牌四「認」O W N T H E S U R V E Y   — 代價的揭露 —

承認使用者的感受也是一種效能指標, 並揭露個人調節手段、極端天候的備援與事後校調機制。 套句:「本案提供個人可控之局部風扇、遮光與座位調整手段; 極端天候下保留 ○ 處具機械調溫之避難區; 並於啟用後第一年與第三年辦理使用者滿意度調查, 與實際能耗數據一併公開,據以逐年校調控制策略, 避免節能的成本由使用者單獨承擔。」

07
考場速記
Q U I C K R E F E R E N C E

A. 三張必畫圖

現況分析:氣候的舒適區 可用 要空調 標出各月溫濕度、盛行風向與可自然通風的時數
畫這張是為了證明:
你的策略配得上這個氣候
策略:氣流的整條路徑 標出風從哪裡進、被什麼加熱、從哪裡出
畫這張是為了證明:
你的風真的會動
使用面:使用者能自己調什麼 個人:風扇、遮光、座位 區域:可切換空調的避難區 全棟:混合模式的切換條件 標出三個層級的調節手段與切換門檻
畫這張是為了證明:
不舒服的時候,人還有辦法

B. 空間定性定量檢核表

分區空間名稱數量或空間量對應課題對應設計準則
辦公自然通風辦公層六樓以上,約 70% 工作區課題 01 · 02進深約二十公尺級,對流須貫穿
辦公具空調之低樓層五樓以下課題 01 · 05作為極端天候時的替代工作區
外殼南向穿孔金屬皮與空腔約 3×8 英尺板片課題 02受曬加熱產生熱浮力,兼作遮陽與濾光
構造外露混凝土蓄熱樓板全棟課題 01利用日夜溫差調節,須併同檢討聲學
動線跳停電梯與樓梯每三層停一次課題 03另設服務全樓層之無障礙電梯
公共地面層廣場、咖啡館與托兒中心安全退縮範圍課題 04須有遮蔽、座椅與管理才會被使用
經營使用者調查與能耗公開啟用後第 1、3 年課題 05兩組數據併陳,據以逐年校調

C 關鍵字銀行K E Y W O R D S

樓板進深 · 對流貫穿 · 熱浮力與煙囪效應 · 自動開合窗 · 外露蓄熱樓板 · 混合模式 · 切換條件 · 可開窗年可用時數 · 能源使用強度 · 跳停電梯 · 個人調節手段 · 使用後評估 · 除濕優先

舊金山聯邦大樓最該被記住的,是它同時交出的兩張成績單: 能耗約為全美同類建築平均的一半,員工滿意度卻是二十二棟中的最後一名。 節能從來不是免費的,它只是把成本從電費單上,移到了別的地方。 做永續設計的時候,一定要說清楚:這一次,你把成本移到了誰身上。

下一案的接點:第 08 案41 Cooper Square把資源整個轉向建築的內部。 曼哈頓一整個街廓、九層樓、一億六千六百萬美元, 梅恩在樓板中間挖出一座貫通全棟的中庭,讓一道二十英尺寬的大階梯從地面爬升四層—— 這是本系列最受使用者歡迎的一個空間。 但它也留下了本系列最沉重的代價:學校為此舉債, 一百五十五年的免學費傳統在幾年之後中止。

資料來源與圖說註記

內容整理自公開發表之建築評論、美國聯邦總務署與勞倫斯柏克萊國家實驗室相關公開資料、 Morphosis 公開資料,以及媒體對本案使用者滿意度調查之報導, 能耗、造價與滿意度數據各方引述略有出入,以「約」標示。本文所有圖面均為教學用概念示意圖,非測繪成果, 不代表原始設計圖說,僅供理解操作邏輯之用。

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把這個案例用進考場

案例輸入只是第一步:接著拿歷年考古題找一題同類型的題目計時操作,把這一案的手法與關鍵字實際畫進配置裡。兩科術科的評分邏輯與時間分配,見「大小設計完全指南」;想看建築師怎麼從讀題操作到完整圖面,近十年大小設計題解課程有 20 題完整實作;畫完的圖想要回饋,可以預約1對1線上改圖。

湯姆·梅恩 系列其他案例
00
湯姆·梅恩
1972 年,他和六位同事一起被學校解聘。同一年,他們自己辦了一所學校,他也開了自己的事務所。接下來四十五年,這個從體制外出發的人,一直在替體制蓋房子。
1944 –
01
凱特·曼提里尼餐廳
業主只提了兩件事:一間路邊牛排館,還有一個鐘。梅恩把整棟停業的銀行套進一具外露的鋼構籠子裡,再讓那個「鐘」穿過屋頂——它報時、採光,也是整間店的中心。
1986
02
克勞福住宅
這一次沒有舊建築可以依附,梅恩改成向地形借。房子被拆成一組碎片,一件一件嵌進坡地裡,於是「蓋房子」這個動作,被換成了「雕地」。
1992
03
首爾太陽塔
這一次沒有地形可以雕,也沒有舊建築可以依附。梅恩把設計力全部集中到建築的最外面那一層——一內一外兩層皮,外層是一片會透光的穿孔鋁網幕。
1997
04
鑽石牧場高中
一塊沒有人要的陡坡,一所要收兩千名學生的公立高中。梅恩把地表折起來,讓校舍分成兩排,中間夾出一條像地質斷層一樣切過山坡的峽谷。
1999
05
多倫多大學研究生宿舍
一棟宿舍,同時要當一所大學的西大門。梅恩讓兩層樓高的玻璃簷懸挑越過整條街,上面拼出校名,最後那個字母就這樣懸在半空中。
2000
06
加州運輸局第七區總部
一整個街廓的政府總部,兩千名公務員,一億六千五百萬美元。梅恩把地面層讓給城市,把難題交給最外面那一層皮——而這一次,那層皮學會了自己開合。
2004
08
41 Cooper Square
三個學院要在同一棟九層樓裡遇見彼此。梅恩在樓板中間挖出一條垂直的街——一道二十英尺寬的大階梯,從地面一路爬到四樓。
2009
09
Perot 自然科學博物館
一顆有橫向紋理的混凝土方塊,架在層層的地景台基上。一支五十四英尺長的電扶梯裝在玻璃管裡,斜穿出量體之外。而整片地表,被一路捲上了一英畝的屋頂。
2012
10
彭博中心
這一次,目標先被訂好了:淨零能源。梅恩把量體攤平壓低,換來一片約四萬平方英尺的頂棚,上面架著一千四百六十五片光電板——屋頂從此開始發電。
2017
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