離網建築

離網建築（或譯為自給自足式建築）是一種概念性的建築，其設計旨在獨立運作，無需依賴公共基礎設施的服務，例如：電力網、天然氣網、市政給水系統、污水處理系統、雨水排水管網、通訊服務，在某些情況下甚至不依賴公共道路。相關文獻大多指住宅，或稱為離網住宅（自給自足式住宅）。

離網建築的倡導者指出，其優勢包括降低環境影響、提高安全性以及降低持有成本。部分被提及的優勢符合綠色建築的宗旨，而非「獨立性」本身。脫離公共管網（簡稱離網）的建築往往極少依賴市政公共服務，因此在遭遇城市災害或軍事襲擊時，會顯得更加安全與舒適。例如，若公共基礎設施（如水電供應）受損或中斷，離網建築也不會面臨斷電或斷水。

## 歷史背景

### 1970年代

在1970年代，資源即將枯竭與飢荒臨頭的警告，激發了許多社會活動家與工程師團體的靈感。在美國，一個自稱為「新煉金術士」的團體因對其項目研究所投入的深度而聞名。他們利用傳統的建造技術，設計了一系列「生態庇護所」項目，其中最著名的便是為愛德華王子島（Prince Edward Island，簡稱 PEI）設計的「方舟」生態庇護所社區。他們公佈了所有這些項目的計劃書，並附帶詳細的設計計算與藍圖。「方舟」利用風力進行抽水和發電，並在食物生產上實現了自給自足。它設有居住區、養殖羅非魚以提供蛋白質的魚池、以魚池水澆灌的溫室，以及一個閉環污水回收系統，可將人類排泄物循環轉化為經過消毒的肥料，供魚池使用。

在大約1975至1977年間，澳洲建築師兼雪梨大學建築學院講師高爾·詹姆斯（Col James），與城市設計師、建築師、藝術家兼大學導師尼克·霍洛（Nick Hollo）合作，帶領學生在大學校園內設計並建造了一棟離網建築（自給自足式住宅）。該項目向數百名學生傳授了「自主建造」的可持續發展理念。

### 1990 年代

1990年代見證了「大地之舟」的發展。其設計初衷與之前的「方舟」項目相似，但它是以商業營利模式來運營的，其具體建造細節由美國建築師麥克·雷諾茲發表在共有三冊的系列叢書中。該建築所使用的材料是填滿泥土的廢舊輪胎，以此築成的牆體擁有極高的熱質量。在建築的外露表面會堆築土堤，以進一步提高房屋溫度的穩定性。其水資源系統始於雨水收集，經處理後先用於飲用，接著用於洗滌、灌溉植物、沖洗馬桶，最後將黑水（即馬桶污水）再次循環，用於更多植物的澆灌。儲水槽也被用於增加熱質量。包括電力、空間供暖以及生活熱水所需的能源，均來自於太陽能。

在1990年代，部分建築師如威廉·麥唐納與楊經文開始將環境友善的建築設計理念應用於大型商業建築，例如辦公大樓，使其在能源生產上基本達到自給自足。荷蘭境內的一座大型銀行建築—荷蘭國際集團的阿姆斯特丹總部大樓，在建造時便兼顧了自給自足與藝術美感。

### 2000 年代

2002年，英國建築師布倫達·維爾與羅伯特·維爾寫道：

「在澳洲的任何地方，建造一棟『零帳單住宅』是完全可行的。這種住宅無需主動式的冷暖氣設備便能保持舒適，且能自行發電、收集自身所需的水源並處理自身的廢棄物……利用現成的技術，這類房屋現在就能被建造出來。以與傳統住宅相同的價格來建造一棟『零帳單住宅』是可能的，但其面積會縮小（25%）。」

## 優勢

當建築師或工程師越發關注運輸網路的弊端，例如物流中斷風險，以及對遠端資源的依賴時，他們的設計往往會融入更多自給自足的元素。追溯歷史，走向建築自主性的起點，主要是出於對安全可靠的熱源、能源、水源和食物來源的追求。而另一個與之幾乎平行的自主性發展路徑，則是始於對環境負面影響的深切關懷。

離網建築能夠通過利用就地資源（如陽光和雨水等原本會被浪費掉的自然資源），來提高安全保障並減少對環境的衝擊。自主性通常能顯著降低為建築提供服務的各種公共管網的成本與環境影響，因為它直接繞過了資源在採集與運輸過程中所造成的層層損耗。其他受到波及的資源，例如石油儲備和當地流域的水源保持，通常也能透過深思熟慮的設計，以極低的成本得到有效的保護。

離網建築在運作中通常是節能的，因此也是具備成本效益的，其顯而易見的原因在於，較小的能源需求更容易在離網狀態下得到滿足。離網建築並不一定總是對環境友善。擺脫公共支援系統、追求獨立自主的目標，雖然與綠色建築的某些目標相關，但兩者並不完全相同。然而，離網建築通常也會融入一定程度的可持續性，例如使用再生能源與其他可再生資源，使得產生的溫室氣體不超過其消耗量，或採取其他相關措施。

## 缺點

首先，也是最根本的一點，獨立性是一個程度問題。例如，擺脫對電網的依賴相對容易。相比之下，維持一個高效可靠的食物來源卻可能是一項艱巨的任務。

居住在離網住宅中也可能需要犧牲一些生活方式或社交機會。即使是最舒適、技術最先進的離網住宅，也可能需要居住者改變一些行為。有些人可能並不樂意承擔額外的家務。韋爾夫婦將一些客戶的經歷描述為不便、煩躁、孤立，甚至像是一份他們不願承擔的全職工作。精心設計的建築可以減少這個問題，但通常會以犧牲部分居民的自主性為代價。

離網住宅必須根據氣候和地理位置進行定製建造或大規模改造。被動式太陽能技術、替代性廁所和污水處理系統、蓄熱設計、地下室儲能系統、高效窗戶以及其他一系列設計策略都需要一定程度的非標準施工、額外的費用、持續的試驗和維護，並且還會對居住空間的心理狀態產生影響。

## 系統

### 水

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收集和節約用水的方法很多。減少用水量是最具成本效益的方式。

灰水系統可以將排出的洗滌廢水二次利用，用於沖刷馬桶或灌溉草坪和花園。灰水系統能使大多數住宅建築的用水量減少一半；不過，安裝這類系統需要購買集水井、灰水加壓泵以及一套獨立的二次供水管道。有些建築商甚至正在安裝無水小便斗乃至堆肥馬桶，從而完全消除污水排放中的水資源消耗。

在對生活方式改動最小的前提下，傳統的解決方案是使用井水。井一旦開鑽完成，井底泵就需要消耗大量的電力。然而，先進的井底泵相比舊款型降低一倍以上的用電量。在某些地區，井水可能會受到污染。索諾砷過濾器可以清除井水中有害健康的砷。不過，鑽井是一項具有不確定性的活動，且部分地區的地下水層已經枯竭。此外，鑽井也可能非常昂貴。

在降雨量充足的地區，將建築物設計為採用雨水收集系統，並在乾旱時期輔以人工送水，通常是更具經濟效益的做法。雨水是非常優良的軟水，適合用作洗滌用水，但需要進行抗菌處理。若要作為飲用水使用，則必須補充礦物質或進行礦化處理。

大多數沙漠與溫帶氣候地區每年至少有250毫米的降雨量。這意味著一棟配有灰水系統的典型單層住宅，單靠其屋頂集水就能滿足全年所需的水源。在最乾旱的地區，可能需要一個30立方米的蓄水池。而許多平均每週降雨量達13毫米的地區，使用小至10立方米的蓄水池即可滿足需求。

在許多地區，要保持屋頂足夠清潔以收集飲用水是非常困難的。為減少泥沙雜質和異味，系統通常會採用金屬集水屋頂，以及一個能將前 40 公升雨水分流排出的「屋頂清洗器」水箱。蓄水池的水通常會進行加氯消毒，也可以用反滲透系統來處理飲用水。

在古羅馬典型住宅中，家用水源是由一個蓄水池（即「降雨池/下水池」）提供的，它同時也是房屋主要公共空間—中庭的一個裝飾性設施。池水是由向內傾斜的屋頂開口（「採光天井/集雨口」）通過落水管瓦片匯入其中。人們經常在池中種植睡蓮以淨化水質。富裕的家庭通常會從城市的公共蓄水池引水來打造一座小噴泉，作爲雨水的補充。降雨池總是設有溢流排水口，因此絕不會淹沒房屋。

現代的蓄水池通常是大型塑膠儲水罐。安裝在矮塔上的重力供水水箱可靠性高，因此即便水泵損壞需要維修，情況也不那麼緊迫。最便宜的大容量蓄水方式是地面上的圍欄水塘或池塘。

降低對完全獨立供水的依賴，可以縮小水箱的容量並降低成本。許多自給自足型住宅能夠將每人每天的用水量控制在 38 升以下；這樣一來，即使遇到乾旱，只需通過卡車運送一次水，就能以較低的成本滿足整整一個月的用水需求。此外，通過在皮卡車斗內安裝折疊水箱，通常還能實現自行運水。

諸如反滲透之類的新技術，能夠利用污染水、海水甚至潮濕的空氣，製造出無限量的純淨水。用於遊艇的造水機可以將海水和電力轉化為飲用水及濃鹽水。而大氣制水機則能從乾燥的沙漠空氣中提取純淨水。

### 污水

#### 資源

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堆肥馬桶利用細菌將人類糞便分解成有用、無味且衛生的堆肥。這一過程之所以衛生，是因為土壤中的細菌會吞噬人類病原體以及絕大部分的排泄物重量。儘管如此，大多數衛生主管部門仍禁止將「人糞尿堆肥」直接用於種植作物。這其中的風險包括微生物與病毒污染，以及重金屬毒性。在乾式堆肥馬桶中，排泄物會被蒸發或消化分解成氣體（主要是二氧化碳）並排出，因此一個馬桶每六個月僅產生幾磅重的堆肥。為了控制異味，現代堆肥馬桶利用小型風扇使馬桶內部保持負壓狀態，並將氣體通過排氣管排出。

部分家用污水處理系統採用生物處理技術，通常利用植物床和水族生態缸來吸收營養物質與細菌，將灰水及生活污水轉化為清澈的水源。這種無異味、無色的再生水可用於沖洗馬桶和澆灌室外植物。經檢測，其水質已接近飲用水標準。在有結冰期的寒冷氣候下，植物和水族生態系統需要放置在小型溫室空間內維護。一套優秀的系統所需的維護精力，大約與照顧一個大型水族箱相當。

電焚燒馬桶可將排泄物直接燒成微量的灰燼。它們外表觸感涼爽，無需使用水和管道，只需在牆上安裝一個排氣口。此類馬桶常用於限制使用化糞池的偏遠地區，通常是為了減少流入湖泊的營養物負荷。

美國國家航空航天局（NASA）的生物反應器是一種極為先進的生物污水處理系統。它能夠通過微生物作用將污水轉化為空氣和水。美國國家航空航天局計畫在載人火星任務中使用這項技術。另一種方法則是美國國家航空航天局的尿液蒸餾提純水系統。複雜生物污水處理系統的一個重大缺點在於：如果房屋長期無人居住，系統內的生物菌群可能會因缺乏養分而「餓死」。

#### 污水處理

污水處理對於公共衛生至關重要。許多疾病都是通過功能不良的污水處理系統傳播開來的。

標準的系統是將化糞池與鋪有排水管的滲漏田相結合。其基本構想是提供一個具備初級汙水處理功能的小型系統。污泥沉澱在化糞池底部，通過厭氧消化得到部分分解，而液體則分散排入滲漏田。滲漏田通常位於長滿草坪的院子下方。化糞池完全可以依靠重力運行，如果管理得當，安全性相當高。

化糞池必須定期由吸汙車抽吸清理，以消除無法分解的固體殘渣。若未能及時抽吸化糞池，可能會引發溢流，從而損壞滲漏田並污染地下水。使用化糞池可能還需要對生活方式做出一些改變，例如不使用廚房垃圾處理器、儘量減少沖入池內的液體量，以及減少沖入池內的不可消化固體。此外，建議使用化糞池安全型衛生紙。儘管如此，化糞池依然大受歡迎，因為它們允許使用標準的衛浴管道設施，且幾乎不需要對生活方式做出妥協。

堆肥馬桶或打包馬桶使得將污水丟棄變得既經濟又衛生，成爲普通垃圾收集處理的一部分。它們還能大幅度減少用水量，並免去使用化糞池的繁瑣與昂貴費用。不過，這類馬桶需要當地的垃圾填埋場具備衛生規範的處置措施。