材料生命周期分析在綠色建筑評估中的應用

摘要：建筑業在我國一直發揮著重大作用，為人民營造了舒適、方便的生活、生產和社會環境，但是為了建造各種住宅、商廈、工廠、辦公樓等建筑物要消耗自然資源、能源，同時排放對生態環境有害的氣體，造成空氣、水體、土壤的嚴重污染和生態環境的破壞，直接威脅人類生存和生物界的安全，并給地球環境造成了不可忽視的負面影響。本文介紹了生命周期分析在綠色建筑評估中的應用意義、主要方法和主要應用案例，可以為工程實踐提供參考。

關鍵詞：生命周期；評估分析；流程

中圖分類號：X820 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1 概述

一般來說，建筑工程需要消耗大量的材料及能源。每年，建筑用的材料消耗量超過300億噸。相應的，建筑消耗了全球超過40%的能源，也排放了大約30%的溫室氣體或CO2。2009年，中國大約3億噸煤炭（大約占全國煤炭產量的10%）被用于生產建筑材料。研究表明，通過提高能源利用率，中國建筑業有極大地潛力減少碳排放并取得生態效益的可持續發展。每一種材料都經歷了生產、使用最終被廢棄的過程。這個過程中所消耗的能量不只對人類非常重要，對生物圈也會造成很大影響。因此，如何評價并量化材料生命周期內能量消耗成為學者們關注的焦點[1]。

2 能耗組成

建筑材料中的能秏可以分為三部分[2]，分別為：（1）蘊含能源，指生產材料時所消耗的能量；（2）運行能秏，指建筑物維持正常使用時材料消耗的能量；（3）拆除能秏，指在拆除回收建筑材料時產生的能量消耗。為了定義建筑材料在全生命周期內的能耗情況，學者們有不同的看法。一般而言，建筑物的運行時間多超過30年，因此運行能量可能是蘊含能量的數倍。因此，在傳統分析中，在生命周期內只考慮運行能量的影響。但Ibn-Mohammed等[3]指出，建筑物的蘊含能量與運行能量之比并不低。因此，傳統分析方法中忽略蘊含能量的做法并不可取，會低估建筑物生命周期內總能量的消耗情況。同理，當分析對象為采用了可再生或低碳手段建造的零能耗建筑時，考慮蘊含能量將更加重要，但由于其測量困難，很多情況下無法對其進行定量估計。

3 生命周期分析評估方法

近十年來，生命周期評價（LCA）方法被引入建筑業，用以評估建筑物在建造、使用直至拆除過程中的經濟、環境和能源等方面的損耗情況[4]。建筑產業及建筑物本身是能耗和排放大戶，是溫室氣體的主要來源。在全球二氧化碳排放總量中，建筑占了近50%；為了建設生態城市，必須提高建筑行業資源利用效率，實現建筑行業節能減排約束性目標。作為研究產品在其整個生命周期中對環境影響最有利的工具，LCA廣泛應用在對建筑材料、建筑物本身在其生命周期過程中資源、能源能耗和環境排放等的測量和評估。

目前，該領域研究可以分為兩部分，即針對建造工程的全過程評價和針對建筑物的全生命周期評估。其中，對于住宅類建筑物生命周期內能量消耗的評價方法（LCEA）成為近年來的研究熱點。按照LCA方法的分析周期，可以將其分為三種模式，分別為：（1）“搖籃至大門”模式（Cradle to Gate），分析周期為對原始材料加工直到制造出產品的過程；（2）“搖籃至墳墓”模式（Cradle to Grave），分析周期為對原始材料加工，制造出產品，產品進入正常使用期最終失效廢棄的過程；（3）“搖籃至搖籃”模式（Cradle to Cradle），分析周期在“搖籃至墳墓”模式的基礎上增加了廢棄材料被重新利用或回收再生的過程。而“從搖籃到搖籃”的界定范圍更符合材料循環利用及可持續發展的思路。

同時，也有學者進行了LCA或LCEA法在與本項目相關的低能耗或綠色建筑中評估應用的研究。對于大部分低能耗或綠色建筑，都是通過少量增大材料蘊含能源（即使用各種節能手段制造處的材料），而使建筑物運行能耗大幅降低，從整體上達到總能量消耗的最小值。目前，LCA 在綠色建筑評估中的應用主要集中在以下幾個方面：（1）對建筑材料能耗和環境排放進行量化和評估，為建筑的生態設計、生態修復提供指導；（2）基于某一性能需求，比較兩種或多種可供選擇材料的環境性能，為建筑材料的選擇提供建議；（3）建筑體本身全生命周期過程總能耗和總排放分析。

4 案例

Sartori和Hestnes對普通建筑、低能耗和零能耗建筑的循環回收能源消耗情況進行了調查。結果顯示，零能耗建筑的循環回收能源消耗大于部分低能耗建筑。這是因為，為了達到使用階段的零能耗，零能耗建筑的建筑材料的蘊含能源過大，在回收利用時反而需要投入更多的能量和資源。因此，從全生命周期角度來看，使用階段零能耗的建筑未必是最具生態價值的建筑方式。

Winther和Hestnes比較了普通建筑和自償式（零能耗）建筑，認為自償式建筑在材料部分消耗了過多的能量，因此不應追求對使用階段運行能耗的無限制削弱。但他們的研究中并沒有給出為了使系統能耗最低而應調整運行能耗降低的合理幅度。

對于民用建筑，居住的舒適性是追求的目標。因此許多學者對與居住相關的能耗問題進行了研究。Peuportier等使用LCA方法對建筑物中的熱量耗散進行了模擬，并把研究成果應用到法國的兩座房屋中。結果表明，建造過程中的環境效益，包括居住著的行為都會強烈影響這些建筑的生態性能。Proietti等對一座使用了先進手段（包括可再生材料、雨水回收再利用、低能耗、新型能源等）修建的房屋進行了LCA分析，結果表明，采用新技術或節能手段修建的建筑物會減少其對環境的影響。

Ramesh等通過研究發現建筑體在其整個生命周期的總能耗可以分為蘊含能耗和操作能耗兩部分。從生命周期的角度看，低能耗建筑相比能耗自給自足的建筑（零能耗建筑）具有更好的節能效益，但是，研究中的案例只是局限于發達國家或氣候寒冷的國家，沒有包含發展中國家及溫帶地區的國家。

5 結語

由上可知，LCA方法是定量評價建筑物及建筑材料生態效應的基本方法。但是，對生產和建設過程的模擬仍需要考慮供應鏈的影響。由于缺乏對數據簡化的標準性規定，這些方法最終都將導致預測結果的不穩定性。因此，目前急需獲得簡單有效的可以考慮建筑材料生命周期所有階段影響的LCA方法，這也是未來研究的主要方向。

參考文獻

[1]劉偉.綠色建筑生命周期成本分析研究[D]. 重慶大學， 2006.

[2]鄭秀君，胡彬.我國生命周期評價（LCA）文獻綜述及國外最新研究進展[J].科技進步與對策， 2013， 30（6）： 155-160.

[3]曹申，董聰.綠色建筑全生命周期成本效益評價[J]. 清華大學學報（自然科學版）， 2012， 52（6）： 843-847.

[4]孫佳媚. 綠色建筑評價體系及其在工程實踐中的應用[D]. 天津大學， 2006.