泡沫混凝土墻體全壽命期評價研究

肖作電

摘要：在有關(guān)產(chǎn)品全壽命期評價的理論基礎(chǔ)上，通過使用eBalance軟件，對泡沫混凝土墻體的全壽命期中各階段進(jìn)行分析研究。對泡沫混凝土墻體的生產(chǎn)階段、施工階段、維護(hù)和使用階段、拆除回收和廢棄物處理階段，進(jìn)行了建模與數(shù)據(jù)處理、特征化、歸一化分析。從多角度對泡沫混凝土墻體的全壽命綜合評價。

關(guān)鍵詞：泡沫混凝土墻體；特征化；歸一化；能耗

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計劃項(xiàng)目課題（2013BA|15803）。

引言

泡沫混凝土是一種新型建筑節(jié)能墻體材料，其具有輕質(zhì)、利廢、節(jié)能、隔音、保溫、防火等性能，特別是其在生產(chǎn)制備過程中使用大量的工業(yè)廢料、礦物廢料最為原料，具有明顯的環(huán)境效益。

建筑全壽命期評價是綠色建筑發(fā)展的客觀要求，隨著建筑行業(yè)節(jié)能減排工作的深入開展，對建筑尤其是量大面廣的建筑節(jié)能墻體開展全壽命期評價已經(jīng)成為工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。按照全壽命期評價的基本理論和方法，開展建筑節(jié)能墻體的評價，不但能夠定量分析研究節(jié)能墻體的能源資源消耗和環(huán)境影響，同時可以從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)為建筑節(jié)能墻體的技術(shù)方案選擇提供科學(xué)依據(jù)。本文對泡沫混凝土節(jié)能墻體材料全壽命期評價開展研究，可供建筑節(jié)能墻體全壽命期評價研究參考借鑒。

1.全壽命期評價的概念

1.1全壽命期評價的定義

全壽命期，簡稱LCA（life cycle assessment）是一種用于評估與產(chǎn)品有關(guān)的環(huán)境因素及其潛在影響的技術(shù)，它研究貫穿資源開采、原材料生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品使用、直至廢棄、回收，生命全過程中的環(huán)境影響因素和潛在影響，是定量化的、系統(tǒng)的、開放的評價體系。目前LCA已成為資源和環(huán)境評價領(lǐng)域的重要工具。

1.2房屋建筑全壽命期評價研究動態(tài)

國內(nèi)對全壽命期評價的研究體系建設(shè)相比歐盟起步稍晚，但近些年隨著國內(nèi)科研院所對全壽命期評價的逐步重視，也開展了一定的研究工作，

楊玉蘭在對比分析清單列表法、建筑運(yùn)行能耗計算和模擬的建筑節(jié)能評價、生命周期評價方法這三類方法。提出了關(guān)于建筑節(jié)能評價指標(biāo)體系構(gòu)建方法與運(yùn)用。

王松慶將建筑物的生產(chǎn)階段、建筑物的施工階段、建筑物的使用維護(hù)階段、建筑物的拆除階段及建筑物的建筑廢料回收、處理階段等五個階段作為建筑物的整個生命周期，通過大量試驗(yàn)和由有關(guān)數(shù)據(jù)的采集，通過歸一化、特征化等方法，分別分析了這五個階段的污染物排放及能源消耗，

魏小清以生長沙某建筑作為研究對象，在生命周期評價理論基礎(chǔ)上，選擇建立數(shù)學(xué)模型對生命周期內(nèi)的能耗進(jìn)行計算，量化分析生命周期各階段的能耗量，以及運(yùn)行階段溫室氣體排放量。

2.泡沫混凝土墻體的全壽命期評價

泡沫混凝土墻體的全壽命期評價是根據(jù)泡沫混凝土墻體從生產(chǎn)、施工、使用、維護(hù)、拆除和維修等幾個主要階段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析。對生產(chǎn)過程中所用原材料的使用情況與清單，施工階段的機(jī)械、人工、水電，使用過程中的能源消耗、維護(hù)階段的維護(hù)費(fèi)用，以及拆除回收階段廢物的回收級處理等主要數(shù)據(jù)認(rèn)真采集。并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到泡沫混凝土墻體全壽命期內(nèi)特征化、歸一化和加權(quán)綜合指標(biāo)，并根據(jù)這些指標(biāo)和清單對其進(jìn)行評價和解釋，主要步驟和內(nèi)容有以下幾個方面。

2.1目標(biāo)和范圍的定義

對于LCA評價研究來說，目標(biāo)和范圍的定義是整個評價的首要環(huán)節(jié)，只有確定了評價目標(biāo)和范圍，才能使得整個評價過程更加順利，評價數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。由于目前國內(nèi)外有具體關(guān)于這方面的評價標(biāo)準(zhǔn)，所以目標(biāo)和范圍的定義至關(guān)重要。對泡沫混凝土墻體進(jìn)行全壽命期評價時，不能將目標(biāo)和范圍僅僅局限于某個階段、某個過程或者某個材料上，而是應(yīng)該評價和它有密切牽連的方方面面。

2.2清單分析和能源消耗

在泡沫混凝土墻體全壽命期評價研究中，清單分析和能源消耗是在數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上通過一系列的系統(tǒng)研究分析與軟件處理的基礎(chǔ)上得出一份有效的輸出與輸入的數(shù)據(jù)清單。

泡沫混凝土墻體生產(chǎn)的主要原料為石灰、水、水泥、泡沫，此外摻加一些骨料、填料以及外加劑。常用的填料與骨料為：砂、陶粒、碎石屑、粉煤灰、膨脹聚苯乙烯、苯脫克細(xì)骨料、膨脹珍珠巖；通常采用的外加劑類似普通混凝土，如減水劑、緩凝劑、防水劑、促凝劑等。通過物理發(fā)泡或者化學(xué)發(fā)泡，將發(fā)泡劑通過機(jī)械設(shè)備制備成泡沫，再將泡沫加入到由水泥基膠凝材料、集料、摻合料、外加劑和水制成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆注成型、養(yǎng)護(hù)而成的保溫板材，制備設(shè)備如圖1所示，制作工藝流程如圖2所示。

由于目前我國關(guān)于全壽命期評價的研究不太成熟，其中泡沫混凝土墻體生產(chǎn)中，各種基礎(chǔ)材料的使用量是LCA評價的重要基礎(chǔ)和關(guān)鍵，不同的生產(chǎn)清單可以得出不同的能耗，泡沫混凝土墻體材料配合比如表1所示。

泡沫混凝土墻體產(chǎn)品的能耗計算，需要將壽命期內(nèi)的各個階段綜合起來計算。計算公式如式（1）所示。

F=F1+F2+F3+F4 （1）

式（1）中，F(xiàn)為整個壽命期內(nèi)泡沫混凝土墻體的能耗；F1為生產(chǎn)階段能耗；F2為施工階段能耗；F3為維護(hù)以及使用階段能耗F4為建筑物拆除以及廢物回收和處理階段能耗。泡沫混凝土墻體的能耗，不僅僅包含材料能耗、機(jī)械能耗和水電能耗，還包含所需材料的開采、運(yùn)輸以及上一級材料生產(chǎn)能耗。只有全面分析泡沫混凝土墻體的能耗，才能得到關(guān)于泡沫混凝土墻體全壽命期評價的數(shù)據(jù)。

2.3環(huán)境影響評價

環(huán)境影響評價清單是解釋說明泡沫混凝土墻體全生命周期的重要數(shù)據(jù)，一般情況下主要考慮環(huán)境影響類型有不可再生資源消耗（ADP）、水體富營養(yǎng)化（EP）、溫室效應(yīng)（GWP）、酸化效應(yīng)（AP）、人體健康損害（HTP）和光化學(xué)煙霧（POCP）等，如表2所示。

2.3.1特征化

利用eBalance軟件對泡沫混凝土墻體全生命周期有關(guān)環(huán)境影響的因素進(jìn)行特征化分析，將清單分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一單位的環(huán)境映像類型參數(shù)，如表3所示。

2.3.2歸一化

歸一化是一種無量綱處理方法，可使得物理系統(tǒng)數(shù)值的絕對值變成某種相對值關(guān)系。

為了能夠解釋不同類別數(shù)據(jù)的相對比較性，特征化結(jié)果要經(jīng)過歸一化處理，如表4所示。

3.小結(jié)

本文在群全壽命期評價理論的基礎(chǔ)上，對泡沫混凝土墻體進(jìn)行了多層面的分析，建立了泡沫混凝土墻體全生命周期評價體系。通過對泡沫混凝土墻體的歸一化，特征化分析，得出了較為重要的清單數(shù)據(jù)，為以后的節(jié)能墻體評價提供了數(shù)據(jù)。