泡沫混凝土墻體全壽命期評價研究

肖作電

摘要：在有關產品全壽命期評價的理論基礎上，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行分析研究。對泡沫混凝土墻體的生產階段、施工階段、維護和使用階段、拆除回收和廢棄物處理階段，進行了建模與數據處理、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。

關鍵詞：泡沫混凝土墻體；特征化；歸一化；能耗

基金項目：國家科技支撐計劃項目課題（2013BA|15803）。

引言

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

建筑全壽命期評價是綠色建筑發展的客觀要求，隨著建筑行業節能減排工作的深入開展，對建筑尤其是量大面廣的建筑節能墻體開展全壽命期評價已經成為工程領域的熱點問題。按照全壽命期評價的基本理論和方法，開展建筑節能墻體的評價，不但能夠定量分析研究節能墻體的能源資源消耗和環境影響，同時可以從環境保護角度出發為建筑節能墻體的技術方案選擇提供科學依據。本文對泡沫混凝土節能墻體材料全壽命期評價開展研究，可供建筑節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品有關的環境因素及其潛在影響的技術，它研究貫穿資源開采、原材料生產、產品生產、產品使用、直至廢棄、回收，生命全過程中的環境影響因素和潛在影響，是定量化的、系統的、開放的評價體系。目前LCA已成為資源和環境評價領域的重要工具。

1.2房屋建筑全壽命期評價研究動態

國內對全壽命期評價的研究體系建設相比歐盟起步稍晚，但近些年隨著國內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、建筑運行能耗計算和模擬的建筑節能評價、生命周期評價方法這三類方法。提出了關于建筑節能評價指標體系構建方法與運用。

王松慶將建筑物的生產階段、建筑物的施工階段、建筑物的使用維護階段、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，通過大量試驗和由有關數據的采集，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上，選擇建立數學模型對生命周期內的能耗進行計算，量化分析生命周期各階段的能耗量，以及運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泡沫混凝土墻體從生產、施工、使用、維護、拆除和維修等幾個主要階段進行數據采集分析。對生產過程中所用原材料的使用情況與清單，施工階段的機械、人工、水電，使用過程中的能源消耗、維護階段的維護費用，以及拆除回收階段廢物的回收級處理等主要數據認真采集。并對數據進行處理，得到泡沫混凝土墻體全壽命期內特征化、歸一化和加權綜合指標，并根據這些指標和清單對其進行評價和解釋，主要步驟和內容有以下幾個方面。

2.1目標和范圍的定義

對于LCA評價研究來說，目標和范圍的定義是整個評價的首要環節，只有確定了評價目標和范圍，才能使得整個評價過程更加順利，評價數據更加準確。由于目前國內外有具體關于這方面的評價標準，所以目標和范圍的定義至關重要。對泡沫混凝土墻體進行全壽命期評價時，不能將目標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據收集的基礎上通過一系列的系統研究分析與軟件處理的基礎上得出一份有效的輸出與輸入的數據清單。

泡沫混凝土墻體生產的主要原料為石灰、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。通過物理發泡或者化學發泡，將發泡劑通過機械設備制備成泡沫，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，經混合攪拌、澆注成型、養護而成的保溫板材，制備設備如圖1所示，制作工藝流程如圖2所示。

由于目前我國關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中，各種基礎材料的使用量是LCA評價的重要基礎和關鍵，不同的生產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。

泡沫混凝土墻體產品的能耗計算，需要將壽命期內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為整個壽命期內泡沫混凝土墻體的能耗；F1為生產階段能耗；F2為施工階段能耗；F3為維護以及使用階段能耗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、機械能耗和水電能耗，還包含所需材料的開采、運輸以及上一級材料生產能耗。只有全面分析泡沫混凝土墻體的能耗，才能得到關于泡沫混凝土墻體全壽命期評價的數據。

2.3環境影響評價

環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據，一般情況下主要考慮環境影響類型有不可再生資源消耗（ADP）、水體富營養化（EP）、溫室效應（GWP）、酸化效應（AP）、人體健康損害（HTP）和光化學煙霧（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環境影響的因素進行特征化分析，將清單分析結果轉化為統一單位的環境映像類型參數，如表3所示。

2.3.2歸一化

歸一化是一種無量綱處理方法，可使得物理系統數值的絕對值變成某種相對值關系。

為了能夠解釋不同類別數據的相對比較性，特征化結果要經過歸一化處理，如表4所示。

3.小結

本文在群全壽命期評價理論的基礎上，對泡沫混凝土墻體進行了多層面的分析，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據，為以后的節能墻體評價提供了數據。