基于生命周期評估的綠色建筑能效提升路徑研究

摘 要：本文主要研究基于生命周期評估的綠色建筑能效提升路徑。通過對綠色建筑在原材料獲取、建筑施工、運營使用以及拆除回收等全生命周期階段的能源消耗與環(huán)境影響進行量化分析，明確各階段能效提升的關鍵環(huán)節(jié)。結合實際案例，利用數據表格直觀呈現不同階段的能源消耗數據及環(huán)境影響指標，提出針對性的能效提升策略，旨在為綠色建筑實現高效節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展提供理論與實踐指導。

關鍵詞：生命周期評估；綠色建筑；能效提升；可持續(xù)發(fā)展

1 前言

隨著全球對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的關注度不斷提高，綠色建筑作為實現建筑領域可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，受到廣泛的關注。提高綠色建筑的能源效率不僅有助于減少能源消耗和溫室氣體排放，還能降低建筑運營成本，提升室內環(huán)境質量。生命周期評估作為一種評估產品或服務在其整個生命周期內對環(huán)境的影響的方法，為綠色建筑能效提升提供了全面、科學的分析框架。

2生命周期評估理論與方法

2.1生命周期評估的概念

生命周期評估是對一個產品、過程或服務系統(tǒng)在其整個生命周期內的環(huán)境影響進行評價的方法，涵蓋從原材料獲取、生產制造、運輸、使用、維護到最終廢棄處理的全過程，考慮資源消耗、能源利用以及污染物排放等多個方面對環(huán)境的影響。在綠色建筑領域，生命周期評估可幫助評估建筑在不同階段的能源性能和環(huán)境負荷，為優(yōu)化建筑設計、施工和運營提供依據[1]。

2.2生命周期評估的框架

生命周期評估的具體框架如下：

（1）目標與范圍定義。明確開展生命周期評估的目的，評估某一綠色建筑的能源效率及環(huán)境影響，確定評估的系統(tǒng)邊界，將建筑的哪些階段如原材料開采、建筑施工、運營使用、拆除回收，以及哪些相關活動納入評估范圍[2]；（2）清單分析。收集和量化建筑在生命周期各階段的輸入如原材料、能源等，以及輸出如廢棄物、污染物排放等數據。需要開展詳細的調研和數據收集工作，包括與建筑材料供應商、施工單位、運營管理部門等進行溝通，獲取準確的數據信息；（3）影響評價。將清單分析得到的數據轉化為對環(huán)境影響的指標，如全球變暖潛勢、酸化潛勢、富營養(yǎng)化潛勢等。結合特定的評價模型和方法，評估建筑在不同階段對各種環(huán)境影響類型的貢獻程度；（4）結果解釋。對影響評價的結果進行分析和解釋，識別出對環(huán)境影響較大的階段和因素，為制定能效提升策略提供依據。同時，對結果的不確定性進行分析，評估數據和模型的可靠性[3]。

3生命周期評估在綠色建筑中的應用意義

3.1全面認識建筑能源消耗與環(huán)境影響

生命周期評估能揭示綠色建筑在整個生命周期內的能源消耗和環(huán)境影響的全貌，避免只關注建筑運營階段而忽略其他階段的影響。建筑材料的生產和運輸過程消耗大量的能源并產生較多的污染物排放，結合生命周期評估可全面了解這些潛在影響。

3.2優(yōu)化建筑設計與決策

基于生命周期評估的結果，建筑設計師和決策者在建筑設計階段就考慮選擇能源效率高、環(huán)境友好的建筑材料和技術，并優(yōu)化建筑布局和系統(tǒng)設計，以降低建筑在整個生命周期內的能源消耗和環(huán)境影響[4]。

3.3制定可持續(xù)發(fā)展策略

生命周期評估為制定綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展策略提供科學依據，分析不同階段的關鍵因素，可有針對性地制定能源管理計劃、材料選擇指南和運營維護策略，推動綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展[5]。

4綠色建筑生命周期各階段能源消耗與環(huán)境影響分析

4.1原材料獲取階段

建筑原材料的開采、加工和運輸過程需要消耗大量的能源，鋼鐵、水泥等基礎建筑材料的生產需要高溫熔煉和燒制，消耗大量的煤炭、電力等能源。不同原材料的能源消耗差異較大，以生產1噸水泥為例，其綜合能耗約為100～150千克標準煤，而生產1噸鋼材的能耗約為600～800千克標準煤。表1展示了常見建筑材料生產過程中的能源消耗數據。

同時，原材料獲取過程還會對環(huán)境產生多種影響，如礦山開采，導致土地破壞、水資源污染等。水泥生產過程中會釋放大量的二氧化碳，約占全球人為二氧化碳排放量的5%～8%。此外，原材料運輸過程中的尾氣排放也會增加大氣污染物的濃度。

4.2建筑施工階段

建筑施工階段涉及各種施工設備的使用，如起重機、混凝土攪拌機、挖掘機等，這些設備的運行需要消耗大量的能源，主要以柴油、電力等形式存在。施工過程中的能源消耗與建筑規(guī)模、施工工藝和施工管理水平等因素密切相關。

一般而言，大型建筑項目的施工能耗相對較高。如一個建筑面積為10萬平方米的商業(yè)建筑，施工期間的能源消耗約為500～800噸標準煤。此外，施工過程中會產生大量的建筑垃圾，如廢棄混凝土、磚塊、木材等，這些垃圾的處理需要占用土地資源，并可能對土壤和水體造成污染。

4.3運營使用階段

建筑運營使用階段是能源消耗的主要階段，包括建筑的供暖、制冷、照明、通風以及各類設備的運行等。不同類型的建筑在運營階段的能源消耗差異較大，住宅建筑主要能耗集中在供暖和制冷，而商業(yè)建筑除了空調系統(tǒng)外，照明和辦公設備的能耗也占比較大。例如，在北方地區(qū)，一個普通住宅冬季供暖的能耗約為15～25千克標準煤/平方米，而大型商業(yè)建筑的年綜合能耗可達50～100千克標準煤/平方米。表2展示了不同類型建筑運營階段的能源消耗數據。

4.4拆除回收階段

建筑拆除階段需要使用機械設備，如破碎機、推土機等，這些設備的運行會消耗能源。同時，對拆除后的建筑材料進行回收處理，如廢舊鋼材的熔煉、混凝土的再生利用等，也需要消耗一定的能源。但合理的回收利用可以減少對新原材料的需求，從而間接降低能源消耗。如果拆除后的建筑材料得不到妥善處理，隨意丟棄或填埋，會占用大量土地資源，并可能導致土壤和地下水污染。

5基于生命周期評估的綠色建筑能效提升策略

5.1原材料獲取階段的能效提升

在基于生命周期評估的綠色建筑能效提升策略里，原材料獲取階段的能效提升舉足輕重。首先，選擇低能耗、環(huán)保型建筑材料是關鍵。在建筑規(guī)劃初期，就應優(yōu)先考慮生產過程能源消耗少且對環(huán)境友好的材料。推廣使用新型保溫隔熱材料，如氣凝膠保溫材料，其保溫性能卓越，生產能耗卻相對較低。同時，多采用可再生材料，如再生鋼材，不僅能降低對原生資源的依賴，生產過程能耗也低于傳統(tǒng)鋼材。這不僅可以從源頭上減少能源消耗，還能降低對環(huán)境的負面影響；其次，優(yōu)化原材料運輸方案。精準規(guī)劃運輸路線，優(yōu)先選擇施工現場附近的供應商，減少運輸里程，降低運輸能耗與污染物排放。對于遠距離運輸，可選用鐵路、水路等大運量、低能耗運輸方式，替代高能耗的公路運輸。

5.2建筑施工階段的能效提升

一方面，提高施工設備能源效率是關鍵。施工設備是能耗大戶，選用節(jié)能型設備可以從源頭上降低能耗。如新型電動起重機，相比傳統(tǒng)燃油起重機，能源利用效率更高，且能減少污染物排放。同時，定期維護保養(yǎng)設備也不可或缺，能確保設備處于最佳運行狀態(tài)，避免設備老化或故障導致能耗增加。定期檢查混凝土攪拌機的發(fā)動機和傳動系統(tǒng)，及時更換磨損部件，可提升其能源利用效率；另一方面，優(yōu)化施工管理與工藝是核心。科學合理的施工計劃，能避免施工過程中的混亂與資源浪費，進而降低能耗。例如，合理安排施工工序，使各工種緊密銜接，減少設備閑置時間。推廣先進施工工藝，如采用建筑信息模型（BIM）技術，能提前模擬施工過程，發(fā)現潛在問題并優(yōu)化方案，減少施工變更帶來的能耗增加。

5.3運營使用階段的能效提升

一方面，優(yōu)化建筑圍護結構，能有效減少建筑物與外界的熱量傳遞，降低供暖和制冷能耗。例如，增加外墻保溫層厚度，可選用新型保溫材料，如真空絕熱保溫板，其卓越的保溫性能可大幅減少熱量散失。同時，使用高性能門窗，如三玻兩腔玻璃和斷橋鋁合金門窗，能顯著提升門窗的保溫隔熱性能，比普通門窗熱量傳遞減少約50%。此外，合理設計建筑朝向與體型系數也不容忽視。根據當地氣候與太陽輻射情況，選擇最佳朝向，使建筑在冬季能充分吸收陽光熱量，在夏季減少太陽直射，降低空調制冷負荷；優(yōu)化體型系數，控制建筑外表面積與體積之比，減少熱量交換，提高能源利用效率。

另一方面，采用高效能源系統(tǒng)與設備，是提升能效的核心舉措。安裝地源熱泵、空氣源熱泵等可再生能源供暖制冷系統(tǒng)，可高效利用淺層地熱能或空氣中的熱量，相比傳統(tǒng)的燃煤、燃氣供暖設備，能源利用效率可提高30%～50%，且能大幅減少溫室氣體排放。在照明方面，全面推廣使用LED照明燈具，其能耗僅為傳統(tǒng)白熾燈的1/10，使用壽命卻長達10倍及以上。

5.4拆除回收階段的能效提升

在拆除回收階段，首先要制定合理的拆除方案。在建筑拆除前，需全面考量建筑材料的回收利用價值。例如，對于鋼結構建筑，可采用無損拆除技術，最大限度地保護鋼材的完整性，便于后續(xù)的回收再利用。合理規(guī)劃拆除順序，優(yōu)先拆除易于回收且價值高的建筑構件，減少拆除過程對材料的損壞。同時，采用合適的拆除方法，例如，對于混凝土結構，可利用先進的切割設備，將混凝土塊切割成規(guī)則形狀，便于后續(xù)破碎加工成再生骨料。

其次，加強建筑材料的回收與再利用。建立健全建筑材料回收利用體系，鼓勵專業(yè)回收企業(yè)參與其中。對拆除后的鋼材、木材、磚塊等各類建筑材料進行細致分類回收。鋼材可直接回爐熔煉，制成新的建筑鋼材；木材若保存較好，可經加工處理后用于室內裝修或小型建筑構件；廢棄磚塊可在破碎后作為道路基層材料或生產再生磚的原料。通過這些回收再利用方式，不僅能減少對新原材料的需求，降低原材料獲取階段的能源消耗，還能大幅減少建筑垃圾對環(huán)境的影響。例如，每回收利用1噸鋼材，可節(jié)省約1.2噸鐵礦石、0.5噸焦炭，同時減少大量的二氧化碳排放。

加強拆除回收階段的能效提升，能形成綠色建筑全生命周期內資源的高效循環(huán)，推動建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

6結論

研究基于生命周期評估的綠色建筑能效提升，對于推動綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。對綠色建筑在原材料獲取、建筑施工、運營使用和拆除回收等全生命周期階段的能源消耗與環(huán)境影響進行系統(tǒng)分析，可明確各階段的關鍵因素和問題，從而有針對性制定能效提升策略。通過選擇低能耗環(huán)保建筑材料、優(yōu)化施工管理與工藝、提升建筑圍護結構性能、采用高效能源系統(tǒng)與設備，以及加強建筑材料的回收與再利用等措施，能有效降低綠色建筑在整個生命周期內的能源消耗和環(huán)境影響，實現建筑的高效節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展。

未來，隨著技術的不斷進步，應進一步加強對基于生命周期評估的綠色建筑能效提升的研究與實踐，不斷完善評估方法和技術手段，推動綠色建筑向更高水平發(fā)展。

參考文獻

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[2]黃湘瓊，賴敏綾.基于模糊綜合評價的建筑節(jié)能評價體系研究[J].中國建筑裝飾裝修，2023（11）：72-74.

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[5]王驍睿，陸亞珍，屈俊峰.綠色建筑全生命周期能效監(jiān)測[J].中國房地產業(yè)，2021（10）：251.

作者簡介：丁悅（1993.12-），女，內蒙古巴彥淖爾人，漢族，助教，碩士研究生，研究方向：建筑技術科學。