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      基于生命周期評(píng)估的綠色建筑能效提升路徑研究

      2025-04-10 00:00:00丁悅
      佛山陶瓷 2025年3期
      關(guān)鍵詞:綠色建筑可持續(xù)發(fā)展

      摘 要:本文主要研究基于生命周期評(píng)估的綠色建筑能效提升路徑。通過對(duì)綠色建筑在原材料獲取、建筑施工、運(yùn)營(yíng)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(jìn)行量化分析,明確各階段能效提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。結(jié)合實(shí)際案例,利用數(shù)據(jù)表格直觀呈現(xiàn)不同階段的能源消耗數(shù)據(jù)及環(huán)境影響指標(biāo),提出針對(duì)性的能效提升策略,旨在為綠色建筑實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展提供理論與實(shí)踐指導(dǎo)。

      關(guān)鍵詞:生命周期評(píng)估;綠色建筑;能效提升;可持續(xù)發(fā)展

      1 前言

      隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注度不斷提高,綠色建筑作為實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的重要途徑,受到廣泛的關(guān)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(yùn)營(yíng)成本,提升室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。生命周期評(píng)估作為一種評(píng)估產(chǎn)品或服務(wù)在其整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)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(xué)的分析框架。

      2生命周期評(píng)估理論與方法

      2.1生命周期評(píng)估的概念

      生命周期評(píng)估是對(duì)一個(gè)產(chǎn)品、過程或服務(wù)系統(tǒng)在其整個(gè)生命周期內(nèi)的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法,涵蓋從原材料獲取、生產(chǎn)制造、運(yùn)輸、使用、維護(hù)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(gè)方面對(duì)環(huán)境的影響。在綠色建筑領(lǐng)域,生命周期評(píng)估可幫助評(píng)估建筑在不同階段的能源性能和環(huán)境負(fù)荷,為優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)提供依據(jù)[1]。

      2.2生命周期評(píng)估的框架

      生命周期評(píng)估的具體框架如下:

      (1)目標(biāo)與范圍定義。明確開展生命周期評(píng)估的目的,評(píng)估某一綠色建筑的能源效率及環(huán)境影響,確定評(píng)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(yùn)營(yíng)使用、拆除回收,以及哪些相關(guān)活動(dòng)納入評(píng)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(shù)據(jù)。需要開展詳細(xì)的調(diào)研和數(shù)據(jù)收集工作,包括與建筑材料供應(yīng)商、施工單位、運(yùn)營(yíng)管理部門等進(jìn)行溝通,獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息;(3)影響評(píng)價(jià)。將清單分析得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境影響的指標(biāo),如全球變暖潛勢(shì)、酸化潛勢(shì)、富營(yíng)養(yǎng)化潛勢(shì)等。結(jié)合特定的評(píng)價(jià)模型和方法,評(píng)估建筑在不同階段對(duì)各種環(huán)境影響類型的貢獻(xiàn)程度;(4)結(jié)果解釋。對(duì)影響評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行分析和解釋,識(shí)別出對(duì)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(jù)。同時(shí),對(duì)結(jié)果的不確定性進(jìn)行分析,評(píng)估數(shù)據(jù)和模型的可靠性[3]。

      3生命周期評(píng)估在綠色建筑中的應(yīng)用意義

      3.1全面認(rèn)識(shí)建筑能源消耗與環(huán)境影響

      生命周期評(píng)估能揭示綠色建筑在整個(gè)生命周期內(nèi)的能源消耗和環(huán)境影響的全貌,避免只關(guān)注建筑運(yùn)營(yíng)階段而忽略其他階段的影響。建筑材料的生產(chǎn)和運(yùn)輸過程消耗大量的能源并產(chǎn)生較多的污染物排放,結(jié)合生命周期評(píng)估可全面了解這些潛在影響。

      3.2優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)與決策

      基于生命周期評(píng)估的結(jié)果,建筑設(shè)計(jì)師和決策者在建筑設(shè)計(jì)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(shù),并優(yōu)化建筑布局和系統(tǒng)設(shè)計(jì),以降低建筑在整個(gè)生命周期內(nèi)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(píng)估為制定綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展策略提供科學(xué)依據(jù),分析不同階段的關(guān)鍵因素,可有針對(duì)性地制定能源管理計(jì)劃、材料選擇指南和運(yùn)營(yíng)維護(hù)策略,推動(dòng)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(yùn)輸過程需要消耗大量的能源,鋼鐵、水泥等基礎(chǔ)建筑材料的生產(chǎn)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(chǎn)1噸水泥為例,其綜合能耗約為100~150千克標(biāo)準(zhǔn)煤,而生產(chǎn)1噸鋼材的能耗約為600~800千克標(biāo)準(zhǔn)煤。表1展示了常見建筑材料生產(chǎn)過程中的能源消耗數(shù)據(jù)。

      同時(shí),原材料獲取過程還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生多種影響,如礦山開采,導(dǎo)致土地破壞、水資源污染等。水泥生產(chǎn)過程中會(huì)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(yùn)輸過程中的尾氣排放也會(huì)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(shè)備的使用,如起重機(jī)、混凝土攪拌機(jī)、挖掘機(jī)等,這些設(shè)備的運(yùn)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(guān)。

      一般而言,大型建筑項(xiàng)目的施工能耗相對(duì)較高。如一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)煤。此外,施工過程中會(huì)產(chǎn)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(duì)土壤和水體造成污染。

      4.3運(yùn)營(yíng)使用階段

      建筑運(yùn)營(yíng)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(fēng)以及各類設(shè)備的運(yùn)行等。不同類型的建筑在運(yùn)營(yíng)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(diào)系統(tǒng)外,照明和辦公設(shè)備的能耗也占比較大。例如,在北方地區(qū),一個(gè)普通住宅冬季供暖的能耗約為15~25千克標(biāo)準(zhǔn)煤/平方米,而大型商業(yè)建筑的年綜合能耗可達(dá)50~100千克標(biāo)準(zhǔn)煤/平方米。表2展示了不同類型建筑運(yùn)營(yíng)階段的能源消耗數(shù)據(jù)。

      4.4拆除回收階段

      建筑拆除階段需要使用機(jī)械設(shè)備,如破碎機(jī)、推土機(jī)等,這些設(shè)備的運(yùn)行會(huì)消耗能源。同時(shí),對(duì)拆除后的建筑材料進(jìn)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(duì)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(huì)占用大量土地資源,并可能導(dǎo)致土壤和地下水污染。

      5基于生命周期評(píng)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(píng)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(guān)鍵。在建筑規(guī)劃初期,就應(yīng)優(yōu)先考慮生產(chǎn)過程能源消耗少且對(duì)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(chǎn)能耗卻相對(duì)較低。同時(shí),多采用可再生材料,如再生鋼材,不僅能降低對(duì)原生資源的依賴,生產(chǎn)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(duì)環(huán)境的負(fù)面影響;其次,優(yōu)化原材料運(yùn)輸方案。精準(zhǔn)規(guī)劃運(yùn)輸路線,優(yōu)先選擇施工現(xiàn)場(chǎng)附近的供應(yīng)商,減少運(yùn)輸里程,降低運(yùn)輸能耗與污染物排放。對(duì)于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸,可選用鐵路、水路等大運(yùn)量、低能耗運(yùn)輸方式,替代高能耗的公路運(yùn)輸。

      5.2建筑施工階段的能效提升

      一方面,提高施工設(shè)備能源效率是關(guān)鍵。施工設(shè)備是能耗大戶,選用節(jié)能型設(shè)備可以從源頭上降低能耗。如新型電動(dòng)起重機(jī),相比傳統(tǒng)燃油起重機(jī),能源利用效率更高,且能減少污染物排放。同時(shí),定期維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備也不可或缺,能確保設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài),避免設(shè)備老化或故障導(dǎo)致能耗增加。定期檢查混凝土攪拌機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng),及時(shí)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??茖W(xué)合理的施工計(jì)劃,能避免施工過程中的混亂與資源浪費(fèi),進(jìn)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(shè)備閑置時(shí)間。推廣先進(jìn)施工工藝,如采用建筑信息模型(BIM)技術(shù),能提前模擬施工過程,發(fā)現(xiàn)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(yùn)營(yíng)使用階段的能效提升

      一方面,優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu),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(shí),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(shè)計(jì)建筑朝向與體型系數(shù)也不容忽視。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚺c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(diào)制冷負(fù)荷;優(yōu)化體型系數(shù),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(shè)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?zé)崮芑蚩諝庵械臒崃?,相比傳統(tǒng)的燃煤、燃?xì)夤┡O(shè)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(zhǎng)達(dá)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(jià)值。例如,對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑,可采用無損拆除技術(shù),最大限度地保護(hù)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(jià)值高的建筑構(gòu)件,減少拆除過程對(duì)材料的損壞。同時(shí),采用合適的拆除方法,例如,對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu),可利用先進(jìn)的切割設(shè)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(qiáng)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(lì)專業(yè)回收企業(yè)參與其中。對(duì)拆除后的鋼材、木材、磚塊等各類建筑材料進(jìn)行細(xì)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(jīng)加工處理后用于室內(nèi)裝修或小型建筑構(gòu)件;廢棄磚塊可在破碎后作為道路基層材料或生產(chǎn)再生磚的原料。通過這些回收再利用方式,不僅能減少對(duì)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(duì)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(shí)減少大量的二氧化碳排放。

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

      6結(jié)論

      研究基于生命周期評(píng)估的綠色建筑能效提升,對(duì)于推動(dòng)綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。對(duì)綠色建筑在原材料獲取、建筑施工、運(yùn)營(yíng)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(jìn)行系統(tǒng)分析,可明確各階段的關(guān)鍵因素和問題,從而有針對(duì)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(hù)結(jié)構(gòu)性能、采用高效能源系統(tǒng)與設(shè)備,以及加強(qiáng)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(gè)生命周期內(nèi)的能源消耗和環(huán)境影響,實(shí)現(xiàn)建筑的高效節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展。

      未來,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)基于生命周期評(píng)估的綠色建筑能效提升的研究與實(shí)踐,不斷完善評(píng)估方法和技術(shù)手段,推動(dòng)綠色建筑向更高水平發(fā)展。

      參考文獻(xiàn)

      [1]白登輝,王希文,楊志鋒,等.民用建筑綠色機(jī)電設(shè)備全生命周期評(píng)價(jià)體系研究[J].建筑電氣,2023,42(7):20-23.

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

      [3]畢雪皎,楊崴,李潔,等.零碳獨(dú)棟住宅生命周期環(huán)境影響及成本分析[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版),2024,57(5):544-555.

      [4]李超.建筑工程中新型節(jié)能材料的應(yīng)用與性能分析[J].石材,2024(8):110-112.

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

      作者簡(jiǎn)介:丁悅(1993.12-),女,內(nèi)蒙古巴彥淖爾人,漢族,助教,碩士研究生,研究方向:建筑技術(shù)科學(xué)。

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