基于建筑产品寿命周期的建筑节能评价体系研究.doc

29 基于建筑产品寿命周期的建筑节能评价体系研究任志涛 孙白爽 张 睿 引言目前，建筑节能工作既是社会经济发展的需要，又是改善人类生存环境的需要;既是推动建筑业发展的关键步骤，又是实施国家节能战略的重要环节1。为了降低建筑能耗，减轻环境压力，提高人们对建筑节能的认识，使建筑节能成为全社会、全人类关注的事情，世界上很多国家和地区都发布了建筑节能的标准。我国现有的建筑节能标准在设计和评价过程中，缺少有效的建筑体系耗能分析评价方法，而只是直观地给出了一些综合性指标（如建筑物的耗热量）和辅助性指标（如围护结构的热工性能指标等）。但是这些参数只满足设计要求并不能判断整栋建筑满足节能要求。其他国家的经验告诉我们，建筑是否达到节能标准或者其节能效果是需要后续评价的。为此，需要建立相应的评价体系。本文认为在评价建筑节能方案的时候应采取全寿命周期分析（LCA）的方法来评估节能体系。1 建筑产品寿命周期的概念及阶段划分传统的建筑物的概念是指人造的、相对于地面固定的、有一定存在时间的、且是人们要么为了其形象、要么为了其空间使用的物体。本文是从建筑物的寿命周期的角度来研究建筑节能问题，为与寿命周期这一概念相统一，本文将建筑物这一概念推广为建筑产品。1.1 建筑产品寿命周期的概念寿命周期是指产品“从摇篮到坟墓”各阶段的总和，包括产品从 自然界中获得的最初资源、能源，经过开采、冶炼、加工、再加工等生产过程形成最终产品，又经过产品储存、批发、使用等过程，直至产品报废或处置所构成的一个物质转化的全过程2。本文将这一术语运用到建筑产品中指建筑物从最初的原材料的获取，建筑材料的制造、运输和安装，建筑系统的建造、运行、维护直到最后的拆除等一个完整的寿命周期全过程。在这一过程中，建筑系统与环境之间进行着不断的相互作用和影响，都要从自然界中获取大量的材料和能源，同时必然会对自然界造成极大的影响。因此，对“节能建筑”的定义应考虑到建筑产品的整个寿命周期。1.2 建筑产品寿命周期的阶段划分作为建筑产品，当前对其阶段的划分根据写作意图的不同而各有不同，由于笔者考虑到在下文中要涉及到LCA方法的系统边界的划分，为使他们达到一致，所以本文将建筑产品寿命周期划分为以下六个阶段：（1）原材料开采和运输阶段。在建筑产品形成之前，必须做好构成产品所需的资源准备，包括能源与原材料的选取，必要时还必须进行新兴能源或原材料的开发以及将原材料运往材料加工地点。（2）建筑材料加工制造阶段。在原材料准备齐全的条件下，将其加工制造成建筑产品所需的各类零部件的过程。（3）建筑规划、设计和施工阶段。此阶段为建筑产品形成阶段，包括产品的设计过程和生产过程。（4）建筑运行、使用和维护阶段。此阶段指建筑产品投入使用后的运营阶段，以及对建筑物定期的修缮和保养。（5）拆除和报废阶段。此阶段为将经过鉴定的寿命达到“终点”的建筑进行拆除，并宣告建筑物报废，停止对其地使用。（6）回收和循环利用阶段。此阶段为回收利用拆除报废后的建筑废弃物，将其转化为再生资源和再生产品。2 运用LCA方法构建建筑节能评价体系当前有关建筑节能评价的方法很多，例如系统分析法、专家咨询法、投入产出法等，由于方法本身的限制，无法对环境影响进行定量的分析，从而使新技术、新工艺的优越性无法体现，抑制了新能源和节能新技术的发展。本文将运用LCA（寿命周期评价）方法来构建建筑节能评价体系。当然， LCA方法本身还有不全面的地方，也需要在应用中不断的改进和完善。2.1 LCA的研究方法ISO于1997年提出全寿命周期评价的技术框架，将实施步骤分为目标和范围定义、清单分析、影响评价和结果解释四个部分3（见图1）。 2.2 目标和范围定义寿命周期评价的第一步是确定研究目的与界定研究范围。确定目的与范围的重要性在于它决定为何要进行某项生命周期评价（包括对其结果的应用意图），并表述所要研究的系统和数据类型。它为研究前提和限制性条件提供一个前期的范围界定。建筑产品全寿命周期系统（见图2）。 在实际研究过程中，可结合不同研究目的和研究深度，对全寿命周期系统进行阶段分解，从中建立符合研究标准的系统边界。此外，由于经济、时间和不可预见性等方面的原因，需根据实际情况对研究的深度和广度进行不断调整，通过反复探讨、反复考虑以确保研究目标和研究范围逐渐明晰化。2.3 清单分析清单分析是发展最完善的一个部分。它是对产品、工艺过程或活动等研究系统整个寿命周期阶段资源和能源的使用以及向环境排放废物等进行定量的技术过程。清单分析开始于原材料获取，结束于产品的最终消费和处理。该阶段是对已设定的建筑产品全寿命周期系统内资源利用、能源消耗以及各种形态污染排放物进行定量化的技术过程。它对系统边界内输入输出参数或边界参数进行定量描述，完整的清单分析能为所有与研究系统相关的投入和产出提供量化的数据资料。清单分析中用到的数据皆为终端数据，所谓终端数据是针对自然界而言的产品系统的输入和输出数据12。因此，数据综合的一个重要任务就是将非终端输入追溯到终端输入，将非终端输出延伸到终端输出。鉴于建筑产品在全寿命周期内可能会对环境产生资源、能源耗竭和污染等方面的影响，通常情况下将建筑产品的清单分析分为三个部分：资源利用、能源消耗和污染排放（见表1）。2.4 影响评价该阶段是对清单分析中辨识出的资源利用、能源消耗和污染排放做技术定量或定性描述与评价。影响评价通常由分类、特征化和量化三个步骤组成4。 （1）分类。即将清单分析中的输入和输出数据归纳分为若干个影响类型。通常情况下，可将影响类型分为资源利用、能源消耗和污染排放三大类，每一大类下再划分若干小类。 （2）特征化。即选择一种衡量模型，计算出各影响类型的潜在影响过程，其目的在于为下一步评估提供依据。 环境影响因子的计算公式为：EFkp=nq=1XkpIkp（k=A,B,C; p=1,2,3,m; q=1,2,3,n）式中，EFAp 为资源因子；EFBp为能源因子；EFCp为排放因子；Xkq为与第k种影响因子相对应的清单分析中第q种因素单位转换值（一般为已测定或评估的标准）；Ikq为与第 k种影响因子相对应的清单分析中第q种因素实际数据值；m为第k种影响因子中包括的下属类别数；n为与第k种影响因子相对应的清单分析中的因素个数。 （3）量化。即确定不同影响类型对环境影响的相对贡献，通过标准化和加权计算取得具有可比性的环境影响评价指标。 影响评价指标的计算公式为：EFVk=mp=1EFkpWkp（k=A,B,C; p=1,2,3,m）式中，EFVA为资源利用指标；EFVB为能源消耗指标；EFVC为污染排放指标；Wkp为与第 k种影响因子相对应的第p个下属类别的权重；m为第k种影响因子中包括的下属类别数。2.5 结果解释生命周期解释的目的是根据 LCA前几个阶段的研究或清单分析的发现，以透明的方式来分析结果、形成结论、解释局限性、提出建议并报告生命周期解释的结果，尽可能提供对 LCA研究结果易于理解的、完整的和一致的说明。 该阶段是对得到的环境影响指标进行分析研究，识别和评价全寿命周期系统内与资源、能源和污染排放物相关的节约资源和能源、减少环境污染的可能途径，明确提出减轻环境和人体健康损失的改进措施。可对计算出的不同结构、不同类型建筑产品环境影响评价指标进行比较，从中选择影响值较小的建筑产品作为建筑市场的主要供给类型。以上为完整的寿命周期评价体系框架，它涉及到建筑产品整个寿命周期内有关环境评价的各方面（资源利用、能源消耗、污染排放），由于本文侧重研究建筑节能方面，而且上文中已对建筑产品在其寿命周期内的能耗情况作了详细介绍，所以下面将通过案例分析的方式来证明LCA方法仅在能源消耗方面的应用。3 案例分析为探讨建筑产品在全寿命周期内的能耗情况，笔者以两个办公楼建筑作为实例，计算它们的能耗水平并对结果进行比较和分析。其中清华大学节能型办公楼为纲结构形式，北京某公司普通办公楼为框架建筑形式。假设两幢办公楼建筑的使用寿命均为50年，依据LCA方法的验证步骤如下：（1）确定研究目的及范围1）研究目的：运用LCA方法评价、比较两幢办公楼建筑节能效果及对环境影响情况，并根据比较结果对建筑产品在建筑节能及环境改善方面的不足予以改进意见。2）研究范围：理论上LCA方法研究建筑产品的系统边界贯穿整个寿命周期（原材料开采和运输阶段、建筑材料加工制造阶段、建筑规划、设计和施工阶段、建筑运行、使用和维护阶段、回收和循环利用阶段、拆除和报废阶段）。据统计，通常情况在普通建筑物50年的寿命周期中，耗能最大的部分在日常使用阶段，约占总耗能的70.6；而建材生产运输阶段约占22.3为其次；另一稍大比例的为更新维修，耗能量约占8.2。而建造施工（0.34）、拆除解体 （0.20）与废弃土运输（0.17）等阶段的耗能比例很小。因此本案例研究范围，即系统边界确定为两幢建筑在日常使用阶段、建材生产运输阶段和更新维修阶段的能耗量。 （2）清单分析本案例能源消耗清单中的数据来源于国家统计年鉴数据及国内外相关研究的数据（见表2）。（3）影响评价结合LCA框架中相关影响评价的步骤、公式，对于能源因子的计算结果已在表2中求得，下面分别计算两幢建筑的能源消耗指标：1）清华大学节能型办公楼：EFVB=mp=1EFBpWBp=1017.2730%+1064.733%+（57.97+147.9+4.84）18%+0.553%+6.759%+3.857%=695.352）北京某公司办公楼:EFVB=mp=1EFBpWBp=1436.3730%+1509.333%+（72.8+185.6+6.47）18%+ 0.023%+1.89%+0.997%=976.89 （4）结果解释综合建筑建材的原料生产、运输及建筑建成后的运行、更新维修能耗用寿命周期评价（LCA）方法评估两个建筑的能源消耗指标：北京某公司办公楼的能源消耗指标值高出清华大学节能型办公楼的能源消耗指标值：976.89-695.35=281.54。由此可见，清华大学节能型办公楼比北京某公司办公楼可节约能源：281.54/976.89100%=30%。从清单分析中的数据可以看到清华大学节能型办公楼比北京某公司办公楼通过利用太阳能、地热能等无污染能源而节约了大部分的燃烧能源，大量燃烧能源的节约，必定会减少二氧化碳向地球的排放量，同时可对环境污染的改善起到巨大的作用。这正突出了LCA方法的环境影响评价的核心原则，也体现了节能建筑比普通建筑的优越性。清华节能楼的低能耗主要体现在运行能耗上，虽然其由于地基结构、维护结构的做法，生产能耗较大，但从建筑寿命周期的能耗来看，仍然优于同规模的其他办公建筑。结束语将LCA方法应用于建筑产品环境影响评价，有助于推动建筑产品向节能型、健康型和生态型方向发展，促进建筑业可持续发展战略的实施。但是，由于建筑产品生产过程的复杂性和涉及区域的多样性，目前该方法在对建筑产品进行影响评价的过程中，关于系统边界的确定、清单分析中数据的获取、数据的精确性、评价标准的统一、操作的简便性、评价成本的适当性等方面还存在较大困难，这些都需要在实践中不断地进行研究和探索。在建筑产品寿命周期的不同阶段，从不同角度，依据不同准则对建筑节能进行研究，相信在不久的将来，在大家的共同努力下，建筑节能事业必将欣欣向荣、前景灿烂。 参考文献1 张丽，刘长滨.建筑产品的全寿命周期环境影响评价J.北京交通大学学报,2005.4（4）：21-23.2 邹云峰，王立久.建筑节能体系的经济评价与选择J.绥化师专学报,2004.24（4）：4-6.3 林海燕.可持续建筑发展中的建筑节能J.建筑科学,2006.22（44）：12-15.4 杨桂丽，陈杨生.关于建筑节能若干问题的探讨J.福建建材,2004.3：10-12.5 张文.建筑节能及发展趋势J.山西建筑,2006.32（17）：23-24.6 Ayat Osman,Robert Ries. 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