296基于生命周期理论的严寒地区居住建筑能耗计算和分析

1、基于生命周期理论的严寒地区居住建筑能耗计算和分析同济大学 王松庆 张旭 哈尔滨工业大学 王威摘要：本文运用生命周期理论，结合居住建筑物本身的特点，根据生命周期评价技术框架内容，把建筑物的整个生命周期边界划定为建材的生产、建筑的施工、使用、拆除以及建筑废料回收和废物处理五个阶段。使用建筑物生命周期能耗计算模型对严寒地区居住建筑的生命周期能耗进行了计算和分析。得出一些有利于推进严寒地区居住建筑节能工作的相关结论和措施。关键词生生命周期期 居居住建筑筑 能能耗 严寒地地区1 引言言目前，由由于人们们生活水水平的提提高，对对建筑物物的要求求也越来越越高，为为了满足足这些要要求，建建筑物的的能耗急急速增

2、加加，在能能源使用用方面给给国家带带来了巨巨大的压压力。同同时建筑筑物又是是使用寿寿命最长长的经济济产品之之一11-2，居住建建筑的使使用寿命命一般会会达到几几十年甚甚至上百百年，漫漫长的使使用寿命命导致了了居住建建筑极低低的更新新率，房房屋一旦旦建成，如不进进行较彻彻底的改改造，其其所带来来的影响响至少延延续到房房屋拆除除。因此此寻找一一种先进进的评价价方法对对居住建建筑的能能耗进行行计算和和分析至至关重要要。本文文以生命命周期理理论为基基础，结结合居住住建筑本本身特点点，使用用建筑物物生命周周期能耗耗计算模模型对严严寒地区区（以哈哈尔滨为为例）44幢居住住建筑的的生命周周期能耗耗进行计计算

3、和分分析，得得出一些些有利于于推进严严寒地区区居住建建筑节能能工作的的相关结结论和措措施。2 生命命周期评评价的定定义和技技术框架架2.1 生命周周期评价价的定义义生命周期期评价（Lifee Cyclle AAsseessmmentt）是一一种评价价产品、工艺或或活动从从原始材材料采集集，到产产品生产产、运输输、分配配、使用用以及最最终的处处置整个个生命周周期阶段段有关的的环境负负荷的过过程33。2.2 生命周周期评价价的技术术框架生命周期期评价作作为一项项用于评评价产品品环境因因素与潜潜在影响响的方法法，由目目标定义义和范围围、清单单分析、影响评评价与改善评评价4个相互互联系的的要素组组成4

4、4。目标定定义和范范围是指指根据项项目研究究的理由由、应用用意图以以及决策策者所需需要的信信息，确确定评价价目的的的定义，并按照照评价目目的界定定研究范范围，这这是生命命周期评评价的第第一步，也是整整个生命命周期评评价最重重要的一一个环节节。清单单分析是是生命周周期评价价4部分中中发展最最完善的的一部分分，它是是指对一一种产品品的工艺艺过程或或活动在在其整个个生命周周期内的的能量与与原材料料需要量量及对环环境的排排放进行行以数据据为基础础的客观观量化过过程。影影响评价价是生命命周期评评价的核核心内容容，也是是难度最最大的部部分。它它是对清清单阶段段所辨识识出来的的环境负负荷影响响进行定定量和（

5、或）定定性的描描述与评价。改善评评价是指指评估系系统在产产品、工工艺或活活动的整整个生命命周期内内削减能能源、原原材料使使用以及及环境释释放的需需求与机机会。3 建筑筑物生命命周期能能耗的计计算模型型3.1 建筑物物生命周周期边界界的划定定根据生命命周期评评价技术术框架的的内容，本文把把建筑物物的整个个生命周周期边界界划定为为建材的的生产、建筑的的施工、使用、拆除以以及建筑筑废料回回收和废废物处理理5个阶段段。划定定生命周周期边界界后，建建筑物整整个生命命周期能能耗则由由上述55个阶段段的能耗耗共同组组成。3.2 建筑物物生命周周期能耗耗的计算算模型建筑物整整个生命命周期能能耗的计计算公式式如

6、下：式中，为为建筑物物整个生生命周期期的能耗耗；为建筑物物建筑材材料生产产阶段的的能耗；为建筑物物施工阶阶段的能能耗；为为建筑物物使用阶阶段的能能耗；为为建筑物物拆除阶阶段的能能耗；为为建筑废废料回收收和废物物处理阶阶段的能能耗。3.2.1 建建筑物建建筑材料料生产阶阶段能耗耗的计算算建筑物建建筑材料料生产阶阶段能耗耗的计算算见下式：式中，nn为建筑物物所使用用建筑材材料的种种类；为为建筑材材料在施施工过程程中的废废弃比例例；为所使用用建筑材材料的用用量；为为生产建建筑材料料的单位位能耗。3.2.2 建建筑物施施工阶段段能耗的的计算建筑物施施工阶段段的能耗耗由2部分组组成，即即建筑材材料运输输

7、到施工工现场的的运输能能耗和建建筑物施施工过程程中的能能耗，其其计算公公式如下下：=式中，为为建筑材材料运输输到施工工现场的的运输能能耗；为建筑物物施工过过程中的的能耗；为建筑材材料从生生产地到到施工现现场的运运输距离离；Tc为单位建建筑材料料运输单单位距离离的能耗耗；为施工过过程中不不同施工工类型的的数目；为施工总总量；为为每种施施工类型型的单位位能耗。3.2.3建筑筑物使用用阶段能能耗的计计算建筑物使使用阶段段能耗的的计算公公式如下下：式中，QQo,yy为建筑物物使用阶阶段中的的年使用用能耗；为建筑物物的使用用寿命；为建筑物物在使用用阶段期期间使用用不同能能源形式式的时间间。3.2.4建筑

8、筑物拆除除阶段能能耗的计计算建筑物拆拆除阶段段能耗的的计算公公式为：式中，为为拆除过过程中不不同施工工类型的的数目；为拆除总总量；为为每种拆拆除方法法的单位位能耗。该阶段的的能耗主主要与进进行拆除除作业的的机器设设备有关关。根据据相关文献献，拆除除阶段的的能耗通通常可以以按施工工过程能能耗的990%计计算55。所所以建筑筑物拆除除阶段的的能耗计计算公式式也可以表表示为：Qd=00.93.2.5建筑筑物建筑筑废料回回收和废废物处理理阶段能能耗的计计算该阶段能能耗计算算公式为为：Qp= Qt,r+ Qt,w式中，QQt,rr为废旧建建材回收收再循环环的运输输能耗；Qt,ww为废旧建建材运往往处理场

9、场所的运运输能耗耗；为废旧建建材总重重量；为为废旧建建材的回回收比例例；Td为单位废废料运输输单位距距离的能能耗；为为废旧建建材运送送到回收收处理地地点的距距离；为为废旧建建材运送送到最终终处理地地点的距距离。公式（11）（12）主主要参考考和引用用了国外外一些关关于建筑筑物生命命周期能能耗计算算的研究究成果6-77，并并结合我我国的实实际情况况加以改改进得到到。4 建筑筑实例计计算和分分析利用上述述建筑物物生命周周期能耗耗计算模模型对严严寒地区区（以哈哈尔滨为为例）44幢居住住建筑生生命周期期能耗进进行计算算和分析析。由于于居住建建筑具有有房间结结构与使使用功能能相似等等特点，所以44幢居住

10、住建筑均均只考虑虑每幢建建筑的11个居住住单元，最后得得到的结结论同样样可以适适用于整整幢建筑筑。建筑筑实例的的基本特特征如表表1所示。表1建筑筑实例的的基本特特征ABCD面积/ m2110.7613355.15513555.15521033.888层数15512层高/mm314层层为35层为33.314层层为35层为33.31111层为312层为为3.33体形系数数0.73310.32220.32230.3337窗墙比0.20.19940.19920.1665注：A、B、C、D分别别代表砖砖混平房房、多层砖砖混楼房房、多层钢钢混楼房房、高层钢钢混楼房房在计算过过程中所所需要的的参数的的取值依

11、依据主要要是根据据国内外外常用的的一些数数据以及及当地实实际情况况进行选选取88-100。计计算结束束后，分分别对居居住建筑筑使用寿寿命为常常量和变变量这两两种情况况进行比比较和分分析。4.1当当居住建建筑的使使用寿命命为常量量假设居住住建筑的的使用寿寿命为550年，每幢居居住建筑筑生命周周期中55个阶段段能耗的的分配图图如图114所示。由图14可以看看出，不不管是何何种结构构的建筑筑，在建建筑物整整个生命命周期中中，使用用阶段能能耗所占占比例最最大，都都达到了了80%以上，而建材材生产阶阶段能耗耗处于第第2的位置置，比其其它剩余余3个阶段段能耗之之和还要要大。建建筑物节节能的关关键就是是看其

12、使使用阶段段能耗和和建材生生产阶段段能耗是是否过高高，只有有把这22个最重重要的阶阶段处理理好，建建筑物整整个生命命周期能能耗才会会得到降降低，才能在在根本上上实现建建筑物的的节能。图1 砖砖混平房房整个生生命周期期能耗分分配图图图2 多层层砖混楼楼房整个个生命周周期能耗耗分配图图图3 多多层钢混混楼房整整个生命命周期能能耗分配配图图4 高层层钢混楼楼房整个个生命周周期能耗耗分配图图4.2当当居住建建筑的使使用寿命命为变量量假设上述述所举44幢居住住建筑的的寿命可可以达到到90年，对4幢居住住建筑在在不同使使用寿命命情况下下的各自自生命周周期能耗耗进行计计算和分分析，其其分析图图如图55、6所

13、示示。 图5不同同居住建建筑不同同使用寿寿命情况况下整个个生命周周期 图6 不同同居住建建筑不同同使用寿寿命情况况下整个个生命周周期单位能耗耗的分布布情况单单位能耗耗减少的的变化率率由图5、6可以看看出，随随着居住住建筑使使用寿命命达到440年后后，不同同围护结结构的居居住建筑筑其单位位能耗越越来越趋趋向于稳稳定，并并逐渐与与其使用用阶段的的单位能能耗接近近。这说明明在实际际中延长长居住建建筑的使使用寿命命可以使使居住建建筑的节节能水平平达到其其自身的的最优结结果。同同时可以以发现，随着使使用寿命命的增加加，钢混混结构居居住建筑筑的整个个生命周周期单位位能耗减减少的百百分比速速率明显显高于砖砖

14、混结构构居住建建筑，最最大时二二者相差差23%左右，而且砖砖混结构构居住建建筑的单单位能耗耗又是钢钢混结构构的23倍。因因此从生生命周期期理论的的角度分分析采用用钢混结结构比砖砖混结构构更加节节能。5 结论论本文运用用生命周周期理论论对严寒寒地区居居住建筑筑能耗进进行了计计算，并并通过对对其使用用寿命为为常量和和变量两两种情况况进行讨讨论和分分析，得得出如下下结论：居住建建筑的使使用阶段段和建材材生产阶阶段的能能耗多少少直接决决定了居居住建筑筑是否能能够达到到节能要要求；多层和和高层居居住建筑筑的节能能效果优优于平房房；从生命命周期理理论的角角度分析析出居住住建筑采采用钢混混结构比比砖混结结构

15、更加加节能；延长居居住建筑筑使用寿寿命可以以最大程程度上使使其节能能水平达达到其自自身可达达到的最最优结果果。因此此在严寒寒地区推推进居住住建筑节节能工作作，可从从以下几几个方面面入手：鼓励多多层和高高层居住住建筑的的发展，减少平平房的建建造数量量；广泛推推广钢混混结构的的居住建建筑，在在能满足足要求的的前提下下选择传传热系数数较小的的围护结结构，采采用保温温效果较较好的墙墙体、门窗和和屋顶；尽可能能延长居居住建筑筑的使用用寿命。参考文献献1 OECCDEEnviironnmenntallly Susstaiinabble Buiildiing:Chaalleengees aand Polli

16、ciiesRThee OEECD Envviroonmeent Proograam，20003.2 张昌叙叙谈建建筑节能能陕西西建筑，20006，225(55)：1333 束庆，张旭生命周周期评价价和生命命周期成成本分析析的整合合方法研研究同同济大学学学报，20003，114(44)：881886.4 刘忠文文ISSO1440400生命周周期评价价概述环境导导报，19998，115(11):3323335 杨健AB活活性污泥泥法的生生命周期期能耗分分析四四川环境境，20002，221(11)：23266 Adaalbeerthh KEneergyy usse dduriing thee lif

17、ee cyclle oof bbuilldinngs:a methhodJBBuilldinng aand Envviroonmeent，19997(332)：317732207 Sheeng-Lunng LLin. LCCA-bbaseed eenerrgy evaaluaatinng wwithh apppliicattionn too scchoool bbuilldinngs in TaiiwannCProoceeedinngs of EcooDessignn20003：Thiird Inteernaatioonall Syympoosiuum oon EEnviironnmenntallly Connsciiouss Deesiggn aand Invversse MManuufaccturringg，20003：409941138 杨静建筑材材料北北京：中中国水利利水电出出版社，200049 Schheueer