能值法和碳排放法的建筑可持續(xù)性對(duì)比

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摘要:建筑綠色可持續(xù)性評(píng)估是建筑領(lǐng)域重要的環(huán)節(jié)，通過(guò)能值法和碳排放法定量計(jì)算典型建筑物的能值總量和碳排放量評(píng)估建筑物的綠色可持續(xù)性能。本文通過(guò)對(duì)比兩種方法計(jì)算結(jié)果的異同，分析敏感因素，綜合評(píng)估建筑的可持續(xù)性。研究結(jié)果說(shuō)明能值方法和碳排放方法都指出混凝土和水泥是建筑可持續(xù)性最重要的兩種材料，需要重點(diǎn)關(guān)注；建筑設(shè)備相對(duì)建筑材料處于次要地位；能值方法對(duì)建筑領(lǐng)域應(yīng)用的高技術(shù)含量產(chǎn)品敏感度較高，碳排放法對(duì)物品本身的元素組成更看重。

關(guān)鍵詞:能值評(píng)估法；碳排放法；建筑可持續(xù)性；對(duì)比研究

一、研究背景

隨著高耗能生產(chǎn)模式的終結(jié)，低碳和綠色的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為建筑領(lǐng)域必須滿足的條件。綠色可持續(xù)性評(píng)估研究則成為建筑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。[1]在眾多的評(píng)估方法中，碳排放計(jì)算法是國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)可的一種評(píng)估方法。碳排放法通過(guò)計(jì)算建筑材料、建造、運(yùn)行、回收等階段的碳排放量，評(píng)估建筑的綠色可持續(xù)性。但碳排放法是對(duì)既有建筑材料和建筑設(shè)備的碳排放值進(jìn)行計(jì)算，并不包括對(duì)建筑材料和設(shè)備本身的“包被能”進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估。能值法是一種物體本身全過(guò)程的評(píng)估手段，可以和碳排放法形成互補(bǔ)評(píng)估，更精準(zhǔn)地表征建筑可持續(xù)性特性。本研究通過(guò)采用能值法和碳排放方法對(duì)建筑可持續(xù)性指標(biāo)進(jìn)行量化計(jì)算，通過(guò)對(duì)比關(guān)鍵指標(biāo)更準(zhǔn)確地評(píng)估建筑可持續(xù)程度。

二、研究方法

1．能值法能值是一種典型的“包被能”，以太陽(yáng)為最初能量來(lái)源，每一項(xiàng)物體有效能都有相應(yīng)的能值量，單位為太陽(yáng)能焦耳（sej）。能值法最初來(lái)自生態(tài)領(lǐng)域，是由美國(guó)生態(tài)學(xué)家H.T.Odum在20世紀(jì)80～90年代創(chuàng)立的新的生態(tài)評(píng)估方法，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、城市、工業(yè)、生態(tài)領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，已經(jīng)形成一套完整的理論，成為一種可靠的生態(tài)評(píng)估方法。[2]美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的相關(guān)教授率先將能值評(píng)估方法引入建筑領(lǐng)域，為建筑綠色評(píng)估提供了一種新的探索途徑。目前建筑領(lǐng)域的能值研究朝著研究對(duì)象尺度多樣化、方法指標(biāo)細(xì)化、能值轉(zhuǎn)化率本土化等方向快速發(fā)展。[2]能值分析的基本步驟包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取與資料收集；能量系統(tǒng)圖；能值分析表；能值綜合指標(biāo)計(jì)算；系統(tǒng)發(fā)展綜合評(píng)價(jià)和策略分析。基本計(jì)算公式如下：太陽(yáng)能值（sej）=能量（J）×能值轉(zhuǎn)換率（sej/J）；太陽(yáng)能值（sej）=物質(zhì)（g）×能值轉(zhuǎn)換率（sej/g）；2．碳排放法碳排放的關(guān)注最先起源于英國(guó)，隨后快速發(fā)展到全球，目前英國(guó)的BREEAM、美國(guó)的LEED、日本的CASBEE、加拿大的GBC等西方發(fā)達(dá)國(guó)家都已建立相當(dāng)完善的評(píng)估體系。我國(guó)在碳排放領(lǐng)域同樣在向著更精細(xì)的程度快速發(fā)展。碳排放法是在全球變暖的背景發(fā)展起來(lái)的，是全球大環(huán)境變化評(píng)估體系的重要方法。該方法通過(guò)計(jì)算物質(zhì)、行業(yè)、系統(tǒng)等的碳排放量，評(píng)估其對(duì)整個(gè)環(huán)境的影響，從而得到可持續(xù)性的評(píng)價(jià)結(jié)果。碳排放法的主要指標(biāo)是碳排放因子，不同材料、過(guò)程、行業(yè)、系統(tǒng)等都有不同碳排放因子，相關(guān)信息可以通過(guò)資料獲取。[3-4]碳排放的基本公式:式中，Cm——物質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程中CO2的排放量；Qi——物質(zhì)所用第i種建筑材料的重量總和；EFi——物質(zhì)所用第i種建筑材料的排放因子.

三、案例研究

1．案例介紹位于南京東南大學(xué)四牌樓校區(qū)的逸夫建筑樓是由東南大學(xué)和邵逸夫先生共同出資4238萬(wàn)元建設(shè)的，2000年建成的大型辦公建筑（圖1）。由東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)，整體為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，總建筑面積16873m2，總高71.5m，地上15層，地下1層。目前已成為建筑學(xué)院主辦公樓之一。2．能值法評(píng)估能值法評(píng)估主要從建筑材料和建筑設(shè)備兩方面進(jìn)行。（1）主要建筑材料方面逸夫建筑樓主要建筑材料用量統(tǒng)計(jì)和相應(yīng)能值計(jì)算值；[5-6]圖2為逸夫建筑樓各部分材料能值量對(duì)比；表2為案例建筑施工機(jī)械配備明細(xì)及對(duì)應(yīng)能值計(jì)算；圖3為逸夫建筑樓各15種主要設(shè)備能值量對(duì)比。表1為逸夫建筑樓的14種主要建筑材料，包括建材用量和對(duì)應(yīng)的能值量。單從總用量來(lái)看，用量處于前三位的是混凝土、水泥和鋼材；從能值角度評(píng)估，用量排序依次是混凝土、水泥和鋼材。圖2是各部材料的能值量對(duì)比圖，由此可知14種建筑材料的能值量依大小排序?yàn)椋夯炷?、水泥、鋼材、涂料、瓷磚、石材、碎石、玻璃、石灰、有機(jī)材料、磚、木材、合金和銅。其中前三位的能值量分別為混凝土226E+17sej、水泥76.9E+17sej、鋼材36.7E+17sej。（2）主要建筑施工機(jī)械方面表2為建筑施工設(shè)備明細(xì)表和對(duì)應(yīng)的能值量表，共包含15種施工機(jī)械。15種施工機(jī)械的總能值量為80.1E+17sej。圖3為逸夫建筑樓15種主要施工機(jī)械能值量對(duì)比圖，從圖中可以清晰看出各個(gè)設(shè)備的能值量大小，按能值量大小依次排序?yàn)椋弘娫鼔毫笝C(jī)27E+17sej、對(duì)焊機(jī)20E+17sej、塔吊9E+17sej、交流電焊機(jī)6.4E+17sej、手提式電焊機(jī)6E+17sej、攪拌機(jī)3E+17sej、離心泵1.76E+17sej、木工壓刨1.5E+17sej、插入式振動(dòng)機(jī)1.32E+17sej、鋼筋切斷機(jī)1.1E+17sej、砂漿焊機(jī)和塔吊，這與我們?nèi)粘５慕ㄖＷR(shí)是一致的。以建筑材料和建筑施工設(shè)備能值量為基礎(chǔ)，得到逸夫建筑樓可持續(xù)性指標(biāo)分析結(jié)果（表3）可以看到環(huán)境負(fù)載率處于較高的狀態(tài)，為60.75；凈能值產(chǎn)出率只有2.02；最終計(jì)算出的可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)為0.033，可見(jiàn)整棟建筑的可持續(xù)性不高，需要優(yōu)化升級(jí)，提高可更新資源能值的輸入比例，降低環(huán)境負(fù)載率，提高逸夫建筑樓的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)。3．碳排放法評(píng)估各個(gè)單獨(dú)因素的總量，乘以各自的碳排放因子，即可得到碳排放量的數(shù)值（表4）。碳排放法計(jì)算的結(jié)果，建筑材料和建筑設(shè)備的總碳排放量為10628.8t，從數(shù)值上來(lái)看碳排放量很大，對(duì)環(huán)境會(huì)造成不小的壓力。其中建筑材料的碳排放量為10415.12t，占比約為98%，建筑設(shè)備的占比較小。4．能值法與碳排放法異同分析基于能值法和碳排放法的比較評(píng)估逸夫建筑樓的可持續(xù)性，兩種方法的評(píng)估結(jié)果有交叉，也有不同之處。圖5和圖6為同樣的建筑材料，在整個(gè)評(píng)估體系的比重有差異。能值法分析：圖5中的能值量占比前四位是混凝土>水泥>鋼材>涂料，比重分別為60.79%，20.68%，9.87%和2.63%。其中混凝土占據(jù)了整個(gè)建材板塊能值量的60%以上，混凝土和水泥總比重超過(guò)80%，可見(jiàn)建筑材料的主要成分為這兩種，通常認(rèn)為主要材料的鋼材只占總比的不足10%，這個(gè)結(jié)果說(shuō)明鋼材的能值在建筑領(lǐng)域相比混凝土和水泥處于次要位置。涂料的用量比重很小，但由于涂料是高附加值的產(chǎn)品，擁有極高的能值轉(zhuǎn)化率，導(dǎo)致其總的能值量處于14種建筑材料的第四位，這是能值法區(qū)別于碳排放法的不同之處。碳排放法分析，圖6的結(jié)果顯示比重順序?yàn)椋夯炷粒?7.77）%>水泥（24.6%）>磚（9.85%）>石材（9.85%）>鋼材（8.32%）。用碳排放法計(jì)算的結(jié)果前兩位和能值法是一樣的，都是混凝土和水泥，但各自占比重相差很大，尤其是混凝土相差懸殊，可見(jiàn)雖然橫向比較都是前兩位，但各自占的比重又說(shuō)明兩種方法的計(jì)算是有差異的；處于第三、四位的磚和石材更是和能值法計(jì)算結(jié)果不同，鋼材的比重只處于第五位。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比能值法和碳排放法的計(jì)算結(jié)果，可知兩種方法能夠互補(bǔ)評(píng)估建筑的綠色可持續(xù)性能。異同之處如下：相同之處：能值法和碳排放法的計(jì)算結(jié)果都說(shuō)明混凝土和水泥是建筑可持續(xù)性最重要的兩種材料，需要重點(diǎn)關(guān)注；建筑設(shè)備相對(duì)建筑材料處于次要地位。不同之處：能值法對(duì)建筑領(lǐng)域應(yīng)用的高技術(shù)含量產(chǎn)品敏感度較高，如涂料；碳排放法對(duì)物品本身的元素組成更看重，如石材。綜合以上結(jié)果，兩種方法共同評(píng)估建筑可持續(xù)性會(huì)有更可靠的結(jié)果。

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作者:張軍學(xué) 王晨楊 單位:東南大學(xué)建筑學(xué)院