我國典型斷橋鋁合金窗生命周期評價研究

文/趙春芝 蔣荃 馬麗萍

1.中國建材檢驗認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京，100024；2.國家綠色建材重點實驗室，北京，100024；3.中國建筑材料科學(xué)研究總院

1 引言

外窗是建筑物的重要組成部分，具有采光、通風(fēng)、保溫、隔熱等作用，與外墻、屋頂構(gòu)成建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。外窗在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中占的面積一般只有總面積30%左右，但能耗損失卻占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體的50%以上，是住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能最薄弱的部位。在國家建筑節(jié)能政策下達(dá)到各地建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能型門窗的市場占有率為60%，根據(jù)不同地區(qū)氣候環(huán)境特點，選用效果適合的節(jié)能門窗，是極其必要和現(xiàn)實的，對實現(xiàn)建筑節(jié)能意義重大。各種新型節(jié)能門窗層出不窮，在達(dá)到相同節(jié)能效果的情況下，哪類門窗是綠色的？斷橋鋁合金窗作為國內(nèi)高檔節(jié)能窗占有較大的市場份額，對其開展綠色度評估對發(fā)展綠色建筑具有重要意義。

生命周期評價（Life cycle assessment， LCA）是量化、系統(tǒng)化評價產(chǎn)品生命周期中資源、能源消耗和污染物排放造成的環(huán)境影響的標(biāo)準(zhǔn)化方法，被認(rèn)為是評價產(chǎn)品環(huán)境影響的最佳方法。目前已滲透到各種行業(yè)各種產(chǎn)品的關(guān)鍵決策中，國際許多國家的綠色建筑認(rèn)證和建材的Ⅲ型環(huán)境聲明都引入了LCA方法，在產(chǎn)品的碳排放、清潔生產(chǎn)、生態(tài)設(shè)計、綠色采購領(lǐng)域的應(yīng)用，已得到社會的廣泛承認(rèn)。對窗的生命周期評價，國際尚未有相關(guān)報道，本研究基于LCA方法，對典型斷橋鋁合金窗的生命周期環(huán)境影響進(jìn)行了計算與評價，旨在闡明我國斷橋鋁合金窗生命周期環(huán)境影響現(xiàn)狀，以期為本地化建筑用窗LCA數(shù)據(jù)庫的建立及綠色建筑生命周期環(huán)境負(fù)荷評價提供數(shù)據(jù)支持。

2 典型斷橋鋁合金窗的評價

2.1 系統(tǒng)邊界定義

斷橋鋁合金窗的型材采用穿條工藝，利用增強尼龍將鋁窗框的內(nèi)外隔離以絕內(nèi)外能量的交換制成的一種新的隔熱型的鋁型材，可實現(xiàn)門窗的三道密封結(jié)構(gòu)，合理分離水汽腔，成功實現(xiàn)氣水等壓平衡，顯著提高門窗的水密性和氣密性。根據(jù)框厚度的不同分為60、70、80等不同系列。

本文界定的門窗系統(tǒng)邊界，從資源開采、原輔料生產(chǎn)及原材料運輸、能源生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)到產(chǎn)品出廠為止（即從“搖籃到大門”），見圖1。具體計算不包括使用和廢棄階段，但是考慮在使用和廢棄階段窗的環(huán)境影響的指標(biāo)體現(xiàn)。

原材料生產(chǎn)（鋁型材、玻璃、PVC、木材）；

輔料生產(chǎn)（隔熱條、角碼、硅酮密封膠、膠條、鋅合金）；

能源生產(chǎn)（電力）；

公路運輸（主要原輔材料的公路運輸）；

e) 窗的組裝

本文界定的窗系統(tǒng)邊界包括資源開采、原輔料生產(chǎn)（鋁型材、玻璃、PVC、木材、隔熱條、角碼、硅酮密封膠、膠條、鋅合金）及原材料運輸、能源生產(chǎn)（電力）、產(chǎn)品生產(chǎn)，即從“搖籃”到“大門”（見圖1）。

圖1 斷橋鋁合金窗生命周期系統(tǒng)邊界

2.2 功能單位確定

基于窗的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計及市場交易的一般規(guī)則，以m2窗為功能單位。

2.3 系統(tǒng)描述

（1）鋁合金表面一般都有涂層，因添加量較?。ㄐ∮?%），且對碳排放的貢獻(xiàn)值?。ㄐ∮?%），本文將涂層的碳排放予以忽略。

（2）浮法玻璃到Low-E玻璃的能耗增加按4kW·h/m2計算.

（3）假設(shè)運輸方式為公路，運輸距離是根據(jù)企業(yè)采購的原料產(chǎn)地計算。

（4）窗組裝過程的數(shù)據(jù)采用企業(yè)內(nèi)部實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

（5）隔熱條（PA66）生產(chǎn)、硅酮密封膠生產(chǎn)、膠條(三元乙丙)生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫國內(nèi)沒有，采用的國外Ecoinvent2.2數(shù)據(jù)庫。

（6）根據(jù)國際鋁協(xié)的統(tǒng)計建筑領(lǐng)域鋁的回收率可達(dá)90%，自1880年以來全球累積生產(chǎn)了10億噸鋁，其中有3/4的鋁仍處于應(yīng)用階段，在這部分鋁中建筑業(yè)大約占35%[1]。本項目中考慮鋁型材中有30%的再生鋁，原鋁與再生鋁的主要能源和溫室氣體排放清單見圖2[2]。

2.4 清單分析

（1）現(xiàn)場數(shù)據(jù)

通過對我國七家典型斷橋鋁合金窗生產(chǎn)企業(yè)的主流產(chǎn)品55到58系列平開窗（壁厚T≥1.4mm，隔熱條14.8mm到16mm）和65到70系列平開窗（壁厚T≥1.4mm，隔熱條22mm到35mm）開展深入調(diào)研，獲取了單位產(chǎn)品原材料消耗、能源消耗及其運輸數(shù)據(jù)。

表1 斷橋鋁合金窗企業(yè)現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)匯總表

圖2 原鋁與再生鋁的主要能源和溫室氣體排放清單

（2）背景數(shù)據(jù)收集

背景數(shù)據(jù)來源于國際國內(nèi)公開數(shù)據(jù)庫。原輔材料生產(chǎn)和能耗的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源如下表2

2.5 影響評價

結(jié)果表明，每m2斷橋鋁合金窗生命周期各環(huán)境影響類型重要性排序由大到小依次為：GWP ＞ PED＞AP ＞ RI ＞EP＞ ADP。

表2 斷橋鋁合金窗各生產(chǎn)過程采用的數(shù)據(jù)來源

采用70%原生+30%再生鋁型材后，每m2斷橋鋁合金窗，不可再生資源消耗降9.2%，能源消耗降22.7%，溫室效應(yīng)降23.4%，酸化效應(yīng)降20.9%，富營養(yǎng)化影響降17.3%，可吸入無機物降22.8%。由表3和表4，圖1和圖2可知，對功能單位斷橋鋁合金窗生產(chǎn)進(jìn)行生命周期評價，并對其不可再生資源消耗（ADP）、能源消耗（PED）、溫室效應(yīng)（GWP）、酸化效應(yīng)（AP）和富營養(yǎng)化（EP）、可吸入無機物（RI）環(huán)境影響進(jìn)行特征化，結(jié)果表明單位平米斷橋鋁合金窗的不可再生資源消耗影響指標(biāo)為1.16×10-2Kg antimony eq./ m2，能源消耗影響為111.4kgce eq./ m2，溫室效應(yīng)影響為253.7kgCO2eq./m2，酸化效應(yīng)影響為1.47kgSO2eq./ m2，富營養(yǎng)化影響為1.435×10-1kgPO43-當(dāng)量/ m2，可吸入無機物為4.251×10-1kgPM2.5eq./ m2

表3 斷橋鋁合金窗各類環(huán)境影響特征化計算結(jié)果(100%原生鋁型材) 單位：每m2窗

表4 采用70%原生+30%再生鋁型材后，斷橋鋁合金窗各類環(huán)境影響特征化計算結(jié)果比較，m2

表5 功能單位斷橋鋁合金窗生命周期各過程對五類環(huán)境影響指標(biāo)的貢獻(xiàn)值比例， %

此外，還對斷橋鋁合金窗生命周期各階段對六類環(huán)境影響指標(biāo)的貢獻(xiàn)比例進(jìn)行了梳理、計算，見表5

圖3 功能單位斷橋鋁合金窗生命周期各過程對六類環(huán)境影響指標(biāo)的貢獻(xiàn)值比例

由表5和圖3可以看出：

（1）鋁型材生產(chǎn)產(chǎn)生的能耗和溫室效應(yīng)環(huán)境影響占功能單位斷橋鋁合金窗生產(chǎn)生命周期的能耗和溫室效應(yīng)環(huán)境影響比重70%以上，酸化影響的比重為66.62%，富營養(yǎng)化的比重為48.19%，可吸入無機物的比重為75.88%。

（2）再生鋁的能耗為原生鋁的4.86%，溫室效應(yīng)僅為原生鋁的1/24，采用30%再生鋁型材后，斷橋鋁合金窗對環(huán)境的影響下降了近20%。

（3）除鋁型材生產(chǎn)外，五金生產(chǎn)是對功能單位斷橋鋁合金窗生命周期不可再生資源影響較大為78.28，主要是窗把手的材質(zhì)鋅合金的用量導(dǎo)致的。

3 結(jié)論

（1）選取我國典型斷橋鋁合金生產(chǎn)企業(yè)，運用LCA方法對其聚苯板生產(chǎn)生命周期環(huán)境負(fù)荷水平進(jìn)行了分析計算，獲得我國功能單位斷橋鋁合金窗生產(chǎn)進(jìn)行生命周期評價，并對其不可再生資源消耗（ADP）、能源消耗（PED）、溫室效應(yīng)（GWP）、酸化效應(yīng)（AP）和富營養(yǎng)化（EP）、可吸入無機物（RI）環(huán)境影響進(jìn)行特征化，結(jié)果表明單位平米斷橋鋁合金窗的不可再生資源消耗影響指標(biāo)為1.16×10-2Kg antimony eq./m2，能源消耗影響為111.4kgce eq./m2，溫室效應(yīng)影響為253.7kgCO2eq./m2，酸化效應(yīng)影響為1.47kgSO2eq./m2，富營養(yǎng)化影響為1.435×10-1kgPO43-當(dāng)量/m2，可吸入無機物為4.251×10-1kgPM2.5eq./ m2。

（2）每m2斷橋鋁合金窗生命周期各環(huán)境影響類型重要性排序由大到小依次為：GWP ＞ PED＞AP ＞ RI ＞ EP＞ADP。

（3）采用70%原生+30%再生鋁型材后，每m2斷橋鋁合金窗，不可再生資源消耗降9.2%，能源消耗降22.7%，溫室效應(yīng)降23.4%，酸化效應(yīng)降20.9%，富營養(yǎng)化影響降17.3%，可吸入無機物降22.8%。

（4）斷橋鋁合金窗生命周期各環(huán)境影響主要來源于鋁型材生產(chǎn)及其上游過程。由于鋁型材生產(chǎn)產(chǎn)生的能耗和溫室效應(yīng)環(huán)境影響占功能單位斷橋鋁合金窗生產(chǎn)生命周期的能耗和溫室效應(yīng)環(huán)境影響比重70%以上，酸化影響的比重為66.62%，富營養(yǎng)化的比重為48.19%，可吸入無機物的比重為75.88%，因此，優(yōu)化鋁型材生產(chǎn)及其上游化工產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)境負(fù)荷現(xiàn)狀，對于降低斷橋鋁合金窗生命周期環(huán)境影響至關(guān)重要。

[1] 未來之鋁，http：//recycling.world-aluminium.org/cn/home.html

[2] 丁寧等，原鋁與再生鋁生產(chǎn)的能耗和溫室氣體排放對比[J]，中國有色金屬學(xué)報，2012第22卷第10期，2910-2914