基于生命周期評(píng)估的綠色建筑能效提升路徑研究

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。

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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)。