能值法和碳排放法的建筑可持续性对比

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摘要:建筑绿色可持续性评估是建筑领域重要的环节，通过能值法和碳排放法定量计算典型建筑物的能值总量和碳排放量评估建筑物的绿色可持续性能。本文通过对比两种方法计算结果的异同，分析敏感因素，综合评估建筑的可持续性。研究结果说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续性最重要的两种材料，需要重点关注；建筑设备相对建筑材料处于次要地位；能值方法对建筑领域应用的高技术含量产品敏感度较高，碳排放法对物品本身的元素组成更看重。

关键词:能值评估法；碳排放法；建筑可持续性；对比研究

一、研究背景

随着高耗能生产模式的终结，低碳和绿色的标准已经成为建筑领域必须满足的条件。绿色可持续性评估研究则成为建筑领域的研究热点和难点。[1]在众多的评估方法中，碳排放计算法是国内外普遍认可的一种评估方法。碳排放法通过计算建筑材料、建造、运行、回收等阶段的碳排放量，评估建筑的绿色可持续性。但碳排放法是对既有建筑材料和建筑设备的碳排放值进行计算，并不包括对建筑材料和设备本身的“包被能”进行计算和评估。能值法是一种物体本身全过程的评估手段，可以和碳排放法形成互补评估，更精准地表征建筑可持续性特性。本研究通过采用能值法和碳排放方法对建筑可持续性指标进行量化计算，通过对比关键指标更准确地评估建筑可持续程度。

二、研究方法

1．能值法能值是一种典型的“包被能”，以太阳为最初能量来源，每一项物体有效能都有相应的能值量，单位为太阳能焦耳（sej）。能值法最初来自生态领域，是由美国生态学家H.T.Odum在20世纪80～90年代创立的新的生态评估方法，广泛应用于农业、城市、工业、生态领域。经过30年的发展，已经形成一套完整的理论，成为一种可靠的生态评估方法。[2]美国宾夕法尼亚大学的相关教授率先将能值评估方法引入建筑领域，为建筑绿色评估提供了一种新的探索途径。目前建筑领域的能值研究朝着研究对象尺度多样化、方法指标细化、能值转化率本土化等方向快速发展。[2]能值分析的基本步骤包括基础数据获取与资料收集；能量系统图；能值分析表；能值综合指标计算；系统发展综合评价和策略分析。基本计算公式如下：太阳能值（sej）=能量（J）×能值转换率（sej/J）；太阳能值（sej）=物质（g）×能值转换率（sej/g）；2．碳排放法碳排放的关注最先起源于英国，随后快速发展到全球，目前英国的BREEAM、美国的LEED、日本的CASBEE、加拿大的GBC等西方发达国家都已建立相当完善的评估体系。我国在碳排放领域同样在向着更精细的程度快速发展。碳排放法是在全球变暖的背景发展起来的，是全球大环境变化评估体系的重要方法。该方法通过计算物质、行业、系统等的碳排放量，评估其对整个环境的影响，从而得到可持续性的评价结果。碳排放法的主要指标是碳排放因子，不同材料、过程、行业、系统等都有不同碳排放因子，相关信息可以通过资料获取。[3-4]碳排放的基本公式:式中，Cm——物质生产过程中CO2的排放量；Qi——物质所用第i种建筑材料的重量总和；EFi——物质所用第i种建筑材料的排放因子.

三、案例研究

1．案例介绍位于南京东南大学四牌楼校区的逸夫建筑楼是由东南大学和邵逸夫先生共同出资4238万元建设的，2000年建成的大型办公建筑（图1）。由东南大学建筑设计院进行设计，整体为框架—剪力墙结构，总建筑面积16873m2，总高71.5m，地上15层，地下1层。目前已成为建筑学院主办公楼之一。2．能值法评估能值法评估主要从建筑材料和建筑设备两方面进行。（1）主要建筑材料方面逸夫建筑楼主要建筑材料用量统计和相应能值计算值；[5-6]图2为逸夫建筑楼各部分材料能值量对比；表2为案例建筑施工机械配备明细及对应能值计算；图3为逸夫建筑楼各15种主要设备能值量对比。表1为逸夫建筑楼的14种主要建筑材料，包括建材用量和对应的能值量。单从总用量来看，用量处于前三位的是混凝土、水泥和钢材；从能值角度评估，用量排序依次是混凝土、水泥和钢材。图2是各部材料的能值量对比图，由此可知14种建筑材料的能值量依大小排序为：混凝土、水泥、钢材、涂料、瓷砖、石材、碎石、玻璃、石灰、有机材料、砖、木材、合金和铜。其中前三位的能值量分别为混凝土226E+17sej、水泥76.9E+17sej、钢材36.7E+17sej。（2）主要建筑施工机械方面表2为建筑施工设备明细表和对应的能值量表，共包含15种施工机械。15种施工机械的总能值量为80.1E+17sej。图3为逸夫建筑楼15种主要施工机械能值量对比图，从图中可以清晰看出各个设备的能值量大小，按能值量大小依次排序为：电渣压力焊机27E+17sej、对焊机20E+17sej、塔吊9E+17sej、交流电焊机6.4E+17sej、手提式电焊机6E+17sej、搅拌机3E+17sej、离心泵1.76E+17sej、木工压刨1.5E+17sej、插入式振动机1.32E+17sej、钢筋切断机1.1E+17sej、砂浆焊机和塔吊，这与我们日常的建筑常识是一致的。以建筑材料和建筑施工设备能值量为基础，得到逸夫建筑楼可持续性指标分析结果（表3）可以看到环境负载率处于较高的状态，为60.75；净能值产出率只有2.02；最终计算出的可持续发展指标为0.033，可见整栋建筑的可持续性不高，需要优化升级，提高可更新资源能值的输入比例，降低环境负载率，提高逸夫建筑楼的可持续发展指数。3．碳排放法评估各个单独因素的总量，乘以各自的碳排放因子，即可得到碳排放量的数值（表4）。碳排放法计算的结果，建筑材料和建筑设备的总碳排放量为10628.8t，从数值上来看碳排放量很大，对环境会造成不小的压力。其中建筑材料的碳排放量为10415.12t，占比约为98%，建筑设备的占比较小。4．能值法与碳排放法异同分析基于能值法和碳排放法的比较评估逸夫建筑楼的可持续性，两种方法的评估结果有交叉，也有不同之处。图5和图6为同样的建筑材料，在整个评估体系的比重有差异。能值法分析：图5中的能值量占比前四位是混凝土>水泥>钢材>涂料，比重分别为60.79%，20.68%，9.87%和2.63%。其中混凝土占据了整个建材板块能值量的60%以上，混凝土和水泥总比重超过80%，可见建筑材料的主要成分为这两种，通常认为主要材料的钢材只占总比的不足10%，这个结果说明钢材的能值在建筑领域相比混凝土和水泥处于次要位置。涂料的用量比重很小，但由于涂料是高附加值的产品，拥有极高的能值转化率，导致其总的能值量处于14种建筑材料的第四位，这是能值法区别于碳排放法的不同之处。碳排放法分析，图6的结果显示比重顺序为：混凝土（27.77）%>水泥（24.6%）>砖（9.85%）>石材（9.85%）>钢材（8.32%）。用碳排放法计算的结果前两位和能值法是一样的，都是混凝土和水泥，但各自占比重相差很大，尤其是混凝土相差悬殊，可见虽然横向比较都是前两位，但各自占的比重又说明两种方法的计算是有差异的；处于第三、四位的砖和石材更是和能值法计算结果不同，钢材的比重只处于第五位。

四、结语

通过对比能值法和碳排放法的计算结果，可知两种方法能够互补评估建筑的绿色可持续性能。异同之处如下：相同之处：能值法和碳排放法的计算结果都说明混凝土和水泥是建筑可持续性最重要的两种材料，需要重点关注；建筑设备相对建筑材料处于次要地位。不同之处：能值法对建筑领域应用的高技术含量产品敏感度较高，如涂料；碳排放法对物品本身的元素组成更看重，如石材。综合以上结果，两种方法共同评估建筑可持续性会有更可靠的结果。

参考文献

[1]谢太恒．基于低碳理念的建筑设计应对方法[J]．城市建筑，2017（3）：28．

[2]蓝盛芳．生态经济系统能值分析[M]．北京：化学工业出版社，2002．.

[3]尚春静，储成龙，张智慧．不同结构建筑生命周期的碳排放比较[J]．建筑科学，2011，27（12）：66-70，95．

[4]YANH,SHENQ,FANLCH.Greenhousegasemissionsinbuildingconstruction:acasestudyofOnePekinginHongKong[J].BuildingandEnvironment,2010,45(4):949-955.

[5]ODUMHT．Environmentalaccounting．emergyandenvironmentaldecisionmaking[J].ChildDevelopment,1996,42(4):1187-1201.

[6]BROWNMT,ULGIATIS.Energyquality,emergy,andtransformity:H.T.Odum'scontributionstoquantifyingandunderstandingsystems[J].EcologicalModelling,2004,178(1-2):201-213.

作者:张军学 王晨杨 单位:东南大学建筑学院