能值法和碳排放法的建筑可持續性對比
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摘要:建筑綠色可持續性評估是建筑領域重要的環節，通過能值法和碳排放法定量計算典型建筑物的能值總量和碳排放量評估建筑物的綠色可持續性能。本文通過對比兩種方法計算結果的異同，分析敏感因素，綜合評估建筑的可持續性。研究結果說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性最重要的兩種材料，需要重點關注；建筑設備相對建筑材料處于次要地位；能值方法對建筑領域應用的高技術含量產品敏感度較高，碳排放法對物品本身的元素組成更看重。
關鍵詞:能值評估法；碳排放法；建筑可持續性；對比研究
一、研究背景
隨著高耗能生產模式的終結，低碳和綠色的標準已經成為建筑領域必須滿足的條件。綠色可持續性評估研究則成為建筑領域的研究熱點和難點。[1]在眾多的評估方法中，碳排放計算法是國內外普遍認可的一種評估方法。碳排放法通過計算建筑材料、建造、運行、回收等階段的碳排放量，評估建筑的綠色可持續性。但碳排放法是對既有建筑材料和建筑設備的碳排放值進行計算，并不包括對建筑材料和設備本身的“包被能”進行計算和評估。能值法是一種物體本身全過程的評估手段，可以和碳排放法形成互補評估，更精準地表征建筑可持續性特性。本研究通過采用能值法和碳排放方法對建筑可持續性指標進行量化計算，通過對比關鍵指標更準確地評估建筑可持續程度。
二、研究方法
1．能值法能值是一種典型的“包被能”，以太陽為最初能量來源，每一項物體有效能都有相應的能值量，單位為太陽能焦耳（sej）。能值法最初來自生態領域，是由美國生態學家H.T.Odum在20世紀80～90年代創立的新的生態評估方法，廣泛應用于農業、城市、工業、生態領域。經過30年的發展，已經形成一套完整的理論，成為一種可靠的生態評估方法。[2]美國賓夕法尼亞大學的相關教授率先將能值評估方法引入建筑領域，為建筑綠色評估提供了一種新的探索途徑。目前建筑領域的能值研究朝著研究對象尺度多樣化、方法指標細化、能值轉化率本土化等方向快速發展。[2]能值分析的基本步驟包括基礎數據獲取與資料收集；能量系統圖；能值分析表；能值綜合指標計算；系統發展綜合評價和策略分析。基本計算公式如下：太陽能值（sej）=能量（J）×能值轉換率（sej/J）；太陽能值（sej）=物質（g）×能值轉換率（sej/g）；2．碳排放法碳排放的關注最先起源于英國，隨后快速發展到全球，目前英國的BREEAM、美國的LEED、日本的CASBEE、加拿大的GBC等西方發達國家都已建立相當完善的評估體系。我國在碳排放領域同樣在向著更精細的程度快速發展。碳排放法是在全球變暖的背景發展起來的，是全球大環境變化評估體系的重要方法。該方法通過計算物質、行業、系統等的碳排放量，評估其對整個環境的影響，從而得到可持續性的評價結果。碳排放法的主要指標是碳排放因子，不同材料、過程、行業、系統等都有不同碳排放因子，相關信息可以通過資料獲取。[3-4]碳排放的基本公式:式中，Cm——物質生產過程中CO2的排放量；Qi——物質所用第i種建筑材料的重量總和；EFi——物質所用第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四牌樓校區的逸夫建筑樓是由東南大學和邵逸夫先生共同出資4238萬元建設的，2000年建成的大型辦公建筑（圖1）。由東南大學建筑設計院進行設計，整體為框架—剪力墻結構，總建筑面積16873m2，總高71.5m，地上15層，地下1層。目前已成為建筑學院主辦公樓之一。2．能值法評估能值法評估主要從建筑材料和建筑設備兩方面進行。（1）主要建筑材料方面逸夫建筑樓主要建筑材料用量統計和相應能值計算值；[5-6]圖2為逸夫建筑樓各部分材料能值量對比；表2為案例建筑施工機械配備明細及對應能值計算；圖3為逸夫建筑樓各15種主要設備能值量對比。表1為逸夫建筑樓的14種主要建筑材料，包括建材用量和對應的能值量。單從總用量來看，用量處于前三位的是混凝土、水泥和鋼材；從能值角度評估，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比圖，由此可知14種建筑材料的能值量依大小排序為：混凝土、水泥、鋼材、涂料、瓷磚、石材、碎石、玻璃、石灰、有機材料、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）主要建筑施工機械方面表2為建筑施工設備明細表和對應的能值量表，共包含15種施工機械。15種施工機械的總能值量為80.1E+17sej。圖3為逸夫建筑樓15種主要施工機械能值量對比圖，從圖中可以清晰看出各個設備的能值量大小，按能值量大小依次排序為：電渣壓力焊機27E+17sej、對焊機20E+17sej、塔吊9E+17sej、交流電焊機6.4E+17sej、手提式電焊機6E+17sej、攪拌機3E+17sej、離心泵1.76E+17sej、木工壓刨1.5E+17sej、插入式振動機1.32E+17sej、鋼筋切斷機1.1E+17sej、砂漿焊機和塔吊，這與我們日常的建筑常識是一致的。以建筑材料和建筑施工設備能值量為基礎，得到逸夫建筑樓可持續性指標分析結果（表3）可以看到環境負載率處于較高的狀態，為60.75；凈能值產出率只有2.02；最終計算出的可持續發展指標為0.033，可見整棟建筑的可持續性不高，需要優化升級，提高可更新資源能值的輸入比例，降低環境負載率，提高逸夫建筑樓的可持續發展指數。3．碳排放法評估各個單獨因素的總量，乘以各自的碳排放因子，即可得到碳排放量的數值（表4）。碳排放法計算的結果，建筑材料和建筑設備的總碳排放量為10628.8t，從數值上來看碳排放量很大，對環境會造成不小的壓力。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估逸夫建筑樓的可持續性，兩種方法的評估結果有交叉，也有不同之處。圖5和圖6為同樣的建筑材料，在整個評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%。其中混凝土占據了整個建材板塊能值量的60%以上，混凝土和水泥總比重超過80%，可見建筑材料的主要成分為這兩種，通常認為主要材料的鋼材只占總比的不足10%，這個結果說明鋼材的能值在建筑領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品，擁有極高的能值轉化率，導致其總的能值量處于14種建筑材料的第四位，這是能值法區別于碳排放法的不同之處。碳排放法分析，圖6的結果顯示比重順序為：混凝土（27.77）%>水泥（24.6%）>磚（9.85%）>石材（9.85%）>鋼材（8.32%）。用碳排放法計算的結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，可見雖然橫向比較都是前兩位，但各自占的比重又說明兩種方法的計算是有差異的；處于第三、四位的磚和石材更是和能值法計算結果不同，鋼材的比重只處于第五位。
四、結語
通過對比能值法和碳排放法的計算結果，可知兩種方法能夠互補評估建筑的綠色可持續性能。異同之處如下：相同之處：能值法和碳排放法的計算結果都說明混凝土和水泥是建筑可持續性最重要的兩種材料，需要重點關注；建筑設備相對建筑材料處于次要地位。不同之處：能值法對建筑領域應用的高技術含量產品敏感度較高，如涂料；碳排放法對物品本身的元素組成更看重，如石材。綜合以上結果，兩種方法共同評估建筑可持續性會有更可靠的結果。
參考文獻
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作者:張軍學 王晨楊 單位:東南大學建筑學院