绿色建筑评估中材料生命周期分析的作用

张成江 王美林

【摘 要】建筑业在我国一直发挥着重大作用，为人民营造了舒适、方便的生活、生产和社会环境，但是为了建造各种住宅、商厦、工厂、办公楼等建筑物要消耗自然资源、能源，同时排放对生态环境有害的气体，造成空气、水体、土壤的严重污染和生态环境的破坏，直接威胁人类生存和生物界的安全，并给地球环境造成了不可忽视的负面影响。该文介绍了生命周期分析在绿色建筑评估中的应用意义、主要方法和主要应用案例，可以为工程实践提供参考。

【关键词】生命周期 评估分析 流程

一般来说，建筑工程需要消耗大量的材料及能源。每年，建筑用的材料消耗量超过300亿吨。相应的，建筑消耗了全球超过40%的能源，也排放了大约30%的温室气体或CO2。2009年，中国大约3亿吨煤炭（大约占全国煤炭产量的10%）被用于生产建筑材料。研究表明，通过提高能源利用率，中国建筑业有极大地潜力减少碳排放并取得生态效益的可持续发展。每一种材料都经历了生产、使用最终被废弃的过程。这个过程中所消耗的能量不只对人类非常重要，对生物圈也会造成很大影响。因此，如何评价并量化材料生命周期内能量消耗成为学者们关注的焦点[1]。

1 能耗组成

建筑材料中的能耗可以分为3部分[2]，分别为：（1）蕴含能源，指生产材料时所消耗的能量；（2）运行能耗，指建筑物维持正常使用时材料消耗的能量；（3）拆除能耗，指在拆除回收建筑材料时产生的能量消耗。为了定义建筑材料在全生命周期内的能耗情况，学者们有不同的看法。一般而言，建筑物的运行时间多超过30年，因此运行能量可能是蕴含能量的数倍。因此，在传统分析中，在生命周期内只考虑运行能量的影响。但Ibn-Mohammed等[3]指出，建筑物的蕴含能 量与运行能 量之比并不低。因此，传统分析方法中忽略蕴含能量的做法并不可取，会低估建筑物生命周期内总能量的消耗情况。同理，当分析对象为采用了可再生或

低碳手段建造的零能耗建筑时，考虑蕴含能量将更加重要，但由于其测量困难，很多情况下无法对其进行定量估计。

2 生命周期分析评估方法

近10年来，生命周期评价（LCA）方法被引入建筑业，用以评估建筑物在建造、使用直至拆除过程中的经济、环境和能源等方面的损耗情况[4]。建筑产业及建筑物本身是能耗和排放大户，是温室气体的主要来源。在全 球二氧化碳排放总量中，建筑占了近50%；为了建设生态城市，必须提高建筑行业资源利用效率，实现建筑行业节能减排约束性目标。作为研究产品在其整个生命周期中对环境影响最有利的工具，LCA广泛应用在对建筑材料、建筑物本身在其生命周期过程中资源、能源能耗和环境排放等的测量和评估。

目前，该领域 研究可以分为两部 分，即针对建 造 工程的全 过程评 价 和 针对建

筑物的全生命周期评估。其中，对于住宅类 建 筑 物 生命周期内能 量消 耗 的 评 价方

法（LCE A）成 为 近年来 的 研 究 热点。按照LCA方法的分析周期，可以将其分为三

种 模 式，分别为：（1）“摇篮 至 大门”模 式（Cradle to Gate），分析周期为对原始材料加工直到制造出产品的过程；（2）“摇篮至坟墓”模式（Cradle to Grave），分析周期为对原始材料加工，制造出产品，产品进入正常使用期最终失效废弃的过程；（3）“摇篮至摇篮”模式（Cradle to Cradle），分析周期在“摇篮至坟墓”模式的基础上增加了废弃材料被重新利用或回收再生的过程。而“从摇篮到摇篮”的界定范围更符合材料循环利用及可持续发展的思路。

同时，也有学者进行了LCA或LCEA法在与本项目相关的低能耗或绿色建筑中评估应用的研究。对于大部分低能耗或绿色建筑，都是通过少量增大材料蕴含能源（即使用各种节能手段制造处的材料），而使建筑物运行能耗大幅降低，从整体上达到总能量消耗的最小值。目前，LCA在绿色建筑评估中的应用主要集中在以下几个方面：

（1）对建筑材料能耗和环境排放进行量化和评估，为建筑的生态设计、生态修复提供指

导；（2）基于某一性能需求，比较两种或多种可供选择材料的环境性能，为建筑材料的

选择提供建议；（3）建筑体本身全生命周期过程总能耗和总排放分析。

3 案例

Sartori和Hestnes对普通建筑、低能耗和零能耗建筑的循环回收能源消耗情况进行了调查。结果显示，零能耗建筑的循环回收能源消耗大于部分低能耗建筑。这是因为，为了达到使用阶段的零能耗，零能耗建筑的建筑材料的蕴含能源过大，在回收利用时反而需要投入更多的能量和资源。因此，从全生命周期角度来看，使用阶段零能耗的建筑未必是最具生态价值的建筑方式。Winther和Hestnes比较了普通建筑和自偿式（零能耗）建筑，认为自偿式建筑

在材料部分消耗了过多的能量，因此不应追求对使用阶段运行能耗的无限制削弱。但他们的研究中并没有给出为了使系统能耗最低而应调整运行能耗降低的合理幅度。对于民用建筑，居住的舒适性是追求的目标。因此许多学者对与居住相关的能耗问题进行了研究。Peuportier等使用LCA方法对建筑物中的热量耗散进行了模拟，并把研究成果应用到法国的两座房屋中。结果表明，建造过程中的环境效益，包括居住着的行为都会强烈影响这些建筑的生态性

能。Proietti等对一座使用了先进手段（包括可再生材料、雨水回收再利用、低能耗、新型能源等）修建的房屋进行了LCA分析，结果表明，采用新技术或节能手段修建的建筑物会减少其对环境的影响。Ramesh等通过研究发现建筑体在其整个生命周期的总能耗可以分为蕴含能耗和操作能耗两部分。从生命周期的角度看，低能耗建筑相比能耗自给自足的建筑（零能耗建筑）具有更好的节能效益，但是，研究中的案例只是局限于发达国家或气候寒冷的国家，没有包含发展中国家及温带地区的国家。

4 结语

由上可知，LCA方法是定量评 价建筑物及建筑材料生态效应的基本方法。但是，对生产和建设过程的模拟仍需要考虑供应链的影响。由于缺乏对数据简化的标准性规定，这些方法最终都将导致预测结果的不稳定性。因此，目前急需获得简单有效的可以考虑建筑材料生命周期所有阶段影响的LCA方法，这也是未来研究的主要方向。

参考文献：

[1] 刘伟.绿色建筑生命周期成本分析研究[D].重庆大学，2006.

[2] 鄭秀君，胡彬.我国生命周期评价（LCA）文献综述及国外最新研究进展[J].科技进步与对策，2013，30（6）：155-160.

[3] 曹申，董聪.绿色建 筑全生命周期成本效益评价[J].清华大学学报：自然科学版，2012，52（6）：843-847.

[4] 孙佳媚.绿色建筑评价体系及其在工程实践中的应用[D].天津大学，2006.

作者简介：

张成江、男、1969年9月、助理工程师、工作于河南锦达建设有限公司

王美林、女、1982年10月、助理工程师、工作于河南锦达建设有限公司