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建筑生命周期内能量分析的综述 介绍 生命周期内能量分析 生命周期评价方法（LCA） 文献综述 结果和讨论 结论 1 2 3 4 5 6 目 录 CONTENTS 摘要： 建筑从建造到拆除的整个使用周期里都是需要能量的。在它的使用周 期内，研究完整的能量使用情况对于确定最耗能阶段和发展怎样节能是 很有帮助的。通过展示出的案例，给出了在使用周期内能量分析的评 论。这份研究囊括民用建筑和写字办公楼。结果表明在能量使用情况通 过运行阶段和表现阶段会对建筑使用周期能量减少的需求有很大帮助。 对传统的居民楼其生命周期能量需求范围是每年150-400KWh/m2，而在 办公楼内的话，每年的能量使用需求范围是250-550KWh/m2。建筑生命 周期的能量需求可以通过降低运行能耗来实现，特别是通过使用一些主 动和被动的技术，即使这些技术会导致少量表现能的增加。然而，在建 筑施工上总是过度使用这些主动和被动的技术可能会使得其反。据发现 ，对生命周期这方面来说，低能耗的建筑会比自给自足的建筑表现的更 好。这些大部分已刊登在文献上的案例研究都是关于一些发达和寒冷地 区，因此，发展中国家和不太寒冷的国家的典型的建筑耗能都需要被评 估并且在本文中会对结果进行对比分析。 1、介绍 建筑在世界各地都是为了居住、办公、经商的目的而建。 它们的好坏主要归结于一个国家的经济发展状况，并且也大规 模使用能源和可获得的自然资源。宽泛的讲，30%-40%的一次能 源被用于建筑上的同时也会排放出40%-50%的温室气体，因此， 建筑制造业在达到社会可持续发展方面有很大潜力。所谓可持 续发展表现为伴随较低的环境破坏、较高的经济和社会回报， 为了实现这个可持续发展的目标，它需要采用多科学交叉的方 法包括一系列像节能、水的改进性使用、重复利用、材料的循 环利用以及控制排放。建筑的生命周期能量分析会使用规范化 的策略，这在达到建筑上一次能源的减少使用和排放控制上有 较好的效果。 2、生命周期能量分析 生命周期能量分析是一种描述在建筑生命周期内所有能量输入值 的一种方法。这个分析系统的界限包括以下阶段的能量使用：制造、 运行和拆除阶段。 制造阶段：包含制造和建筑材料的运输和建筑革新上创意性的布 局。 运行阶段：包含和建筑使用相关的所有活动，像维持室内舒适度、 水的使用和能量的使用。 拆除阶段：包含建筑本身的破坏和拆除后废料运输到垃圾填埋场或 回收厂的过程。 接下来讨论每个阶段的能量使用情况： 2.1 表现能 表现阶段的能量是在建筑制造过程中使用的能量。它是所有使 用在建筑材料和技术设备材料上内能的总和，以及在建造和革新阶 段产生的能量。材料所含的能量包括用来获得原材料的能量、制造 和运输到施工现场的能量。 表现阶段的能量通过两部分来区别：一次表现能和二次表现能。 2.11 一次表现能 2.12 二次表现能 2.2 运行能 2.3 拆除能 2.4 生命周期的能量（LCE） 以上的各个相加因子都是之前介绍过的公式总和。对其分析，在能 量需求的大部分阶段，能量情况可以被量化并且有针对性的改善。 假如一次能源的利用可以被量化会对温室气体的排放和其对环境的 影响力的控制有较好的引导作用。对宽泛的环境影响分析来看，建 筑的生命周期评估（LCA）还是很有用的。 3.生命周期评价方法（LCA） LCA是一个在系统内材料和能量流动情况能够被量化和评估的过 程。通常，上游（萃取，产出，运输和建造）、使用、下游（拆 除和处理）是一个产品或服务系统都要经历的过程。 依照国际组织标准，LCA研究一般由四个阶段组成：目标和范围 的定义、生命周期的内容、影响力评估和结果的说明。从另一个 角度讲，LCA目前广泛应用于预测产品生命周期内环境对其的影 响力，但其还是面临着很多的未解决的问题。 4.文献综述 建筑在所有阶段都在直接或间接消耗能量，并且在使用阶段也会相互 影响。因此我们需要分析别人对生命周期的观点。Adalberth研究对 象是一处有三个房间构成的房子，其中测得85%的能量用于运行阶段 ，大约有15%则用来制造所有建筑上革新的材料，在拆除阶段，大约 有1%的能量用于清运过程。实际很多案例研究也可以得出类似结论。 既然运行能站这么大比例，那么，设计出在建筑生命周期内耗能较小 的建筑就必须从降低运行能入手。比如可以在外墙屋顶提供隔离层， 有的学者研究木质房作为一种节能策略，然而，有观点表明通过少量 增加表现能可以达到降低运行能和总生命周期能量的目的。Thormark 说在生命周期内，通过对比低能耗建筑和传统建筑，表现能在前者会 更高。尽管表现能只占10%-20%,但其减能作用不能小看。 Bwchanan和Honey对建筑表现能做了详细的研究，通过研究新西 兰办公楼和居民楼木质房、混凝土房和刚结构房的二氧化碳排放 情况，得出木质房的表现能更低。有的学者21得出使用不同建 筑建造技术和低能量材料能使表现能降低30%-40%。22学者得 出使用低强度材料，像土、沙、牛粪等材料建造的房子相比于传 统混凝土房子，它会有50%表现能的降低。另一种减少表现能的 方法是在建造时使用回收材料。23Thomark通过使用回收材料 和新材料建造的房子得出使用回收材料能节省55%的能量。因此 ，通过本文可以得出在建造过程中通过使用低能量材料可以降低 生命周期内的能耗。Xing通过对比在中国分别用混凝土和钢筋建 造的两栋办公楼，可以得出在其生命周期评价中钢结构房子的表 现能和废气的排放都要好于混凝土房。然而，钢结构房子能量使 用和相关联排放物也很高的原因是它有很高的热容。综上，可以 得出对环境的影响主要和建筑生命周期内一次能源的需求有关。 5、结果和讨论 图1 上图描述案例中生命周期内能量和运行能之间的关系，它可以 看出尽管有气候和其他方面的差异，其运行能和生命周期内能 量之间的关系让几乎是线性的。 通过对比，办公楼有更高的运行能和表现能，对于生命周期内能 量的消耗两者也有明显的不同，这可以归结于办公楼一般都是多 层混凝土或是钢结构，需要比木质结构的居民房有更高的体现能 ，由于占地更大，因而运行能也更多，也需要更多的能量来维持 室内舒适度。除此之外，与居民楼相比，办公楼则需要更多电力 来照明和提供电器使用，所有这些因素导致办公楼的生命周期能 量相比居民楼要高。 另外，对于泰国案例进行分析，其生命周期能量和运行能和严 寒地区国家有很大不同，这是由于像泰国这样的热带发展中国 家来说，其电力大部分来源于化石燃料，主要用于运行阶段的 所有活动，这就会使一次能源大量被消耗。但是，在严寒地区 ，尽管它们用电力来照明和其他目的，其份额在运行阶段就很 小，因为大部分的能量被消耗在油/气，用于采暖，因此，运 行阶段，它只有很单一的能量体系。这表明，在热带和寒带地 区建筑上能量使用存在差异，因此，它们需要单独分析。 图2 图3 图2和图3的条形图显示了生命周期能量使用在传统居民 楼和办公楼的情况。从寒冷地区，木质房子，混凝土结 构房子，钢结构的房子均考虑其能量使用情况。传统居 民建筑标准化生命周期能量使用范围是每年150- 400kwh/m2，办公楼范围是每年250-550kwh/m2，这种巨 大差异主要是由于这些建筑坐落位置的气候条件不同所 导致。 6.1 低能耗建筑 低能耗建筑是经特殊设计只需要少量的运行和生命周期能量的建筑 ，别的和传统标准一样。设计低能耗建筑是通过使用主动和被动的 技术降低运行能来实现的。但是，降低运行能通常伴随建筑表现能 小范围的增加，这是由于能量密集材料使用在节能措施上。为了造 就一个低能耗建筑，人们可以继续减少建筑运行时的能量使用，这 通过主动和被动增加使用低能耗建筑节能措施，并在某一个阶段的 运行能可为零，从而产生零能耗建筑（自给自足）。零能耗建筑既 不需要燃料也不需要电能供其运作，因为所有需要的能量都自主产 生（利用太阳能和风能）并储存起来。 Sartori和hestnes分别对六个不同种类的建筑进行分析（一 个传统、四个低能耗、一个自给自足），结果表明自给自足 建筑的生命周期能量比低能耗建筑要大，这是由于对低能耗 建筑来说，它的体现能增加，而很少把降低运行能作为它的 节能措施，因此，它的生命周期能量显著降低。对于自给自 足的房子，虽然其运行能为零，可体现能却如此之高，它超 过了一些低能量情况下的生命周期内的总能量，这表明，自 给自足房子在所有类型中不是消耗最低的生命周期能量。这 些都需要更详细的调查，但是，在此阶段可得出的是，精心 设计的低能耗建筑比自给自足建筑在生命周期内会表现的更 好。为了让建筑能够达到自给自足而安装过多的技术设备也 都是不可取的。 6、结论 通过文献中的案例分析可得出建筑生命周期的能量使用主要 依赖于运行能（80%-90%）和表现能（10%-20%）。标准的生 命周期能量为传统居民楼范围在每年150-400kwh/m2，办公楼 范围在每年250-550kwh/m2。减少建筑生命周期能量需求通过 降低运行能实现，降低运行能则需要使用主动和被动技术来 实现，即使这样会使体现能小范围增加。然而过度使用主被 动技术可能会适得其反，进一步表明低能耗建筑在建筑生命 周期评价中比自给自足零能耗建筑要好。 大多数文献都来源于对寒冷地区的研究，其中，油/气被用 在大部分运行阶段，如空间加热，然而，在不寒冷和发展中 国家像印度、泰国等，其电力来源主要是化石燃料（煤）， 它被用于运行阶段像制冷，照明和其他