全生命周期评估方法在建筑领域的应用与发展

全生命周期评估方法在建筑领域的应用与发展
宋一鸣;仇怡嘉;张宏
【摘要】随着评估建筑物或建筑材料的能源和环境性能的整体模型需要,使用LCA 作为评估工具已经逐渐普及.目前,它已成为寻求对建筑和建筑物最环保的材料的主要方法,得到了建筑行业参与者的广泛认可.在过去的20年中,该方法经过不断改进和完善,采取了一系列策略以促成该方法的全球标准化.不可否认,LCA为建筑行业提供了丰富的可能性,其方法的灵活性以及现有的模型和数据,都足以向决策者和公众呈现建筑各个方面的环境绩效.
【期刊名称】《建筑与文化》
【年(卷),期】2018(000)009
【总页数】2页(P189-190)
【关键词】全生命周期;环境影响;能源消耗;建筑
【作者】宋一鸣;仇怡嘉;张宏
【作者单位】东南大学;同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司;东南大学
【正文语种】中文
前言
建筑行业占用了全球约40%的能源消耗，30%的原材料使用，25%的固体废物，25%的用水，12%的土地资源以及33%的相关温室气体排放量[1]，可见是影响环境发展的一个重要行业。

我国政府于2006年至2008年期间，亦依据对其他发达
国家的透彻分析和广泛调研，发布和实施了一些有效的政策措施、主要建筑的法规和规范[2]，例如《民用建筑节能管理规定》《绿色建筑评价标准》《民用建筑能
耗统计系统》和《公共机构节能条例》等，大大加强了建筑能耗的监督和管理。

建筑工业化是伴随西方工业革命而出现的概念，始于20世纪20至30年代的欧洲，在50至60年代引入中国。

经过近一个世纪的探索和发展，如今的建筑工业
化理念已经日渐成熟，通过标准化作业、减少浪费、提高效率等手段，大幅度改善了传统建筑行业“手工模式”所导致的低效率、高消耗、重污染、质量性能难保证、劳动力短缺和成本居高不下等显著问题，对建筑的可持续发展发挥了积极的作用。

与此同时，全生命周期评估作为一种环境影响评估方法，早已被广泛用于其他工业领域的产品及服务评估，近些年亦逐渐被应用于建筑领域[3]。

1 全生命周期评估方法
建筑行业的全生命周期评估研究主要着眼于整个生命周期中所使用的能源与材料、排放到环境中的废物量化分析[4]。

一座建筑的全生命周期能耗大体上可分为制造
阶段、使用阶段和拆除阶段：制造阶段包括提取原材料、制造建筑材料、相关材料和设备的运输，以及新建筑的建造和既有建筑的改造；使用阶段的能耗用于确保建筑内供热、通风、空调、照明等各系统正常运作；拆除阶段不仅包括建筑拆除、材料运输和废物处理所消耗的能量，还需考虑建筑材料回收节约的能量。

全生命周期评估方法可分为以下三种类型：基于过程型（process-based approach），投入—产出型（Input-output Life Cycle Assessment），混合型。

其中，基于过程的全生命周期评估又被称为自下而上型（Bottom-up）的评估，
投入—产出型评估即自上而下型（Top-down）评估。

自下而上型的评估方法是
运用统计学方法和工程学方法，通过输入各种变量信息，研究个体建筑的能耗数据，例如形态特征、电器和装饰、建筑立面材质、室内温度，以及居住着的生活动线和作息习惯等。

自上而下型的评估方法发展于19世纪70年代。

与自下而上型方法
不同，自上而下型方法将建筑行业视为一个能源池，并不考虑个体使用所带来的差异，而是结合宏观经济变量、建筑特征进行研究。

此外，还有一种混合方法得以提出，即结合过程式LCA和投入产出LCA的优点。

这种方法利用过程中的数据，填补投入产出数据中的缺失，从而评估产品的整个供应链。

为了简化建造能量的评估，有研究提出了混合能量系数，通过将各个材料的可用过程数据与全国平均投入产出数据结合而产生。

建筑领域的全生命周期评估类型大体可分为两类，一类是对建筑的全过程进行评估（WPC：the whole process of the construction），另一类是对建筑材料与构件进行评估（BMCC： building materials and component combinations）。

2 建筑的全过程评估（WPC）
LCA应用于整个建筑生命周期时可分为三种常见情况：居住建筑、商业建筑和市政工程。

表1 建筑能耗计算的常用方法（表格来源：作者自绘）
2.1 住宅的全生命周期评估
居住建筑的全生命周期评估是最为常见的一种评估类型，但是评估过程除了考虑到功能单位、敏感性等因素外，还需考虑住户生活习惯和生活质量、地区气候等其他诸多因素。

Adalberth等人的研究是第一批对住宅整体的环境影响进行分析的成果之一，研究中评估了位于瑞典的四座具有不同建筑特征的住宅，研究结果显示，以50年的使用寿命为限，住宅的使用阶段能耗占生命周期的85%，最大的环境影响以及70%～90%的环境类别也均出现在此阶段，而加工制造阶段能耗仅占15%[5]。

同年，Peuportier利用EQUER工具比较了位于法国的三种不同规格的住宅的环境影响，结果表明，当建筑以混凝土为主材料时，全球变暖潜力和酸化影响最高，对环境影响的程度高于建造面积[6]。

此外，众多学术研究还发现，在欧洲，施工前
的步骤对于建筑能耗和运行阶段都有很大的影响，因为受地区生物气候条件和住户的行为模式影响，建筑使用期间的暖通空调需求更高，并直接与建筑材料相关。

2.2 商业建筑的全生命周期评估
商业建筑的全生命周期评估开始于2003年[7]，迄今为止已经发表了相当数量的
研究成果。

Junnila对一座24000m2的办公建筑进行评估，囊括了近130个不同的建筑部件和50个不同的建筑材料组，建筑的运行阶段综合考虑了供电、供热和其他服务（水资源使用、废水产生、庭院护理等），结果显示，运行电力的环境影响最为显著[8]。

Scheuer等人对美国密歇根一栋新大学教学楼的研究指出，在建筑的全生
命周期中，材料相关的体现能耗为51106MJ，运行阶段能耗占一次能源的97.7%，建筑拆除、运输等能耗仅为0.2%；该研究对建筑的环境影响进行分析得出，运行阶段的影响数据分布为：全球变暖潜力93.4%，富营养化潜力89.5%，酸化
89.5%，臭氧消耗潜能82.9%和固体废物产生61.9%[9]。

2.3 市政工程的全生命周期评估
LCA还被用于评估公路建设等方面的市政工程项目。

Birgisdottir等人通过比较了公路建设中的不同材料发现，LCA应用的追求是利用建筑材料再回收和再利用策略，减少环境负荷、资源消耗[10]。

2.4 结论比较
建筑的使用寿命决定了其使用阶段的总能耗，因此对LCA的研究结果有至关重要
的影响。

在过去的研究中，居住建筑的使用寿命介于40～100年，商业建筑的使
用寿命介于40～75年，但两者常用的标准建筑寿命均为50年。

许多研究结果显示，在建筑漫长的生命周期中，其使用阶段的环境影响所占比例最大，同时该阶段产生的排放量与发电和空间制暖所需的燃料也有关[11]。

3 建筑材料与构件评估（BMCC）
建筑行业中材料选择十分广泛，新材料和新建造方式层出不穷，不仅与生产过程中的总体建造能耗密切相关，还对建筑使用阶段的总体能耗由一定的影响，如果材料具有回收货再利用的潜能，亦可以适当减少其建造能耗，因此材料的选择是全生命建筑评估中很重要的一环。

近来许多研究方法将建筑的环境影响和内含能耗纳入到材料信息中，对于可持续发展是非常有必要的。

随着建筑科技和制造过程的进步，建筑材料的能源强度有所下降，使得单位面积建筑材料生产和制造的能耗有明显减少[12]。

然而，也有研究表示，建筑材料的低初始建造能耗未必能降低建筑的全生命周期能耗。

例如使用木材尽管对减少二氧化碳等环境影响有积极的作用，但因为木材最终的焚烧或填埋过程会将一定的二氧化碳排放到环境中[13]，因而不能完全认为木材不具备全球变暖潜力。

同时，即使使用同样的原材料，经过不同的加工方式，其材料使用量和内含能耗也有差异。

另外，诸如再利用材料和生态材料等建筑材料的方法学近来也引起了学术界的关注。

Erlandsson等人研究了一种新的再利用材料方法，并且认为，如果基本的功能相同，那么这种材料再利用的策略对于环境而言比新建一座建筑更好[14]，但是如果忽略了成本或其他因素，其研究所呈现的结果便并不具备很强的可比性。

4 建筑LCA的优势与研究难点
随着评估建筑物或建筑材料的能源和环境性能的整体模型需要，使用LCA作为评
估工具已经逐渐普及。

目前，它已成为寻求对建筑和建筑物最环保的材料的主要方法，覆盖了建筑材料的加工和建造、建筑的使用和维护等各个过程。

LCA的大量
应用表明，小至企业内部决策，大至到大规模政治决策，LCA已经得到了建筑行
业参与者的广泛认可。

在过去的20年中，该方法经过不断改进和完善，并且采取了一系列策略以促成该方法的全球标准化。

然而，LCA研究框架的灵活性，方法论的差异性，评估范围的矛盾，数据的不确
定性，地点和最终目标的差异都导致在建筑领域很难对研究结果进行有意义的比较，因此也难以在建筑全生命周期中为决策提供可用的量化结论。

一方面，建筑难以进行评估可归因于其本身的庞大构成，每个建筑的独特性导致的材料多样化，以及生产方式不一致性。

同时，生产建造材料的环境影响，建造、拆除等环节的实际流程的量化信息都是很有限的。

另一方面，建筑领域中LCA的研究方法，仍然处于一种分散的状态。

与建筑相关
的大量案例研究多种多样，其中所涉及到的材料选择、建筑位置、建造过程、建筑设计和使用，都使得研究中对于目标和范围有着不同定义，自然也会有各自相应的局限条件。

每个研究对应着一个预先设定的系统边界、功能单一、建筑寿命。

此外，LCA是一种迭代的研究过程，随着研究的进展可能出现一些不可预见的局限性或
约束，抑或是有新的信息输入，都会导致研究范围和其他方面的定义要按需调整，以达到研究的预期目的。

因此，当研究不断深入，结果逐渐呈现后，研究的目标与范围也可能会由于研究中的突发问题而发生改变[15]。

结语
无论是气候变化，抑或是不可再生资源的消耗，都导致我们赖以生存的环境受到破坏，呼吸的空气、饮用水、种植粮食的土地被逐渐污染，而世界人口的增长和生活水平的提高进一步加剧了这种现象，因此减少人类活动对环境影响的紧迫性变得越来越重要。

在改善环境的过程中，需要建筑行业各个部门和每一位从业人员的共同努力，建筑行业的参与者（政府当局、建筑设计师、投资方、使用者等），都要以更加环保意识的方式设计和运营建筑物与其他建筑资产，鼓励建筑环境的设计和运营采取更加环保的方法。

但是由于市场利益需求、环境数据和规章制度缺乏等影响，在执行过程中仍然存在一些障碍。

参考文献：
【相关文献】
[1] United Nations Environment Programme. Common carbon metric for measuring energy use and reporting greenhouse gas emissions from building operations;2009.
[2] Zhang Y, He C Q, Tang B J, et al. China's energy consumption in the building sector：
A life cycle approach[J]. Energy & Buildings, 2015, 94：240-251.
[3] I.Z. Bribián, A.A. Usón, S. Scarpellini, Life cycle assessment in buildings： state- of-the-art and simplified LCA methodology as a complement for building certification, Build. Environ. 44 (12) (2009)2510-2520.
[4] A. Sharma, A. Saxena, M. Sethi, et al., Life cycle assessment of buildings： a review, Renewable Sustainable Energy Rev. 15 (1) (2011) 871-875.
[5] Adalberth K, Almgren A, Petersen EH. Life cycle assessment of four multi family buildings. Int J Low Energy Sustainable Build 2001;2.
[6] Peuportier BLP. Life cycle assessment applied to the comparative evaluation of single family houses in the French context. Energy Build 2001;33(5)：443-50.
[7] Junnila S et al. Life cycle assessment of office buildings in Europe and the United States. J Infrastruct Syst 2006;12：1. 10.
[8] Junnila S. Life cycle assessment of environmentally significant aspects of an office building. Nordic J Surveying Real Estate Res - Special Series 2004;2.
[9] Scheuer C, Keoleian GA, Reppe P. Life cycle energy and environmental performance of
a new university building： modeling challenges and design implications,.Energy Build 2003;35(10)：1049-64 (Nov).
[10] Birgisdottir H et al. Environmental assessment of roads constructed with and without bottom ash from municipal solid waste inciner- ation. Transport Res Part D - Transport Environ 2006;11(5)： 358-68.
[11] 同[9].
[12] 同[2].
[13] Peuportier BLP. Life cycle assessment applied to the comparative evaluation of single family houses in the French context. Energy Build 2001;33(5)：443-50.
[14] Erlandsson M, Levin P. Environmental assessment of rebuilding and possible performance improvements effect on a national scale. Build Environ 2005;40(11)：1459-71.
[15] Khasreen M, Banfill PF, Menzies G. Life-cycle assessment and the environ- mental impact of buildings：a review,. Sustainability 2009;1(3)：674-701.。