建筑能耗生命周期评价_secret

建筑能耗生命周期评价
陈孚江1 陈焕新1 华虹2 杨鸿翥2 吴丽丽2
1华中科技大学制冷与低温工程专业，武汉，430074 2华中科技大学环境科学与工程学院，武汉，430074
摘 要：建筑能耗包括从建材的开采加工到建筑废弃时材料的回收再利用等阶段的能耗总和，占社会总能耗的1/4 - 1/5。

在目前我国近400亿平方米的建筑中，约95%依然为高能耗建筑。

随着社会经济的发展，建筑总量和建筑能耗将会进一步增加。

所以为了建筑的可持续发展，有必要对建筑能耗进行全寿命周期分析评价。

本文利用生命周期评价的方法，结合工程实例，对建筑全寿命周期能耗进行了评价分析。

结果表明：在建筑全寿命周期中，建筑物使用维护阶段能耗所占比例最大；其次是建筑材料开采加工阶段，最少的是运输阶段.
关键词：建筑能耗 固化能耗 数学模型 生命周期评价
前言
建筑消耗的能源占全国商品能源的21%-24 %[1]
，在目前我国近400亿平方米的建筑中，约95%依然为高能耗建筑，因此，为了在满足建筑功能和环境质量的同时，如何降低建筑能耗，一直是人们研究的
重点。

近年来，人们对建筑能耗的研究大多集中于民生能耗即建筑使用维护阶段的能耗[2][3]。

而实际上
建筑能耗不仅包括建筑使用维护阶段能耗，还包括建筑材料的开采、加工到建筑废弃拆除等阶段能耗[4]。

生命周期评价着眼于建筑能耗的全寿命周期，因此采用LCA 对建筑的能耗分析所得出的结论更为科学合理。

本文结合某具体工程实例，根据生命周期评价方法，对建筑能耗进行了全生命周期评价分析，为政府有关部门提供决策和依据。

1 建筑生命周期范围的界定
根据生命周期评价ISO14040技术框架标准[5]
，结合建筑项目自身特点，本文将建筑生命周期范围划分为原材料的开采与加工、设计与施工（包括建造和拆除）、建筑物使用维护、废弃物回收处理四个阶段，如图1所示。

图1 建筑全寿命周期范围
2 建筑生命周期耗能模型[6]
根据本文界定的建筑全寿命周期范围，可将建筑能耗相应地分成以下四阶段能耗：材料开采、加工能耗，筑设计、施工能耗，物使用、维护能耗，建筑材料运输能耗等，用公式（1）表示。

T g m o t E E E E E =+++ (1)
式中：T E ——建筑生命周期能耗(MJ)；
g
E ——原材料开采、加工能耗(MJ)；
m E ——建筑设计、施工能耗(MJ)；
o E ——建筑物使用、维护能耗(MJ)；
t E
——建筑材料运输能耗(MJ)，包括建筑施工所需建筑材料从生产地到施工现场的运输过程能耗和建筑废弃时处理建筑垃圾所耗用的能耗。

① 原材料开采、加工能耗（第一阶段能耗）
()1
1n
g i i i i E W T β==⨯+⨯∑ (2)
式中：W i ：表示建筑所用的第i 种建材的使用量(kg)；
i β：表示第i 种建材的损耗系数；
i T
：表示第i
种建材的固化能耗值(MJ)；
n
：表示建材使用种类个数(种)。

② 建筑设计、施工能耗（第二阶段能耗）
()1
1n
m i i E E ϕ==+∑ (3)
式中：
i E ——建造过程中主要设备的运行能耗(MJ)；
ϕ——建筑拆除能耗相对建造施工能耗的折换系数。

③ 建筑物使用维护能耗（第三阶段能耗）
o c h E E E =+ (4)
式中：
c E ——建筑生命周期内空调运行能耗(MJ)； h E
——建筑生命周期内采暖所需能耗(MJ)。

④ 建筑材料运输能耗（第四阶段能耗）
1
n
t i i i i E W E L ==⋅⋅∑ (5)
式中：i L ——第i 种建材在施工和垃圾处理过程中所要经历的所有路程(km)； i E ——第i 种建材单位运输能耗值MJ/(kg ·km)；
i W 、n 意义同(2)式。

3 工程实例分析
3.1 建筑描述
坡屋面建筑，尺寸为11000mm ×8000mm ×3600mm 。

建筑结构为砖混框架结构，承重部分为490mm 实心粘土砖墙体，非承重部分用草砖填实，其间用钢筋网拉接；窗户为单层铝合金—塑料薄膜保温窗。

其建筑平面图如图2所示。

3.2 根据工程实际情况，建筑生命周期各个阶段的主要用能情况见图3。

图3 建筑生周期耗能清单
3.3 建筑生命周期能耗计算及分析
3.3.1 建筑生命周期能耗计算结果
① 原材料开采、加工能耗
建筑材料使用量计算过程中已分别考虑了各种建筑材料的损耗系数，故在计算建筑材料总内含能量值时βi 取0，所以原材料开采、加工生产阶段总能耗即为材料的固化能耗。

各种建筑材料用量及单位固化能耗值[7][8]见表1。

将其代入式(2)中，得原材料加工生产阶段总能耗g E 为387902.1MJ 。

表1 建筑主要材料用量及单位固化能耗值
材料名称
草砖 实心黏土砖
水泥 砂 钢筋 PVC 木材 玻璃 用量(m 3)
25.7
35.8 4.3 12.9 0.36 0.648 5.6 0.19 单位固化能耗（MJ/kg ）
2
2.5
2.3
0.6
26
80
1.8
12.7
② 建筑设计、施工能耗
施工现场设备主要为挖掘机、推土机，打草机，燃油为0#柴油。

建筑物拆除能耗按照建设施工能耗的90%计算[9]，累计工作时间为12小时。

建筑施工总能耗m E 为44643.3MJ 。

③建筑物使用维护能耗
根据当地气候条件，结合现场调研数据，建筑的年采暖季节平均热负荷为22.36w/m2，采暖季累计68.15kw·h/m2，相当于245.34MJ/m2。

建筑年采暖季节累计耗热量为17625.2MJ。

建筑寿命期采暖季累
E为469273.2MJ。

计耗热量
o
④建筑材料运输能耗
整个过程中运输工具为卡车(燃油为汽油)，单位运输能耗值为0.8×10-3GJ/( t·km)[10]，建筑垃圾量按建筑材料的80%[11]计算。

根据当地实际情况，各种建筑主要建筑材料从加工厂到建造现场的距离见表2。

表2 建筑主要材料运输距离单位：km 材料名称草砖实心黏土砖水泥砂铝合金钢筋木材玻璃
3.3.2 建筑生命周期能耗结果分析
从上述计算结果可以看出阶段三，即建筑物使用维护阶段能
耗在建筑生命周期中所占的份额最多，约占52％（见图4）；其
次是阶段一，即建筑原材料开采加工阶段能耗(42.4%)，最少的是
阶段四，即运输阶段能耗；虽然建筑设计施工和运输阶段总能耗
在建筑寿命周期中只占7%左右，但却是最不可忽视的一部分。

其优劣直接关系到建筑物使用维护阶段的能耗，最大程度地反映
为建筑物生命周期能耗的高低。

4 结语
(1) 采用生命周期评价方法能对建筑生命周期能耗进行更加科学合理地、系统地进行评价，更有利于建筑的可持续发展；
(2) 在建筑生命周期能耗中，建筑使用维护阶段能耗最多，其次是原材料开采加工能耗，最少的是运输阶段；设计施工阶段能耗虽然很少，但却不容忽视；
(3) 建筑应尽可能选用固化能耗值小的材料，减少原材料开采加工能耗；尽可能选用当地材料，节省运输能耗。

参考文献：
[1] 江亿.我国建筑耗能状况及有效的节能途径. 暖通空调, 2005,35(5):30-40.
[2] 李雅昕,张旭, 刘俊. 节能建筑的能耗及运行费用模拟计算分析[J].建筑科学, 2006, 22(B05):20-22,26.
[3] 龙惟定.民用建筑怎样实现降低20%能耗的目标[J].暖通空调,2006,36( 6):35-41.
[4] 李兆坚, 江亿. 我国广义建筑能耗状况的分析与思考[J].建筑学报, 2006(7):30-33.
[5] 邓南圣, 王小兵.生命周期评价[M]. —北京: 化学工业出版社, 2003.
[6] 陈孚江, 既有建筑节能技术优化与评价方法研究[硕士论文]. 华中科技大学:图书馆, 2006.
[7] 杨居光. 建筑中的固化能耗[J]. 节能技术, 2004,22(6):32-33, 38.
[8] Chris Scheuer, Gregory A. Keoleian, et al. Life Cycle Energy and Environmental Performance of a New
University Building: Modeling Challenges and Design Implications [J]. Energy and Buildings, 2003,35:1049–1064.
[9] 杨健. 厌氧水解-活性污泥法的生命周期能耗分析[J]. 环境保护科学, 2003,29(1):20-23.
[10] 李思堂, 李惠强. 住宅建筑施工初始能耗定量计算[J]. 华中科技大学学报(城市科学版),2005,22(4):54-57.
[11] 姚颖悟. 我国城市垃圾处理现状与分析[J]. 环境保护科学, 2004,30(2):37-39.。