气候变化对建筑工程的影响分析

气候变化对建筑工程的影响分析

作者：宋红玲贾世文

来源：《商情》2013年第12期

【摘要】全球气候变化情况日益严重，持续的气候变暖对建筑工程的安全性、耐久性提出了全新的挑战。从结构适应环境变化和建筑可持续两个方面对建筑工程的发展进行分析。并分析了当前气候变化背景下需要进一步研究的科学问题。

【关键词】气候变化适应环境变化可持续建筑建筑工程

全球的气候变化不仅影响人类生存环境，也将影响世界经济的发展和社会进步。随着全球气候变化的不断加剧，所引起的气候变暖，干湿度变化加剧，空气中温室气体以及废气浓度不断增高严重影响着建筑工程的安全性与耐久性。2001年11月l7～18日在清华大学举行的“土建结构工程的安全性与耐久性”科技论坛便指出引起耐久性问题不断加剧的很重要的一个原因便是环境的不断恶化。需要在这方面开展更多的研究工作。

一、渐变性气候变化对建筑结构的影响

影响建筑工程耐久性的渐变性气候恶化包括环境温度升高、干湿度循环加剧、风速提高、环境中温室气体及工业废气等浓度提高。下面将就渐变性气候恶化对建筑结构的影响做具体分析。

（一）强度

混凝土的强度受温度升高的影响十分明显。实验表明，在环境温度下经过120d的常温热循环其抗压强度降低约24%。而对于水灰比为0.53，坍落度为50mm的波特兰水泥混凝土，当大气温度达到32℃时，混凝土试块表面的温度可达63℃；当气温达到40℃～47℃时，混凝土表面温度则高达80℃～90℃。高温和干燥环境作用下混凝土中水分蒸发，骨料与水泥材料性质的变化及骨料与砂浆之间粘结力的变化将引起混凝土抗压强度、弹性模量、徐变变形、收缩变形等性能的变化。

（二）钢筋锈蚀

钢筋混凝土结构中钢筋除在混凝土的碱性环境下（pH约为11～12），表面形成一层钝化膜，抑制钢筋锈蚀。当混凝土碳化以及氯离子渗透至钢筋表面时，钢筋发生脱钝，并在钢筋表面产生电位差，迅速锈蚀膨胀，导致混凝土的剥落，影响结构的安全性及适用性。

环境温度升高，空气中CO2浓度增大时，碳化反应加快。混凝土周围介质的相对温度在50%～75%时，混凝土碳化速度最快。而气候变化引起的酸雨以及由于工业废气（SO2等）浓度增加使得结构多处于酸性环境中，也加快了Cl—的渗入。这些变化都加快了钢筋锈蚀。

（三）冻融损伤

混凝土的冻融破坏是指在冻融交替的作用下，其内部结构产生裂缝和损伤，经多次反复作用后，损伤积累到一定程度所引起的一种结构破坏。混凝土在冻融破坏过程中微孔数量逐渐增加，孔径逐渐扩大，微裂缝增加和扩展，导致混凝土密实度降低，吸水率增加、强度下降。环境变化引起的环境温度离散性加大，以及某些地区空气湿度加大，使得冻融循环更为频繁，破坏更为严重。

二、持续建筑的发展方向

建筑业是能源需求增长较快的领域。表1显示了世界上主要国家建筑能耗占总能耗的比例。工业发达国家建筑使用能耗占总能耗的30%～40%，2002年欧盟25国建筑能耗已经占其总能耗的40.4%。联合国环境规划署在2007年3月29日公布的一份报告中显示，建造和维护现有建筑物所消耗的能源占全球能源消耗总量的30%到40%。

1987年2月世界环境与发展委员会关于人类未来的报告《我们的未来》中提出可持续发展为“既满足当代人的需求，又不对后代人满足其自身需求的能力构成危害的发展”，建筑不同于一般的生产制造过程，它不是提供物质形态的产品，而是为人类提供非物质形态产品——服务。因而建筑用能问题就不同于生产过程用能问题。建筑的可持续应是在保证建筑环境舒适度的前提下，经济条件所允许的范围之内，最大限度的降低建筑全寿命周期内的能耗。

要做到建筑可持续，应从以下三个方面着手：

（一）提高材料耐久性，延长建筑使用年限

重视混凝土结构的耐久性也是可持续发展的需要。生产混凝土所需的砂、石等原材料均需大量消耗国土资源并破坏植被与河床，水泥生产也是一项资源消耗大、能源损耗高、污染环境的行业，平均每生产1t水泥约需消耗1t石灰石、150kg标准煤和110kWh电，排放的二氧化碳已占人类活动排放总量的1/5～1/6 。提高材料耐久性，大幅延长建筑使用年限可有效降低单位时间内混凝土等建筑材料的使用数量，从而降低建筑年平均能耗水平。

（二）降低建筑运营能耗，采用清洁能源

选用适宜的建筑结构形式，保持室内通风，当室内换气率（ACH）等于10时，温度对通风率的敏感度为0.5℃/ACH，即此时相当于将室内温度降低了5℃，这对于降低夏季室内高温来说，效果是非常显著地。采用适宜的围护结构保温方案，减少室内外热交换，从而降低夏季和冬季的制冷取暖耗能。同时采用光电太阳能、风能、地源热泵、生物质能等新型可再生能源，可大大降低建筑能耗以及温室气体的排放。

（三）建筑行业的静脉节能

静脉产业，即资源再生利用产业，是以保障环境安全为前提，以节约资源、保护环境为目的，运用先进的技术，将生产和消费过程中产生的废物转化为可重新利用的资源和产品，实现各类废物的再利用和资源化的产业，包括废物转化为再生资源及将再生资源加工为产品两个过程。而建筑行业的静脉节能即是通过开发新型建筑材料，通过对废弃材料的回收利用来达到节能减排的目的。如现有的采用粉煤灰作为外加剂来浇注混凝土，不仅可以改善混凝土的各项性能，延长混凝土结构的使用寿命，同时可以大幅度减小耗费能源多、污染环境严重的硅酸盐水泥用量。同时建筑材料若能回收利用也解决了令人困扰的建筑垃圾处理问题。

三、结语

全球气候变化对建筑工程行业的发展有着深远的影响，不仅要开展结构安全性耐久性方面的研究以应对日趋严重的气候变化，同时要从建筑行业本身降低结构全寿命周期内对于环境的影响。而且应及时对行业的标准与规范进行修订，以适应建筑工程可持续发展的需要。

参考文献：

[1]周峰.气候变化对建筑工程的影响研究[D].北京：北京交通大学土建学院，2009，（01）.

[2]联合国环境规划署.建筑物与气候变化：现状，挑战与机遇[R]. 2007，（02）.