1、基于生命周期理論的嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑能耗計算和分析同濟大學(xué) 王松慶 張旭 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 王威摘要：本文運用生命周期理論，結(jié)合居住建筑物本身的特點，根據(jù)生命周期評價技術(shù)框架內(nèi)容，把建筑物的整個生命周期邊界劃定為建材的生產(chǎn)、建筑的施工、使用、拆除以及建筑廢料回收和廢物處理五個階段。使用建筑物生命周期能耗計算模型對嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑的生命周期能耗進行了計算和分析。得出一些有利于推進嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑節(jié)能工作的相關(guān)結(jié)論和措施。關(guān)鍵詞 生命周期 居住建筑 能耗 嚴(yán)寒地區(qū)1 引言目前，由于人們生活水平的提高，對建筑物的要求也越來越高，為了滿足這些要求，建筑物的能耗急速增加，在能源使用方面給國家?guī)砹司薮蟮膲毫?/p>

2、。同時建筑物又是使用壽命最長的經(jīng)濟產(chǎn)品之一1-2，居住建筑的使用壽命一般會達到幾十年甚至上百年，漫長的使用壽命導(dǎo)致了居住建筑極低的更新率，房屋一旦建成，如不進行較徹底的改造，其所帶來的影響至少延續(xù)到房屋拆除。因此尋找一種先進的評價方法對居住建筑的能耗進行計算和分析至關(guān)重要。本文以生命周期理論為基礎(chǔ)，結(jié)合居住建筑本身特點，使用建筑物生命周期能耗計算模型對嚴(yán)寒地區(qū)（以哈爾濱為例）4幢居住建筑的生命周期能耗進行計算和分析，得出一些有利于推進嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑節(jié)能工作的相關(guān)結(jié)論和措施。2 生命周期評價的定義和技術(shù)框架2.1 生命周期評價的定義生命周期評價（Life Cycle Assessment）是一

3、種評價產(chǎn)品、工藝或活動從原始材料采集，到產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸、分配、使用以及最終的處置整個生命周期階段有關(guān)的環(huán)境負(fù)荷的過程3。2.2 生命周期評價的技術(shù)框架生命周期評價作為一項用于評價產(chǎn)品環(huán)境因素與潛在影響的方法，由目標(biāo)定義和范圍、清單分析、影響評價與改善評價4個相互聯(lián)系的要素組成4。目標(biāo)定義和范圍是指根據(jù)項目研究的理由、應(yīng)用意圖以及決策者所需要的信息，確定評價目的的定義，并按照評價目的界定研究范圍，這是生命周期評價的第一步，也是整個生命周期評價最重要的一個環(huán)節(jié)。清單分析是生命周期評價4部分中發(fā)展最完善的一部分，它是指對一種產(chǎn)品的工藝過程或活動在其整個生命周期內(nèi)的能量與原材料需要量及對環(huán)境的排放進行

4、以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的客觀量化過程。影響評價是生命周期評價的核心內(nèi)容，也是難度最大的部分。它是對清單階段所辨識出來的環(huán)境負(fù)荷影響進行定量和（或）定性的描述與評價。改善評價是指評估系統(tǒng)在產(chǎn)品、工藝或活動的整個生命周期內(nèi)削減能源、原材料使用以及環(huán)境釋放的需求與機會。3 建筑物生命周期能耗的計算模型3.1 建筑物生命周期邊界的劃定根據(jù)生命周期評價技術(shù)框架的內(nèi)容，本文把建筑物的整個生命周期邊界劃定為建材的生產(chǎn)、建筑的施工、使用、拆除以及建筑廢料回收和廢物處理5個階段。劃定生命周期邊界后，建筑物整個生命周期能耗則由上述5個階段的能耗共同組成。3.2 建筑物生命周期能耗的計算模型建筑物整個生命周期能耗的計算公式如

5、下：式中，為建筑物整個生命周期的能耗；為建筑物建筑材料生產(chǎn)階段的能耗；為建筑物施工階段的能耗；為建筑物使用階段的能耗；為建筑物拆除階段的能耗；為建筑廢料回收和廢物處理階段的能耗。3.2.1 建筑物建筑材料生產(chǎn)階段能耗的計算建筑物建筑材料生產(chǎn)階段能耗的計算見下式： 式中，n為建筑物所使用建筑材料的種類；為建筑材料在施工過程中的廢棄比例；為所使用建筑材料的用量；為生產(chǎn)建筑材料的單位能耗。3.2.2 建筑物施工階段能耗的計算建筑物施工階段的能耗由2部分組成，即建筑材料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場的運輸能耗和建筑物施工過程中的能耗，其計算公式如下： =式中，為建筑材料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場的運輸能耗；為建筑物施工過程中的能

6、耗；為建筑材料從生產(chǎn)地到施工現(xiàn)場的運輸距離；Tc為單位建筑材料運輸單位距離的能耗；為施工過程中不同施工類型的數(shù)目；為施工總量；為每種施工類型的單位能耗。3.2.3 建筑物使用階段能耗的計算建筑物使用階段能耗的計算公式如下：式中，Qo,y為建筑物使用階段中的年使用能耗；為建筑物的使用壽命；為建筑物在使用階段期間使用不同能源形式的時間。 3.2.4 建筑物拆除階段能耗的計算建筑物拆除階段能耗的計算公式為：式中，為拆除過程中不同施工類型的數(shù)目；為拆除總量；為每種拆除方法的單位能耗。 該階段的能耗主要與進行拆除作業(yè)的機器設(shè)備有關(guān)。根據(jù)相關(guān)文獻，拆除階段的能耗通?？梢园词┕み^程能耗的90%計算5。所以建

7、筑物拆除階段的能耗計算公式也可以表示為：Qd=0.9 3.2.5 建筑物建筑廢料回收和廢物處理階段能耗的計算該階段能耗計算公式為：Q p= Q t,r+ Q t,w式中，Q t,r為廢舊建材回收再循環(huán)的運輸能耗；Q t,w為廢舊建材運往處理場所的運輸能耗；為廢舊建材總重量；為廢舊建材的回收比例；Td為單位廢料運輸單位距離的能耗；為廢舊建材運送到回收處理地點的距離；為廢舊建材運送到最終處理地點的距離。公式（1）（12）主要參考和引用了國外一些關(guān)于建筑物生命周期能耗計算的研究成果6-7，并結(jié)合我國的實際情況加以改進得到。 4 建筑實例計算和分析 利用上述建筑物生命周期能耗計算模型對嚴(yán)寒地區(qū)（以哈爾

8、濱為例）4幢居住建筑生命周期能耗進行計算和分析。由于居住建筑具有房間結(jié)構(gòu)與使用功能相似等特點，所以4幢居住建筑均只考慮每幢建筑的1個居住單元，最后得到的結(jié)論同樣可以適用于整幢建筑。建筑實例的基本特征如表1所示。表1 建筑實例的基本特征ABCD面積/ m2110.761 335.151 355.152 103.88層數(shù)15512 層高/m314層為35層為3.314層為35層為3.3111層為312層為3.3體形系數(shù)0.7310.3220.3230.337窗墻比0.20.1940.1920.165注：A、B、C、D分別代表磚混平房、多層磚混樓房、多層鋼混樓房、高層鋼混樓房在計算過程中所需要的參數(shù)

9、的取值依據(jù)主要是根據(jù)國內(nèi)外常用的一些數(shù)據(jù)以及當(dāng)?shù)貙嶋H情況進行選取8-10。計算結(jié)束后，分別對居住建筑使用壽命為常量和變量這兩種情況進行比較和分析。4.1當(dāng)居住建筑的使用壽命為常量假設(shè)居住建筑的使用壽命為50年，每幢居住建筑生命周期中5個階段能耗的分配圖如圖14所示。由圖14可以看出，不管是何種結(jié)構(gòu)的建筑，在建筑物整個生命周期中，使用階段能耗所占比例最大，都達到了80%以上，而建材生產(chǎn)階段能耗處于第2的位置，比其它剩余3個階段能耗之和還要大。建筑物節(jié)能的關(guān)鍵就是看其使用階段能耗和建材生產(chǎn)階段能耗是否過高，只有把這2個最重要的階段處理好，建筑物整個生命周期能耗才會得到降低，才能在根本上實現(xiàn)建筑物的

10、節(jié)能。 圖1 磚混平房整個生命周期能耗分配圖 圖2 多層磚混樓房整個生命周期能耗分配圖 圖3 多層鋼混樓房整個生命周期能耗分配圖 圖4 高層鋼混樓房整個生命周期能耗分配圖4.2當(dāng)居住建筑的使用壽命為變量假設(shè)上述所舉4幢居住建筑的壽命可以達到90年，對4幢居住建筑在不同使用壽命情況下的各自生命周期能耗進行計算和分析，其分析圖如圖5、6所示。 圖5 不同居住建筑不同使用壽命情況下整個生命周期 圖6 不同居住建筑不同使用壽命情況下整個生命周期單位能耗的分布情況 單位能耗減少的變化率由圖5、6可以看出，隨著居住建筑使用壽命達到40年后，不同圍護結(jié)構(gòu)的居住建筑其單位能耗越來越趨向于穩(wěn)定，并逐漸與其使用階

11、段的單位能耗接近。這說明在實際中延長居住建筑的使用壽命可以使居住建筑的節(jié)能水平達到其自身的最優(yōu)結(jié)果。同時可以發(fā)現(xiàn)，隨著使用壽命的增加，鋼混結(jié)構(gòu)居住建筑的整個生命周期單位能耗減少的百分比速率明顯高于磚混結(jié)構(gòu)居住建筑，最大時二者相差23%左右，而且磚混結(jié)構(gòu)居住建筑的單位能耗又是鋼混結(jié)構(gòu)的23倍。因此從生命周期理論的角度分析采用鋼混結(jié)構(gòu)比磚混結(jié)構(gòu)更加節(jié)能。5 結(jié) 論本文運用生命周期理論對嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑能耗進行了計算，并通過對其使用壽命為常量和變量兩種情況進行討論和分析，得出如下結(jié)論：居住建筑的使用階段和建材生產(chǎn)階段的能耗多少直接決定了居住建筑是否能夠達到節(jié)能要求；多層和高層居住建筑的節(jié)能效果優(yōu)于平

12、房；從生命周期理論的角度分析出居住建筑采用鋼混結(jié)構(gòu)比磚混結(jié)構(gòu)更加節(jié)能；延長居住建筑使用壽命可以最大程度上使其節(jié)能水平達到其自身可達到的最優(yōu)結(jié)果。因此在嚴(yán)寒地區(qū)推進居住建筑節(jié)能工作，可從以下幾個方面入手：鼓勵多層和高層居住建筑的發(fā)展，減少平房的建造數(shù)量；廣泛推廣鋼混結(jié)構(gòu)的居住建筑，在能滿足要求的前提下選擇傳熱系數(shù)較小的圍護結(jié)構(gòu)，采用保溫效果較好的墻體、門窗和屋頂；盡可能延長居住建筑的使用壽命。參考文獻1 OECDEnvironmentally Sustainable Building: Challenges and PoliciesRThe OECD Environment Program，20

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