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从全生命周期,探寻中国净碳建筑之路

应对气候变化已成为全球议题,而建筑行业占据全球与能源相关的二氧化碳排放总量的38%。2015年12月,《巴黎协定》提出了将全球平温升幅控制在工业化前水平以上低于2摄氏度以内,力争不超过1.5摄氏度。为实现《巴黎协定》的目标,建筑行业必须在 2050 年之前实现净零碳排放。

2020年9月22日,中国在第七十五届联合国大会上提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”以来,已明确碳中和约束目标与实施战略,积极应对全球气候环境挑战。

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对建筑环境的全生命周期碳评估RICS专业声明 © RICS

生命周期评估是一种评估产品、过程或服务生命周期的所有阶段对环境的影响的方法。从原材料的提取和加工(摇篮),到产品的制造、分销和使用,再到构成产品的材料的回收或最终处置(坟墓),对成品对环境的影响进行评估。在建筑中,用以评估建筑物在其整个生命周期(包括拆除和处置)的材料、建造和使用所产生的碳排放。

除了我们熟知的设计和技术上的措施,例如最大程度利用自然光,增加外围护结构的保温隔热等。通过了解如何在建筑生命周期各个阶段实行减排,探寻走向净碳建筑的道路。

01 建筑产品阶段

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建筑材料金字塔 © Centre for Industrialised Architecture (CINARK) at the Royal Danish Academy

建筑材料本身具备不同的二氧化碳排放的特性。丹麦皇家学院工业化建筑中心 (CINARK) 用食物金字塔的图形语言,基于环境产品声明(EPD),开发了建筑材料金字塔,建筑材料金字塔显示了许多相关建筑材料对环境的影响。例如,位于金字塔底端的木材,二氧化碳的排放呈现负值,意味着木材即便从森林中被采伐,仍然能够吸收二氧化碳。并且, 设计上的优化会改变材料的使用量,这同样至关重要。另外在产品阶段,还要考虑材料的收集和运输过程中的碳排放。因此,就近取材,就地取材也是很好的策略。合理取材,合理用材对第一阶段至关重要。

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建筑全生命周期废弃物 © 侯晓航

另外在产品阶段,还要考虑材料的收集和运输过程中的碳排放。因此,就近取材,就地取材也是很好的策略。合理取材,合理用材对第一阶段至关重要。

长岐球场竹廊 / 竖梁社

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竹构和村庄 © 陈健聪

竹子作为颇具中国特色的建筑材料之一,生长周期快,便于加工。在一些盛产竹子的地区,是极好的低碳材料。

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夜景 © 陈健聪

项目位于广东省佛山芦苞长岐古村,长岐村是广东省首批认定的古村落之一。村落以竹编工艺传统闻名遐迩,古村背靠的文笔山上满山毛竹。项目是改造一个位于村中风水塘和村落古建筑之间的旧篮球场。竖梁社选择就地取材,为篮球场打造了竹廊。竹廊以单元的形式组合而成,可跟随村子的发展和需求改变,也更易拆解回收。

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细节 © 陈健聪

02 建设阶段

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预制的可持续性 © constructionexec

近来,装配式建筑相较于采用传统的施工方式的建筑,施工效率高,节能减排优势明显。预加工装配式建筑因其集成式的生产,可大幅减少建筑原材料与能源消耗,在建筑施工废弃物方面的碳排放量较传统现浇住宅节省率达到24.99%。

湖边插件塔,北京 / 众建筑

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建筑外观 © 金伟琦

湖边插件塔是一处480㎡的住居混合空间,作为中央政府设立的国家级“模范城市”雄安新区的试点项目,与深圳建筑科学研究院联合开发。为了尽量减少建筑物对场地的影响,湖心亭设置在分布式混凝桩基础上。

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细节 © 金伟琦

建筑使用预制工艺,以降低成本,提高施工效率。建筑围护采用插件面板系统,与主体钢结构分开建造。模块化的插件面板使得建筑物在使用寿命期间实现最大的灵活性。连接面板的偏心锁被集成到面板中,非熟练人员使用简单工具即可手动安装。随着时间的推移,整个建筑物可以根据需要扩展或迁移,而不会影响其余部分。这种灵活性大大扩展了建筑物的可用性,同时降低了未来装修的成本。

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分析图 © PAO

03 使用维护阶段

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可再生能源应用 © wired

使用维护阶段的碳排放主要来源于供热、制冷和供电等方面。数据显示,采暖和制冷能耗约占建筑能耗的22%。在这个阶段,只有在能源方面努力,来实现减排的目的。一是提高能源的使用效率,例如建筑内部节能灯具的使用。二是开发能够替代的可再生能源来减排,用太阳能、风能、地热能取代化石能源。 

南京中丹生态城绿色灯塔 / 筑土国际

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南京中丹生态城绿色灯塔 © 筑土国际

南京新地标、零碳建筑“南京绿色灯塔”于2015年7月落成。这座建筑是是中国与丹麦合作的示范项目,通过可持续和创新的建筑设计方法达到平衡,日后将用作园区高新规划展示馆使用。

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南京中丹生态城绿色灯塔 © 筑土国际

南京绿色灯塔设计原则一是尽量减少能耗,通过“智能设计”将能耗降到中国标准需求基准线的60%。建筑进行了全方位的精确计算,通过顶部和四周采光,实现了高效节能;制冷供暖依靠全新的的地源热泵技术;通风系统采用的是“变风量”新风系统。二是尽量使用可再生能源,通过主动式设计和采用可再生能源,降低能源需求大约20%。项目充分收集利用雨水、风能等自然资源;在建筑的顶部和周边,均铺设了太阳能光伏发电装置。

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南京中丹生态城绿色灯塔 © 筑土国际

04 拆除清理阶段

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废弃物处理等级倒金字塔 © axil-is

对于建筑的拆除清理阶段,除了尽力延长建筑的使用年限外,提高废物的资源优化再利用可以实现该阶段的碳减排。按照废弃物处理的等级倒金字塔,能够废弃物重用是拆后建筑部件最优的选择,例如废弃门窗,钢结构等回收再利用。其次是对废弃物回收加工,循环使用。

“零亭”——零碳花园 / 天津市天友建筑设计

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“零亭”—零碳花园 © 任军, 贺之涵

零碳花园的实现途径首先是利用植物碳汇固碳释氧,其次是布置可再生能源抵消建造过程中的碳排放,同时尽可能采用废弃或循环材料减少材料使用,最终实现一个碳中和的景观花园。零亭的钢结构循环利用了原有的钢材,水中的树池也是用废弃电脑机箱制作的。

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“零亭”—零碳花园 © 任军, 贺之涵

零亭的钢结构循环利用了原有的钢材,水中的树池也是用废弃电脑机箱制作的。

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“零亭”—零碳花园 © 天津市天友建筑设计

在设计阶段,应当对全生命周期的各个阶段综合考虑,从材料的选择到建筑生命结束的废物资源利用,所有因素都再设计初期加以设想,汇集成的建筑物才能最终成为零碳建筑。

旭辉零碳空间示范项目,北京 / 素朴建筑工作室

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共享会客厅 © 陈溯, 方淳

该项目向我们展示了整体思维下的可持续建筑。

主体结构和围护结构均采用木材、麦秸板等可持续材料。外立面采用预制装配式碳化木表皮的双层表皮复合系统,木表皮与内墙之间形成一定厚度的空腔,起到夏季遮阳和冬季防风的作用。碳化木耐腐蚀易维护的特性亦可降低后续运营维护成本。

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结合彩色薄膜光电玻璃的采光通风筒 © 陈溯, 方淳

项目的主体部分被分为三个相对独立的单元。三个单元构成类似,建筑元素采用标准模块的形式——门窗模块、屋顶升高模块和金属收边模块,将可持续技术融入模块,保证了装配式节点的标准化,以适应不同的空间需求。

建筑尝试了多种可再生能源与建筑的一体化设计,包括薄膜玻璃,光伏发电与顶部导风板、建筑屋顶、玻璃幕墙及外挂立面的结合设计,太阳能光热系统与空气源热泵联合供暖。

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模块化组件示意 © 素朴建筑工作室

本项目作为零能耗预制装配式建筑实验平台,建立了“设计—建造—测试—反馈”的全流程机制。通过对建筑进行环境监控,实时反馈到空调、新风等设备系统进行自动调控,保证在提供适宜环境的同时减少能源消耗。并且对数据进行储存分析,打造零碳建筑原型。

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引用: Hou, Xiaohang. "从全生命周期,探寻中国净碳建筑之路" [Explore the Road to Chinese Net Zero Architecture from Life Carbon Assessment (LCA)] 17 3月 2022. ArchDaily. Accesed . <https://www.archdaily.cn/cn/978621/cong-quan-sheng-ming-zhou-qi-tan-xun-zhong-guo-jing-tan-jian-zhu-zhi-lu>

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