296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

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)鍵詞生生命周期期 居居住建筑筑 能能耗 嚴(yán)寒地地區(qū)1 引言言目前，由由于人們們生活水水平的提提高，對對建筑物物的要求求也越來越越高，為為了滿足足這些要要求，建建筑物的的能耗急急速增

2、加加，在能能源使用用方面給給國家?guī)砹司蘧薮蟮膲簤毫ΑＭ瑫r建筑筑物又是是使用壽壽命最長長的經(jīng)濟濟產(chǎn)品之之一11-2，居住建建筑的使使用壽命命一般會會達到幾幾十年甚甚至上百百年，漫漫長的使使用壽命命導(dǎo)致了了居住建建筑極低低的更新新率，房房屋一旦旦建成，如不進進行較徹徹底的改改造，其其所帶來來的影響響至少延延續(xù)到房房屋拆除除。因此此尋找一一種先進進的評價價方法對對居住建建筑的能能耗進行行計算和和分析至至關(guān)重要要。本文文以生命命周期理理論為基基礎(chǔ)，結(jié)結(jié)合居住住建筑本本身特點點，使用用建筑物物生命周周期能耗耗計算模模型對嚴(yán)嚴(yán)寒地區(qū)區(qū)（以哈哈爾濱為為例）44幢居住住建筑的的生命周周期能耗耗進行計計算

3、和分分析，得得出一些些有利于于推進嚴(yán)嚴(yán)寒地區(qū)區(qū)居住建建筑節(jié)能能工作的的相關(guān)結(jié)結(jié)論和措措施。2 生命命周期評評價的定定義和技技術(shù)框架架2.1 生命周周期評價價的定義義生命周期期評價（Lifee Cyclle AAsseessmmentt）是一一種評價價產(chǎn)品、工藝或或活動從從原始材材料采集集，到產(chǎn)產(chǎn)品生產(chǎn)產(chǎn)、運輸輸、分配配、使用用以及最最終的處處置整個個生命周周期階段段有關(guān)的的環(huán)境負(fù)負(fù)荷的過過程33。2.2 生命周周期評價價的技術(shù)術(shù)框架生命周期期評價作作為一項項用于評評價產(chǎn)品品環(huán)境因因素與潛潛在影響響的方法法，由目目標(biāo)定義義和范圍圍、清單單分析、影響評評價與改善評評價4個相互互聯(lián)系的的要素組組成4

4、4。目標(biāo)定定義和范范圍是指指根據(jù)項項目研究究的理由由、應(yīng)用用意圖以以及決策策者所需需要的信信息，確確定評價價目的的的定義，并按照照評價目目的界定定研究范范圍，這這是生命命周期評評價的第第一步，也是整整個生命命周期評評價最重重要的一一個環(huán)節(jié)節(jié)。清單單分析是是生命周周期評價價4部分中中發(fā)展最最完善的的一部分分，它是是指對一一種產(chǎn)品品的工藝藝過程或或活動在在其整個個生命周周期內(nèi)的的能量與與原材料料需要量量及對環(huán)環(huán)境的排排放進行行以數(shù)據(jù)據(jù)為基礎(chǔ)礎(chǔ)的客觀觀量化過過程。影影響評價價是生命命周期評評價的核核心內(nèi)容容，也是是難度最最大的部部分。它它是對清清單階段段所辨識識出來的的環(huán)境負(fù)負(fù)荷影響響進行定定量和（

5、或）定定性的描描述與評價。改善評評價是指指評估系系統(tǒng)在產(chǎn)產(chǎn)品、工工藝或活活動的整整個生命命周期內(nèi)內(nèi)削減能能源、原原材料使使用以及及環(huán)境釋釋放的需需求與機機會。3 建筑筑物生命命周期能能耗的計計算模型型3.1 建筑物物生命周周期邊界界的劃定定根據(jù)生命命周期評評價技術(shù)術(shù)框架的的內(nèi)容，本文把把建筑物物的整個個生命周周期邊界界劃定為為建材的的生產(chǎn)、建筑的的施工、使用、拆除以以及建筑筑廢料回回收和廢廢物處理理5個階段段。劃定定生命周周期邊界界后，建建筑物整整個生命命周期能能耗則由由上述55個階段段的能耗耗共同組組成。3.2 建筑物物生命周周期能耗耗的計算算模型建筑物整整個生命命周期能能耗的計計算公式式如

6、下：式中，為為建筑物物整個生生命周期期的能耗耗；為建筑物物建筑材材料生產(chǎn)產(chǎn)階段的的能耗；為建筑物物施工階階段的能能耗；為為建筑物物使用階階段的能能耗；為為建筑物物拆除階階段的能能耗；為為建筑廢廢料回收收和廢物物處理階階段的能能耗。3.2.1 建建筑物建建筑材料料生產(chǎn)階階段能耗耗的計算算建筑物建建筑材料料生產(chǎn)階階段能耗耗的計算算見下式：式中，nn為建筑物物所使用用建筑材材料的種種類；為為建筑材材料在施施工過程程中的廢廢棄比例例；為所使用用建筑材材料的用用量；為為生產(chǎn)建建筑材料料的單位位能耗。3.2.2 建建筑物施施工階段段能耗的的計算建筑物施施工階段段的能耗耗由2部分組組成，即即建筑材材料運輸輸

7、到施工工現(xiàn)場的的運輸能能耗和建建筑物施施工過程程中的能能耗，其其計算公公式如下下：=式中，為為建筑材材料運輸輸?shù)绞┕すがF(xiàn)場的的運輸能能耗；為建筑物物施工過過程中的的能耗；為建筑材材料從生生產(chǎn)地到到施工現(xiàn)現(xiàn)場的運運輸距離離；Tc為單位建建筑材料料運輸單單位距離離的能耗耗；為施工過過程中不不同施工工類型的的數(shù)目；為施工總總量；為為每種施施工類型型的單位位能耗。3.2.3建筑筑物使用用階段能能耗的計計算建筑物使使用階段段能耗的的計算公公式如下下：式中，QQo,yy為建筑物物使用階階段中的的年使用用能耗；為建筑物物的使用用壽命；為建筑物物在使用用階段期期間使用用不同能能源形式式的時間間。3.2.4建筑

8、筑物拆除除階段能能耗的計計算建筑物拆拆除階段段能耗的的計算公公式為：式中，為為拆除過過程中不不同施工工類型的的數(shù)目；為拆除總總量；為為每種拆拆除方法法的單位位能耗。該階段的的能耗主主要與進進行拆除除作業(yè)的的機器設(shè)設(shè)備有關(guān)關(guān)。根據(jù)據(jù)相關(guān)文獻獻，拆除除階段的的能耗通通?？梢砸园词┕すみ^程能能耗的990%計計算55。所所以建筑筑物拆除除階段的的能耗計計算公式式也可以表表示為：Qd=00.93.2.5建筑筑物建筑筑廢料回回收和廢廢物處理理階段能能耗的計計算該階段能能耗計算算公式為為：Qp= Qt,r+ Qt,w式中，QQt,rr為廢舊建建材回收收再循環(huán)環(huán)的運輸輸能耗；Qt,ww為廢舊建建材運往往處理場

9、場所的運運輸能耗耗；為廢舊建建材總重重量；為為廢舊建建材的回回收比例例；Td為單位廢廢料運輸輸單位距距離的能能耗；為為廢舊建建材運送送到回收收處理地地點的距距離；為為廢舊建建材運送送到最終終處理地地點的距距離。公式（11）（12）主主要參考考和引用用了國外外一些關(guān)關(guān)于建筑筑物生命命周期能能耗計算算的研究究成果6-77，并并結(jié)合我我國的實實際情況況加以改改進得到到。4 建筑筑實例計計算和分分析利用上述述建筑物物生命周周期能耗耗計算模模型對嚴(yán)嚴(yán)寒地區(qū)區(qū)（以哈哈爾濱為為例）44幢居住住建筑生生命周期期能耗進進行計算算和分析析。由于于居住建建筑具有有房間結(jié)結(jié)構(gòu)與使使用功能能相似等等特點，所以44幢居住

10、住建筑均均只考慮慮每幢建建筑的11個居住住單元，最后得得到的結(jié)結(jié)論同樣樣可以適適用于整整幢建筑筑。建筑筑實例的的基本特特征如表表1所示。表1建筑筑實例的的基本特特征ABCD面積/ m2110.7613355.15513555.15521033.888層數(shù)15512層高/mm314層層為35層為33.314層層為35層為33.31111層為312層為為3.33體形系數(shù)數(shù)0.73310.32220.32230.3337窗墻比0.20.19940.19920.1665注：A、B、C、D分別別代表磚磚混平房房、多層磚磚混樓房房、多層鋼鋼混樓房房、高層鋼鋼混樓房房在計算過過程中所所需要的的參數(shù)的的取值依

11、依據(jù)主要要是根據(jù)據(jù)國內(nèi)外外常用的的一些數(shù)數(shù)據(jù)以及及當(dāng)?shù)貙崒嶋H情況況進行選選取88-100。計計算結(jié)束束后，分分別對居居住建筑筑使用壽壽命為常常量和變變量這兩兩種情況況進行比比較和分分析。4.1當(dāng)當(dāng)居住建建筑的使使用壽命命為常量量假設(shè)居住住建筑的的使用壽壽命為550年，每幢居居住建筑筑生命周周期中55個階段段能耗的的分配圖圖如圖114所示。由圖14可以看看出，不不管是何何種結(jié)構(gòu)構(gòu)的建筑筑，在建建筑物整整個生命命周期中中，使用用階段能能耗所占占比例最最大，都都達到了了80%以上，而建材材生產(chǎn)階階段能耗耗處于第第2的位置置，比其其它剩余余3個階段段能耗之之和還要要大。建建筑物節(jié)節(jié)能的關(guān)關(guān)鍵就是是看其

12、使使用階段段能耗和和建材生生產(chǎn)階段段能耗是是否過高高，只有有把這22個最重重要的階階段處理理好，建建筑物整整個生命命周期能能耗才會會得到降降低，才能在在根本上上實現(xiàn)建建筑物的的節(jié)能。圖1 磚磚混平房房整個生生命周期期能耗分分配圖圖圖2 多層層磚混樓樓房整個個生命周周期能耗耗分配圖圖圖3 多多層鋼混混樓房整整個生命命周期能能耗分配配圖圖4 高層層鋼混樓樓房整個個生命周周期能耗耗分配圖圖4.2當(dāng)當(dāng)居住建建筑的使使用壽命命為變量量假設(shè)上述述所舉44幢居住住建筑的的壽命可可以達到到90年，對4幢居住住建筑在在不同使使用壽命命情況下下的各自自生命周周期能耗耗進行計計算和分分析，其其分析圖圖如圖55、6所

13、示示。 圖5不同同居住建建筑不同同使用壽壽命情況況下整個個生命周周期 圖6 不同同居住建建筑不同同使用壽壽命情況況下整個個生命周周期單位能耗耗的分布布情況單單位能耗耗減少的的變化率率由圖5、6可以看看出，隨隨著居住住建筑使使用壽命命達到440年后后，不同同圍護結(jié)結(jié)構(gòu)的居居住建筑筑其單位位能耗越越來越趨趨向于穩(wěn)穩(wěn)定，并并逐漸與與其使用用階段的的單位能能耗接近近。這說明明在實際際中延長長居住建建筑的使使用壽命命可以使使居住建建筑的節(jié)節(jié)能水平平達到其其自身的的最優(yōu)結(jié)結(jié)果。同同時可以以發(fā)現(xiàn)，隨著使使用壽命命的增加加，鋼混混結(jié)構(gòu)居居住建筑筑的整個個生命周周期單位位能耗減減少的百百分比速速率明顯顯高于磚磚

14、混結(jié)構(gòu)構(gòu)居住建建筑，最最大時二二者相差差23%左右，而且磚磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)居住建建筑的單單位能耗耗又是鋼鋼混結(jié)構(gòu)構(gòu)的23倍。因因此從生生命周期期理論的的角度分分析采用用鋼混結(jié)結(jié)構(gòu)比磚磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)更加節(jié)節(jié)能。5 結(jié)論論本文運用用生命周周期理論論對嚴(yán)寒寒地區(qū)居居住建筑筑能耗進進行了計計算，并并通過對對其使用用壽命為為常量和和變量兩兩種情況況進行討討論和分分析，得得出如下下結(jié)論：居住建建筑的使使用階段段和建材材生產(chǎn)階階段的能能耗多少少直接決決定了居居住建筑筑是否能能夠達到到節(jié)能要要求；多層和和高層居居住建筑筑的節(jié)能能效果優(yōu)優(yōu)于平房房；從生命命周期理理論的角角度分析析出居住住建筑采采用鋼混混結(jié)構(gòu)比比磚混結(jié)結(jié)構(gòu)

15、更加加節(jié)能；延長居居住建筑筑使用壽壽命可以以最大程程度上使使其節(jié)能能水平達達到其自自身可達達到的最最優(yōu)結(jié)果果。因此此在嚴(yán)寒寒地區(qū)推推進居住住建筑節(jié)節(jié)能工作作，可從從以下幾幾個方面面入手：鼓勵多多層和高高層居住住建筑的的發(fā)展，減少平平房的建建造數(shù)量量；廣泛推推廣鋼混混結(jié)構(gòu)的的居住建建筑，在在能滿足足要求的的前提下下選擇傳傳熱系數(shù)數(shù)較小的的圍護結(jié)結(jié)構(gòu)，采采用保溫溫效果較較好的墻墻體、門窗和和屋頂；盡可能能延長居居住建筑筑的使用用壽命。參考文獻獻1 OECCDEEnviironnmenntallly Susstaiinabble Buiildiing:Chaalleengees aand Polli

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