住宅建筑全生命周期的能耗分析

图片来源：互联网

背景情况

自从“绿色住宅”、“生态住宅”的概念提出以来,人们对住宅建筑的能耗使用越来越关注。但从目前的情况来看,人们主要还是关注住宅的运行能耗,而对住宅全生命周期的其他能耗情况则关注度不够。其实,住宅运行能耗以外的其他能耗在住宅建筑全生命周期的能源消耗中占有相当的比重。Adalbert对北欧地区普通建筑能耗的研究表明,在建筑物50年的寿命中,材料消耗的能量占建筑物生命周期总能耗的10%~15%。Harris研究发现,如果建筑中使用的绝热材料超过一定厚度,建筑物在使用过程中节约的能量将小于绝热材料的物化能。同时,顾道金等人的研究也进一步证实了Harris的观点,从全生命周期能耗来看,外墙聚苯保温厚度超过120mm后,生命周期能耗不降反升。因此，有必要进一步分析物化能、运行能和寿命周期三者之间的内在关系，为真正的生态住宅的建设提供理论依据，促进住宅建筑的可持续发展。

住宅全生命周期的能耗类型分析

住宅的全生命周期包括原材料的开采、建材的生产、运输、建筑物的建造、运行、维护和拆除,这其中的每一个阶段都伴随着能量的消耗。住宅全生命周期的能耗可以划分为两大类:物化能(embodiedenergy)和运行能(op-erationalenergy)。

物化能(embodiedenergy)是指产品从原材料在自然界的开采挖掘经过运输、加工、组装直至成品出厂前的所有相关过程的能耗总和。对于建筑物而言,建筑的物化能即建筑在原材料开采、运输、构件生产、施工等过程所消耗的能量。学术界目前对于建筑物的物化能还没有统一的界定和划分,总的来看存在狭义和广义两种不同的观点,狭义的物化能就是建筑物建成之前的所有相关能源消耗,而广义的物化能则涵盖了建筑物的全生命周期过程。

住宅运行能耗通常指住宅在使用过程中用来取暖、制冷、照明、通风及其他满足住宅建筑功能所需的能耗。如果将运行能耗看作是能被人感知的显性能耗,那么物化能则是常被人们忽略的隐形能耗。

随着运行能耗效率的提高,物化能在住宅建筑物整体能耗中所占的比重越来越大,其重要程度也在日益提高。下面就住宅物化能和运行能之间的关系进行理论上的分析。

图片来源：互联网

物化能、运行能与寿命周期之间的关系分析

物化能和运行能之间是一种此消彼长的关系,人们一般都认同这样的观点:增加物化能(主要是初始物化能),就可以减少使用能耗,反之,则不可避免地会造成住宅使用能耗的增加。因此,现在很多生态住宅的建设都将物化能的增加作为使用能耗减少的主要手段,如采取技术手段、使用新型材料等,但却往往忽略了住宅全生命周期能耗的变化情况。如果增加的物化能不足以抵消由此而引起的减少的运行能,住宅全生命周期的能耗就会增加,这也就违背了生态住宅建设的初衷,住宅有可能是“反生态”的。同时,住宅寿命周期越长,平均每年分摊的物化能耗就越少,平均每年的总能耗就越少。因此,相对短的寿命有可能隐藏物化能的长期优势。有必要进一步分析物化能、运行能和寿命周期三者之间的内在关系。

在住宅建筑建设阶段不断增加,在住宅建成至使用前若干年保持不变,此后为了保证住宅的正常使用和运行,每年需要投入一定的维护修复能耗。因此,在进行节能住宅设计分析时,关键是进行物化能、运行能和寿命周期的分析,从“住宅全生命周期”的视角来认识节能住宅,建设真正的生态住宅。这项工作需要我国住宅能耗统计数据库的建设和完善,这是分析住宅物化能和运行能的基础,国外在这方面已经有了较好的实践,我国在这方面非常有必要进行更深入的工作。

我国建立住宅能耗统计数据库的必要性

目前,在节约能源、保护环境的迫切要求下,减少住宅能耗、提高住宅建筑能源使用效率已经成为世界各国住宅政策中的重要组成部分“,绿色住宅”“、节能住宅”已经成为住宅未来的主流发展方向。但何为“绿色”、“节能”,这里必须有一个评价的标准,必须有定量的数据支撑来推动住宅节能的发展进程。这个定量的数据支撑就是住宅能耗统计数据库。数据库必须包含住宅全生命周期的所有相关能耗,即生产能耗、运输能耗、施工能耗、运行能耗、修复能耗和拆除能耗等,这是一个庞大而系统的工程,涉及到很多住宅的相关产业,需要进行大量的调查分析工作。

与国外相比,我国目前在住宅能耗统计数据库方面还没有很好的发展。前期的研究也主要是针对住宅的使用能耗。2002年清华大学张智慧教授主持了国家自然科学基金资助项目“建筑工程生命周期环境影响评价理论与方法的研究”,并开发出了一个基于Web的建设项目生命周期评价数据库和评价体系BEPAS(Building Environmental Per-formance Analysis System),这是我国第一个从全生命周期的角度对建筑物进行评价的系统,但只涉及了6种主要的建筑材料(水泥、结构用钢、平板玻璃、铝合金、木材、PVC管)数据库,与国外相比,还存在很大的差距,需要不断地补充和完善。

根据建筑热工设计要求,我国分为严寒、寒冷、温和、夏热冬冷、夏热冬暖五个区。不同分区的住宅建筑能耗结构及供热空调系统等都具有自身特点。因此,我国的住宅能耗统计数据库应当分区进行,而且住宅全生命周期的能耗范围广、种类多,在数据库具体设计时,应当将数据分类进行搜集。

住宅能耗统计数据库是进行住宅能耗分析的一个重要工具。它应该成为节能住宅发展的一个基础工作来进行推动,为当前的住宅节能提供分析资料,同时也为国家的能源管理规划提供数据支持。只有这样,我国的住宅节能工作才能真正地发展成熟起来。