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碳中和实战分享:建筑脱碳的十个策略

发布时间:2021-06-29 14:28    浏览量:87     分享:
  “去碳化”的概念最近在政治演讲和全球环境事件中非常流行,但它在建筑领域尚未获得足够的关注,以深刻改变我们设计和构建未来世界的方式。目前,全球33%的能源消耗和39%的温室气体排放,表明建筑师必须发挥重要作用,如果我们要阻止或扭转气候变化。碳作为一个普遍认同的衡量标准温室气体排放建筑的脱碳可以被跟踪[1],因此,实现这一目标的最重要的方法之一是建筑的脱碳。
      脱碳包括减少运行碳和内含碳,具体碳分别指建筑使用阶段和整个生命周期的碳排放。这一生命周期涵盖了每种材料和家具的提取、运输、安装、使用和报废,占全球的11%温室气体排放和28%的全球建筑行业排放。如净零碳建筑承诺,于2018年在全球气候行动峰会上推出,通过呼吁将每年释放的二氧化碳量减少到零或负值,促进全球运营碳的减少。其他倡议,如美国的碳领导论坛,也强调了减少隐含碳的重要性,引用了到2060年世界建筑面积将翻一番的预测作为其重要性的标志。
     为了达到这些目的,我们在下面列出了十个使建筑去碳化的策略,从重要的考虑因素到程序,到产品和文档,这些都可以为寻找具体解决方案的建筑师提供实际的应用。

1.从三个层面探讨脱碳

     因为不同的碳减排策略模拟不同的效率水平,不同的建设阶段需要不同的程序世界资源研究所提出了按优先级排序的战略层级列表,可大致转换为三个脱碳程序。WRI减少运行排放清单如下:可再生能源之前的能源效率;场内可再生能源先于场外可再生能源;以及碳抵消之前的可再生能源(在其他地方投资可再生能源)。对于隐含排放,它建议在碳抵消之前再次减少碳排放。这种碳抵消方法一直是低优先级的,因为它只推荐在100%可再生能源供应不可行的情况下使用[3]。有了这种优先等级,我们可以在三个不同的层次上实现建筑的脱碳:
1)通过能效降低现有建筑的运营碳;
2)使用可再生能源来满足剩余的低能源需求,如有必要,最好在现场或附近的场外;
3)在新建筑的整个生命周期内减少其内含碳。
     这些水平并不是建筑师应该采用的一个有凝聚力的程序,也就是说,具体的碳减排排在最后,而是简单地概括了建筑师可以减少碳排放的三种不同方式,这取决于建筑的阶段或要求。最终,这三个目标都必须迅速实现,以实现《巴黎气候协议》的目标。区分这三个层次只是作为一个有用的指南,建筑师和业主可以根据他们自己的项目来处理脱碳问题。

2.将运营碳和内涵碳放在一起考虑

    如上所述,减少两者运营碳和内含碳是建筑整体脱碳的必要步骤。然而,对于现有的建筑,因为材料已经到位,嵌入碳可能不是一个重要的考虑因素,建筑所有者应该优先考虑实现净零运营碳。相比之下,在建造新建筑时——建筑师的责任——只考虑一种或另一种类型的碳排放会对建筑的真实环境影响产生误导。例如,一些材料的使用可以产生低的运行碳输出,但是在其整个生命周期中产生高的内含碳,反之亦然。与隔热良好的建筑相比,隔热很少且只有单一玻璃的建筑通常具有较低的具体碳含量,但会增加运行碳含量。同样,虽然生产可再生能源的设备可以显著减少运营碳,但建筑师必须记住,制造此类设备本身会留下碳足迹。由于这些潜在的不一致性,新建筑或重大翻新的建筑师在选择材料时必须同时考虑两种类型的碳排放,以优化能效并尽可能留下最低的碳足迹。

3.瞄准项目的早期阶段

      要做到这一点,建筑师应该在一个新项目开始时就严格而细致地去碳化。低碳设计实践,尤其是那些以具体碳为目标的设计实践,在项目的早期阶段考虑时是最有效和最具成本效益的[4]。一键生命周期评价的具体碳审查详细概述了提高效率的原因。项目的早期阶段“锁定”设计的许多部分的可能性,包括那些可能显著影响具体碳排放的部分。建筑师以后可能无法进行节能改造,或者可能性范围被严重截断。例如,选择一个需要很深地基的地点可以使一个项目的具体碳排放量增加一倍以上,但是建筑师不能在以后修改这个选择。不那么激烈,随着时间的推移,即使一个元素仍然可以改变,它几乎总是会招致更高的成本。因此,建筑师必须在设计过程的早期分析减少隐含碳的可能性。

4.利用轻质材料

     建筑师实现这一目标的一种方法是使用轻质材料。圣戈班进行的一项研究比较了巴西常用的两种内墙型材,他们发现重量更轻的系统产生了许多环境效益[5]。较轻的选择是Placo干墙系统,这是一种隔热的金属立柱干墙,与水泥抹灰的140毫米砖传统墙系统相比。对于一平方米的隔墙,他们发现使用这种干墙系统代替传统的墙壁将导致全球变暖潜力降低63%,一次能源使用减少49%,墙壁系统重量减少80%,淡水使用减少36%。类似地,一个叫做F4立面被发现可以将传统大立面的二氧化碳排放量减半。这些产品不仅展示了轻质墙体系统的有效性,还为寻求环保解决方案的建筑师提供了切实可行的选择。

5.考虑生物源材料

类似地,一些生物源材料,如木材、hempwool和木质纤维,在使用阶段储存碳,这意味着它们实际上在处理材料和释放碳之前降低了大气中的二氧化碳水平。这种品质使它们成为高效且可持续的材料。然而,考虑这种选择的建筑师应该意识到,在新的EN15804-A2生命周期评估标准(第8部分中讨论)中,由于重要的分类差异,这种储存的碳——在植物生长过程中称为生物碳——必须与具体碳(提取、运输、安装、使用、寿命终止)分开核算。例如,生物源材料的内含碳可能比传统材料的含碳量高,因为离建筑工地的距离更远,并且由于碳的吸收和最终的再排放,生物源碳本身在其整个寿命期间具有零净排放。根据新的生命周期评价标准,生物碳因此在整个生命周期中被视为独立的零碳,即不再被视为留下负碳足迹。
6.承认内部元素是潜在的碳排放源设计师在规划的早期阶段犯的一个常见错误是在计算具体碳含量时考虑建筑的核心和外壳,但忘记了潜在的重要内部配件、机械和技术设备。这些物体的寿命较短,在建筑寿命期间可能会被多次更换,这使得它们的具体碳排放量与结构的任何其他部分一样重要。只有考虑到这些重要的内部因素,计算出的具体碳才会准确。

7.重复使用或回收现有材料

      重复使用现有材料消除了以潜在的高环境成本提取和制造新材料的需要。如果可行,建筑师应尽量购买使用尽可能多的回收材料的产品,以降低具体的碳量。例如,在玻璃中,碎玻璃制成的玻璃——可重复使用,因此脱碳酸的废玻璃——每使用10%的碎玻璃,可减少3%的能源消耗。同样,由于能耗降低,使用一吨碎玻璃可以减少300千克的二氧化碳排放量。因此,碎玻璃和玻璃制品回收材料的其他例子对于致力于脱碳的建筑师来说,这应该是一个重要的考虑因素。

8.使用生命周期评估或第三方认证的环境保护署

    建筑师可以通过国际标准设定的生命周期评估(LCAs)和第三方认证的环境产品声明(EPDs)中公布的结果来评估其建筑的碳排放。这些是仅仅建筑产品和材料内含碳的有效科学信息来源。生命周期评价是一种从摇篮到大门或从摇篮到坟墓的分析技术,用于评估产品生命周期所有阶段的环境影响。电子数据产品是经过独立验证和注册的文件,传达了关于产品整个生命周期环境影响的“透明和可比”信息。建筑师可以利用这两者来确定和评估他们设计的结构的碳足迹。为了使评估产品的方法标准化,电子数据处理系统和从中提取的生命周期评估由国际标准(如欧洲标准)管理。一个特别相关的例子是EN 15804,它为建筑产品和服务的环境申报提供核心产品类别规则。由于其与建筑业的相关性,EN 15804是建筑师特别需要了解和响应的一个重要标准。
    存在许多不同的软件应用程序,它们可以根据设计数据自动提供生命周期评估,并提供最佳解决方案。一个突出的例子是一键生命周期评价,它借鉴了Revit、IFC (BIM)、Excel、IESVE、能源模型(gbXML)和其他工具,以找到可比较的解决方案,并提供可访问EPDs的相关材料。认真对待脱碳的建筑师应该使用这一工具或类似的应用,以确保他们的具体碳输出尽可能低。

9.将建筑纳入循环经济

     与生命周期评估问题相关的是产品使用寿命结束后的处置或再利用。为了实现更可持续的建筑业,停止“取、造、废”的资源效率循环经济模式是当务之急。遵循循环经济指导方针的建筑在其生命周期内自然会消耗更少的资源,因为它被设计成资源高效、适应性强和持久的。如上所述,在该建筑中,大多数回收成分百分比增加的构成材料将减少碳足迹。重复使用的材料和产品也将排放更少的碳。所有这些解决方案都是循环经济的例子,证明了它对建筑脱碳的极端重要性。在整个欧洲,建筑部门约占所有提取材料的一半,占废物产生量的三分之一。因此,在我们的行业中,通过再利用和回收来消除提取和废物的负面影响,可能会对结束全球变暖的全球努力产生巨大影响。

10.支持全球倡议

虽然这些策略都是极其重要的个人解决方案,但要想取得成效,去碳化的道路必须是全球的集体努力。企业可以通过支持全球和地方倡议,如净零碳建筑承诺,该全球建筑联盟,该碳领导论坛,等等。
世界绿色建筑理事会2019具体化碳行动呼吁报告详细说明了一项计划,到2030年,所有新建筑的运营碳为零,具体碳减少40%,到2050年,所有新建筑和现有建筑的具体碳和运营碳为零[9]。该计划的制定是为了帮助实现《巴黎协定》的宏伟目标,并将全球平均气温上升幅度保持在2摄氏度以下。然而,这些目标仍然是崇高的目标,因为新建筑继续以快速的速度建造,相当于巴黎的面积每五天增加一层,而2060年有一半的建筑尚未建成。为了让世界GBC计划和巴黎协定在这些不利条件下获得成功,建筑师们必须一起降低整个建筑业的碳排放。具体碳、可操作碳、现有建筑、新建筑、循环经济、轻质或生物源材料、回收等都必须考虑整体脱碳。有了上面描述的十个策略,我们希望尽自己的一份力量来提供帮助。

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