建筑脱碳的10种策略

建筑脱碳的10种策略插图 Enabling Village / WOHA. Image © Patrick Bingham-Hall

    “脱碳(decarbonization)”的概念最近在政治演讲和全球环境事件中风行一时,但在建筑领域尚未引起足够的重视,并以此来深刻地改变我们设计和构建明天世界的方式。目前建筑物占全球能源消耗的33%和温室气体排放的39%,这表明如果我们要阻止或逆转气候变化,建筑师必须发挥重要作用。碳作为一种普遍认可的度量标准,可用来追踪建筑物的温室气体排放[1],因此,实现这一目标的最重要方法之一就是建筑物的脱碳。

    建筑脱碳的10种策略插图1 Courtesy of Saint Gobain

    脱碳包括减少运行碳和隐含碳,这分别是指建筑物的使用阶段和整个生命周期的碳排放。这个生命周期包含了每种材料和家具的获取,运输,安装,使用和寿命终止,并占全球11%的温室气体排放和28%的全球建筑类排放[2]。在2018年全球气候行动峰会上发起的净零碳建筑物承诺等倡议通过呼吁将每年释放的二氧化碳排放量减少到零或负数来促进全球减少运行碳[1] 。其他倡议,例如美国的碳领导论坛,也强调了减少含碳量的重要性,并指出到2060年世界建筑面积将翻一番,这是其重要的标志[2]。

    建筑脱碳的10种策略插图2 Courtesy of Saint Gobain

    为此,我们概述了以下十项建筑脱碳的策略,从为寻求具体解决方案的建筑师提供实际使用的重要的考虑因素到过程,再到产品和文档。

    1.从三个层面进行脱碳

    建筑脱碳的10种策略插图3 Courtesy of Saint Gobain

    由于不同的减碳策略以不同的效率水平为模型,并且不同的建设阶段需要不同的程序,因此世界资源研究所提出了按优先级排序的策略和层级列表,可以将其粗略地转化为三种脱碳程序。 WRI减少运行排放的清单如下:可再生能源之前的能源效率;现场可再生能源先于非现场可再生能源;以及碳补偿之前的可再生能源(在其他地方投资可再生能源)。对于具体的排放,它建议在碳抵消之前再次减少碳排放。这种碳补偿的方法始终是低优先级的,因为它仅建议在100%可再生能源供应不可行的情况下使用[3]。因此,有了这种优先级,我们可以在三个不同的层次上实现建筑物的脱碳:

    1)通过提高能源效率来减少现有建筑物的运行碳;

    2)使用可再生能源来满足剩余的低能耗需求,如果需要,最好在现场或附近的场外使用;

    3)减少新建筑在其整个生命周期中的隐含量。

    这些级别并不是建筑师应采用的脱碳程序,即最后实现隐含碳的减排,而是简单地概括建筑师可以根据建筑物的阶段或要求减少碳排放的三种不同方式。最终,必须迅速实现这三个目标,才能实现《巴黎气候协定》的目标。区分这三个级别仅是一个有用的指导,建筑师和建筑所有者可以针对自己的项目进行脱碳。

    2.同时考虑运行碳和隐含碳

    建筑脱碳的10种策略插图4 Courtesy of Saint Gobain

    如上所述,减少运行碳和隐含碳是整个建筑脱碳的必要步骤。但是对于现有建筑物,由于已经使用了材料,因此隐含碳可能不再是一个重要的考虑因素,因此建筑物所有者应优先考虑达到净零运行碳。相反,在建造新建筑物时(建筑师的责任),仅考虑一种碳排放量会在真实环境中产生误导性的结果。例如,使用某些材料可能会产生较低的运行碳的输出,但在其整个生命周期中会产生较高的隐含碳,反之亦然。与隔热良好的建筑物相比,隔热性低且具有单层玻璃的建筑物通常具有较低的隐含碳,但会增加的运行碳。同样,虽然生产可再生能源的设备可以显着减少运行碳,但建筑师必须记住,此类设备的制造本身会留下碳足迹。由于存在这些潜在的矛盾,因此,在选择材料以优化能源效率并尽可能降低碳足迹的同时,新建筑或重大翻新的建筑师必须同时考虑两种类型的碳排放量。

    3.关注项目的早期阶段

    建筑脱碳的10种策略插图5 Courtesy of Embodied Carbon Review

    为此,建筑师应在新项目开始时立即进行严格的脱碳处理。当在项目的早期阶段考虑脱碳时,低碳设计,尤其是那些针对隐含碳的设计,既最有效,又最具成本效益[4]。一键式LCA的“隐含碳计算”详细概述了提高效率的原因。项目的早期阶段“锁定”了设计中许多部分的可能性,包括那些可能严重影响隐含碳排放的部分。建筑师以后可能无法进行节能改造,或者可能的范围将被严重缩短。例如,选择一个需要非常深厚基础的基地可以使项目的实际碳排放量增加一倍以上,但是建筑师以后无法修改此选择。随着时间的流逝,即使仍然可以更改元素,也几乎总是会导致更高的成本。因此,当务之急是,建筑师必须在设计过程中尽早分析减少隐含碳的可能性。

    4.利用轻质材料

    建筑脱碳的10种策略插图6 Courtesy of Saint Gobain

    建筑师可以实现这一目标的一种方法是使用轻质材料。在圣戈班进行的一项研究中显示,比较了巴西常用的两种内墙,他们发现较轻的重量系统带来了许多环境效益[5]。较轻的选择是Placo干墙系统,这是一种绝缘的金属螺柱干墙,可与140毫米水泥抹灰的传统墙系统进行比较。对于一平方米的隔墙,他们发现使用这种干式墙系统代替传统的墙将导致全球变暖潜力降低63%,一次能源使用降低49%,墙壁系统重量降低80%,淡水使用量减少了36%。同样,发现了一种名为FaçadeF4的轻质外墙系统,可将传统大型立面的CO2排放量减少一半。这些产品不仅证明了轻质墙体系统的有效性,而且为寻求环保解决方案的建筑师提供了切实可行的选择。

    建筑脱碳的10种策略插图7 Façade 4 / Isover. Image Courtesy of Saint Gobain

    5.考虑生物来源的材料

    同样,一些生物来源的材料(例如木材,大麻纤维和木纤维)在其使用阶段会存储碳,这意味着它们实际上会在处理材料和减少碳排放之前降低大气中的二氧化碳含量。这种品质使它们成为高效且可持续的材料。但是,考虑此选项的建筑师应该意识到,在新的EN15804-A2生命周期评估标准(在第8部分中讨论)中,必须将这种储存的碳(在植物生长过程中称为生物碳与隐含碳(采集,运输,安装,使用,寿命终止)分开计算。)。例如,由于与建筑工地的距离更大,生物来源材料的隐含碳可能高于传统材料,并且由于碳的吸收和最终再排放,生物碳本身在其整个生命期内的净排放为零。 因此,根据新的LCA标准,生物碳在整个生命周期中都被视为零碳排放,即不再被视为留下负碳足迹。

    建筑脱碳的10种策略插图8 Courtesy of Woodify

    6.承认室内元素是潜在的碳排放者

    设计师在规划的早期阶段犯的一个常见错误是,在计算含碳量时要考虑建筑物的核心和外壳,但会忘记潜在的重要内部装修,机械和技术设备。这些物体的使用寿命较短,并且可能在建筑物的使用寿命中被多次更换,因此其具体的碳排放量与该结构的任何其他部分一样重要。通过考虑这些重要的室内元素,计算出的隐含碳量才能完全准确。

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    建筑脱碳的10种策略插图9 Casa Lucciola Renovation / Rafael Schmid Architekten. Image © Rafael Schmid

    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采集和制造新材料的需求。如果可行,建筑师应尝试购买使用尽可能多的回收材料的产品,以减少隐含碳量。例如,在选择玻璃窗的玻璃时,使用碎玻璃制成的玻璃(可重复使用,因此是脱碳废玻璃),每使用10%的碎玻璃,就可以减少3%的能源消耗。同样,使用一吨碎玻璃可减少300千克的二氧化碳排放。因此,由碎玻璃制成的玻璃窗和其他可回收材料的示例应成为致力于脱碳的建筑师的重要考虑因素。

    建筑脱碳的10种策略插图10 Cabin Y / dmvA architects. Image © Bart Gosselin

    8.使用生命周期评估或第三方验证的EPD

    建筑师可以通过国际标准制定的生命周期评估(LCA)以及第三方验证的环境产品声明(EPD)中发布的结果来评估建筑物的碳排放量。这些是建筑产品和材料所含碳的唯一有效科学信息来源。 LCA是建筑全生命周期的分析技术,可以评估产品生命周期各个阶段的环境影响[6]。 EPD是经过独立验证和有注册的文件的,可在产品的整个生命周期内传达有关产品对环境的影响的“透明且可比较的”信息[7]。建筑师可以同时使用它们来确定和评估其设计项目的碳足迹。为了使评估产品的方式标准化,EPD和可从中进行的生命周期评估均受国际标准(例如欧洲标准)的监管。一个特别相关的示例是EN 15804,它为建筑产品和服务的环境声明提供了核心产品类别规则(PCR)。由于与建筑行业相关,因此EN 15804是建筑师尤其要了解和响应的重要标准。

    建筑脱碳的10种策略插图11 The Gates / Bloc Architects. Image © Chris Allan

    许多软件应用程序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。一个著名的例子是一键式LCA,它来自Revit,IFC(BIM),Excel,IESVE,能源模型(gbXML)和其他工具,以寻找可比的解决方案并提供可访问的EPD的相关材料。认真对待脱碳的建筑师应使用此工具或类似的应用程序,以确保尽可能低的碳输出。

    9.使建筑物进入循环经济

    与生命周期评估有关的是产品使用寿命后的处置或再利用。停止“获取,制造和浪费”模式来实现资源高效的循环经济,是实现更可持续的建筑业所必须采取的措施[8]。遵循循环经济准则的建筑物自然会在其生命周期内消耗更少的资源,因为它的设计宗旨是节约资源,适应性强并且持久。如上所述,在该建筑物内,大多数可循环利用成分增加的本构材料将减少碳足迹。重复使用的材料和产品也将排放较少的隐含碳。所有这些解决方案都是循环经济的例子,这表明循环经济对建筑的低碳化至关重要。在整个欧洲,建筑业约占所有获取材料的一半,占废物产生的三分之一[8]。因此,消除我们行业中通过重复利用和回收利用而造成的获取和废物的负面影响可能对结束全球变暖的全球努力产生巨大影响。

    建筑脱碳的10种策略插图12 Barn Rehabilitation in a House / G+F Arquitectos. Image © Joaquin Mosquera Casares

    10.支持全球倡议

    尽管所有这些策略都是极其重要的个人解决方案,但脱碳之路的成功必须是一项全球性的集体努力。企业可以通过支持全球和地方性举措(例如“净零碳建筑承诺”,全球建筑和建设联盟,碳领导论坛等)来帮助宣传和提高意识。

    建筑脱碳的10种策略插图13 2m26 Kyoto House / 2M26. Image © Soukousha (Yuya Maki)

    世界绿色建筑委员会(World Green Building Council)的2019年《隐含碳行动呼吁报告》详细列出了一项计划,到2030年所有新建筑将实现零运行碳和降低40%的隐含碳,到2050年所有新建筑和现有建筑物的实现零运行碳和零隐含碳[9] 。该计划是明确制定的,旨在帮助实现《巴黎协定》的计划,并使全球平均气温上升幅度大大低于2摄氏度。然而,随着新建筑的继续快速建造,这些目标仍然是有些遥不可及的,相当于每五天增加相当于巴黎面积的建筑面积,而2060年一半的建筑尚未建成[10]。为了使世界GBC计划和《巴黎协定》能够克服这些困难,建筑师必须团结一致以降低整个建筑行业的碳排放量。要全面地实现脱碳,隐含碳,运行碳,现有建筑物,新建筑物,循环经济,轻质或生物来源的材料,可循环利用等必须全部被充分考虑。鉴于上面列出的十个策略,我们希望尽自己的一份力量来提供帮助。

    翻译:韩丹

    参考文献

    • [1] The Net Zero Carbon Buildings Commitment
    • [2] Carbon Leadership Forum Resource Library
    • [3] Zero Carbon Buildings for All / WRI Ross Center for Sustainable Cities
    • [4] Embodied Carbon Review / Bionova (2018)
    • [5] Environmental Benefits of Drywall, compared to brick or block wall system / Placo - Saint Gobain
    • [6] Life Cycle Assessment / Science Direct
    • [7] What is an Environmental Product Declaration (EPD)? / EPD International AB
    • [8] Building Sustainability Performance - Level(s) / European Comission
    • [9] Bringing Embodied Carbon Upfront / The World Green Building Council (WorldGBC)
    • [10] Why Buildings? Our Key Messages / UN Environment Programme

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Lilly Cao

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