泡沫混凝土墙体全寿命期评价研究

2017-01-03 16:33肖作电
建筑建材装饰 2016年10期
关键词:能耗

肖作电

摘要:在有关产品全寿命期评价的理论基础上,通过使用eBalance软件,对泡沫混凝土墙体的全寿命期中各阶段进行分析研究。对泡沫混凝土墙体的生产阶段、施工阶段、维护和使用阶段、拆除回收和废弃物处理阶段,进行了建模与数据处理、特征化、归一化分析。从多角度对泡沫混凝土墙体的全寿命综合评价。

关键词:泡沫混凝土墙体;特征化;归一化;能耗

基金项目:国家科技支撑计划项目课题(2013BA|15803)。

引言

泡沫混凝土是一种新型建筑节能墙体材料,其具有轻质、利废、节能、隔音、保温、防火等性能,特别是其在生产制备过程中使用大量的工业废料、矿物废料最为原料,具有明显的环境效益。

建筑全寿命期评价是绿色建筑发展的客观要求,随着建筑行业节能减排工作的深入开展,对建筑尤其是量大面广的建筑节能墙体开展全寿命期评价已经成为工程领域的热点问题。按照全寿命期评价的基本理论和方法,开展建筑节能墙体的评价,不但能够定量分析研究节能墙体的能源资源消耗和环境影响,同时可以从环境保护角度出发为建筑节能墙体的技术方案选择提供科学依据。本文对泡沫混凝土节能墙体材料全寿命期评价开展研究,可供建筑节能墙体全寿命期评价研究参考借鉴。

1.全寿命期评价的概念

1.1全寿命期评价的定义

全寿命期,简称LCA(life cycle assessment)是一种用于评估与产品有关的环境因素及其潜在影响的技术,它研究贯穿资源开采、原材料生产、产品生产、产品使用、直至废弃、回收,生命全过程中的环境影响因素和潜在影响,是定量化的、系统的、开放的评价体系。目前LCA已成为资源和环境评价领域的重要工具。

1.2房屋建筑全寿命期评价研究动态

国内对全寿命期评价的研究体系建设相比欧盟起步稍晚,但近些年随着国内科研院所对全寿命期评价的逐步重视,也开展了一定的研究工作,

杨玉兰在对比分析清单列表法、建筑运行能耗计算和模拟的建筑节能评价、生命周期评价方法这三类方法。提出了关于建筑节能评价指标体系构建方法与运用。

王松庆将建筑物的生产阶段、建筑物的施工阶段、建筑物的使用维护阶段、建筑物的拆除阶段及建筑物的建筑废料回收、处理阶段等五个阶段作为建筑物的整个生命周期,通过大量试验和由有关数据的采集,通过归一化、特征化等方法,分别分析了这五个阶段的污染物排放及能源消耗,

魏小清以生长沙某建筑作为研究对象,在生命周期评价理论基础上,选择建立数学模型对生命周期内的能耗进行计算,量化分析生命周期各阶段的能耗量,以及运行阶段温室气体排放量。

2.泡沫混凝土墙体的全寿命期评价

泡沫混凝土墙体的全寿命期评价是根据泡沫混凝土墙体从生产、施工、使用、维护、拆除和维修等几个主要阶段进行数据采集分析。对生产过程中所用原材料的使用情况与清单,施工阶段的机械、人工、水电,使用过程中的能源消耗、维护阶段的维护费用,以及拆除回收阶段废物的回收级处理等主要数据认真采集。并对数据进行处理,得到泡沫混凝土墙体全寿命期内特征化、归一化和加权综合指标,并根据这些指标和清单对其进行评价和解释,主要步骤和内容有以下几个方面。

2.1目标和范围的定义

对于LCA评价研究来说,目标和范围的定义是整个评价的首要环节,只有确定了评价目标和范围,才能使得整个评价过程更加顺利,评价数据更加准确。由于目前国内外有具体关于这方面的评价标准,所以目标和范围的定义至关重要。对泡沫混凝土墙体进行全寿命期评价时,不能将目标和范围仅仅局限于某个阶段、某个过程或者某个材料上,而是应该评价和它有密切牵连的方方面面。

2.2清单分析和能源消耗

在泡沫混凝土墙体全寿命期评价研究中,清单分析和能源消耗是在数据收集的基础上通过一系列的系统研究分析与软件处理的基础上得出一份有效的输出与输入的数据清单。

泡沫混凝土墙体生产的主要原料为石灰、水、水泥、泡沫,此外掺加一些骨料、填料以及外加剂。常用的填料与骨料为:砂、陶粒、碎石屑、粉煤灰、膨胀聚苯乙烯、苯脱克细骨料、膨胀珍珠岩;通常采用的外加剂类似普通混凝土,如减水剂、缓凝剂、防水剂、促凝剂等。通过物理发泡或者化学发泡,将发泡剂通过机械设备制备成泡沫,再将泡沫加入到由水泥基胶凝材料、集料、掺合料、外加剂和水制成的料浆中,经混合搅拌、浇注成型、养护而成的保温板材,制备设备如图1所示,制作工艺流程如图2所示。

由于目前我国关于全寿命期评价的研究不太成熟,其中泡沫混凝土墙体生产中,各种基础材料的使用量是LCA评价的重要基础和关键,不同的生产清单可以得出不同的能耗,泡沫混凝土墙体材料配合比如表1所示。

泡沫混凝土墙体产品的能耗计算,需要将寿命期内的各个阶段综合起来计算。计算公式如式(1)所示。

F=F1+F2+F3+F4 (1)

式(1)中,F为整个寿命期内泡沫混凝土墙体的能耗;F1为生产阶段能耗;F2为施工阶段能耗;F3为维护以及使用阶段能耗F4为建筑物拆除以及废物回收和处理阶段能耗。泡沫混凝土墙体的能耗,不仅仅包含材料能耗、机械能耗和水电能耗,还包含所需材料的开采、运输以及上一级材料生产能耗。只有全面分析泡沫混凝土墙体的能耗,才能得到关于泡沫混凝土墙体全寿命期评价的数据。

2.3环境影响评价

环境影响评价清单是解释说明泡沫混凝土墙体全生命周期的重要数据,一般情况下主要考虑环境影响类型有不可再生资源消耗(ADP)、水体富营养化(EP)、温室效应(GWP)、酸化效应(AP)、人体健康损害(HTP)和光化学烟雾(POCP)等,如表2所示。

2.3.1特征化

利用eBalance软件对泡沫混凝土墙体全生命周期有关环境影响的因素进行特征化分析,将清单分析结果转化为统一单位的环境映像类型参数,如表3所示。

2.3.2归一化

归一化是一种无量纲处理方法,可使得物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系。

为了能够解释不同类别数据的相对比较性,特征化结果要经过归一化处理,如表4所示。

3.小结

本文在群全寿命期评价理论的基础上,对泡沫混凝土墙体进行了多层面的分析,建立了泡沫混凝土墙体全生命周期评价体系。通过对泡沫混凝土墙体的归一化,特征化分析,得出了较为重要的清单数据,为以后的节能墙体评价提供了数据。

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