杜勇，肖忠明，張金山，唐千喻，潘美晨，王秀蘭

（1.中國建筑材料科學研究總院有限公司，北京 100024；2.清華大學，北京 100084）

0 引言

民用建筑的建設與運行維護所用土地、能耗、原材料、水及環(huán)保要求對我國長期踐行的生態(tài)環(huán)保行動有重大影響。研究民用建筑領域的節(jié)能減排，對于應對氣候變化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。建筑材料作為民用建筑的主體，其用量和對應能耗直接影響民用建筑的建造能耗；同時，建筑材料貫穿了民用建筑的整個壽命周期，影響著民用建筑各階段的能耗。對建筑材料全壽命周期的能耗進行準確統(tǒng)計比較困難：一是，建筑材料壽命和建筑壽命兩者相互糾纏在一起；二是，目前建筑材料和民用建筑統(tǒng)計口徑分屬于不同行業(yè)，難以相互協(xié)調。因此，民用建筑建材能耗評價指標體系的建立，不僅有利于掌握大宗建材的使用量，而且對于了解建筑工程能耗也至關重要。

本文在現(xiàn)階段研究基礎上，通過探討建筑材料能耗評價指標框架建立時應考慮的因素，對建筑材料能耗過程的界定進行了研究分析，概括了建筑材料能耗評價指標框架應包含的階段，并以民用建筑4類大宗建材為基礎，建立了建材生產和運輸過程的能耗評價指標框架。

1 民用建筑用材能耗標準體系的研究分析

1.1 建筑工程全生命周期的研究現(xiàn)狀

全生命周期分析（Life Cycle Analysis，LCA）是一種用于評價產品在其整個生命周期中（從原材料的獲取，產品的生產、使用、直至使用后的處置過程）對環(huán)境產生的影響的技術和方法[1]。

國內對建筑工程全生命周期能耗評價指標框架的研究有很多，基本結合我國建筑的實際特點，建筑工程全生命周期能耗評價指標框架包含了建材生產、建筑施工、建筑工程運行與維護、建筑拆除和固體廢物處置6個階段[2-5]。其全生命周期能耗評價指標框架如式（1）所示：

式中：El——建筑全生命周期能耗；

Ep——建材生產能耗；

Ec——建筑施工能耗；

Eu——建筑工程運行能耗；

Em——建筑工程維護能耗；

Ed——建筑工程拆除能耗；

Et——固體廢物處置能耗。

1.2 建筑材料能耗評價指標的研究現(xiàn)狀與分析

基于全生命周期，國內一些學者對建筑材料能耗評價指標框架進行了研究。馬麗萍等[6]通過建筑全生命能耗計算模型的分析，認為建筑材料對建筑物生命周期能耗的影響因素表現(xiàn)為多個方面，如建筑材料內含能、建筑材料的使用壽命、建筑材料的回收利用性能、建筑材料在建筑運行過程中的光學和熱學性能指標（如傳熱、采光、遮陽等）等；并指出從降低建筑生命周期能耗的角度出發(fā)，綠色建筑選用的建筑材料應在資源開采，原材料制造，產品生產、運輸、使用、維護以至廢棄最終處置的全生命周期中減少對自然資源和能源的消耗，降低對環(huán)境的不利影響，并實現(xiàn)可回收、可重復使用和可再生利用。張濤、龔志起等[7-8]認為，建筑材料物化階段的環(huán)境排放主要來源于原料獲取階段、生產工藝過程、運輸過程產生的直接環(huán)境排放和因使用能源而造成的能源生產的間接環(huán)境排放。王立平和龔光彩[9]提出了建筑全生命周期的界定：建材準備階段是指從原材料開采、運輸、加工直至最終形成建材產品的整個過程。

由上述文獻可知，對于建筑材料的能耗評價指標框架共同包括原材料開采、建筑材料生產、建筑材料應用、建筑材料處置和建筑材料的回收利用等幾部分。同時，在各階段中與建筑材料相關的指標包括：建材使用量、建材施工損耗率、建材單位產品內含能、建材的社會回收利用率、建材可回收部分回用于建筑業(yè)的比例、建材的使用壽命、建材的運輸距離、可回收建材的再生制造能耗等[6]。根據上述全生命周期的定義，建筑材料能耗評價指標涉及建筑工程全生命中的建材生產、建材使用、建材更換以及建筑拆除和固體廢物處置（建材使用后的處置）5個階段。

2 建筑材料能耗過程的界定

在整個民用建筑全生命周期中，基于當前數據可獲取性，建立建筑材料能耗評價指標框架時，應考慮如下因素。

2.1 建筑設計技術的發(fā)展

BIM技術是一種全新的技術，通過該技術可計算出建造時所需材料的大小及數量，從而提高材料的利用率，避免材料的浪費，減少材料的損耗率[10-14]，能更好地為綠色建筑設計提供高效的技術平臺。并且，隨著我國預拌混凝土、預拌砂漿的發(fā)展和普及，以及工程建設管理水平的提高，建造時的材料損耗已大大減小，因此建筑材料的損耗可以忽略。

2.2 建筑材料的再循環(huán)利用

GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標準》中規(guī)定了建筑材料的再循環(huán)利用，依據住宅建筑中可再利用和可再循環(huán)利用材料的用量比例進行評分，因此，建筑材料的再循環(huán)利用勢必會成為建筑材料壽命周期的一部分。陳雄等[15]利用全生命周期理論對建筑系統(tǒng)壽命周期內的物質體系和功能體系進行綜合評價與分析，指出保持建筑材料可持續(xù)利用和提高建筑資源綜合利用率是可持續(xù)建筑設計的必然選擇。

2.3 運輸能耗的增加

由于裝配式建筑能夠大幅提高建筑施工效率，因此頗受青睞，并呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展之勢[16]。但裝配式建筑將會導致終端建筑材料以制品、構件的形式出現(xiàn)，這一終端建筑材料生產方式的轉變，降低了建筑施工能耗，同預拌砂漿、混凝土產業(yè)一樣，這種生產供應方式相應地增加了建筑材料使用能耗和建筑材料運輸能耗?，F(xiàn)有預拌混凝土生產線不同階段的綜合能耗分別為14.49 MJ/m3[17]（從生產原材料進廠到產品出廠）和85.26 MJ/m3[18][從原材料進站（不包括原材料運輸能耗）到預拌混凝土的施工地點（不含泵送）]。從2個不同邊界條件的預拌混凝土生產能耗來看，在兩地預拌混凝土生產能耗相同的條件下，預拌混凝土的運輸能耗（從混凝土攪拌站到工地）是生產能耗的4.88倍，成為了預拌混凝土生產環(huán)節(jié)中主要的能源消耗點。

同時，我國加大了“大氣治理”在內的環(huán)境治理和國土資源治理工作，全國各地相繼出臺限制開采政策，這些變化在一定時期增大了建筑材料的運輸能耗和生產輔助能耗，因此應充分考慮運輸能耗。諶偲翔和黃曉明[19]的研究認為，因限制開采而導致原材料運輸距離增大，對應的氣體排放量占比也隨之發(fā)生改變：當運距小于20 km時，砂石運輸環(huán)節(jié)產生的氣體排放量在總排放量中占比較?。ǖ陀?0%）；當運距增大至35km時，占比增大至20%；當進一步考慮跨省運輸時，砂石運輸產生的氣體排放占比將高達57%[20]。根據《中國統(tǒng)計年鑒》的數據，我國公路的平均運輸距離從2007年的69 km以下躍升至2008年的171 km，2011年至2016年維持在180多km。

因此，在建筑材料能耗評價指標框架中，還要充分考慮大宗建筑材料的運輸環(huán)節(jié)。

2.4 原料的生產、運輸能耗占比與建材種類的關系

查閱建筑材料能耗限額標準，其統(tǒng)計邊界條件均不包含建筑材料原材料生產和運輸階段，僅以此為邊界進行的計算將會縮減建筑材料生產階段的周期和能源消耗。大多有關建筑全生命周期能耗的文獻僅提及建筑材料的原材料生產和運輸，少量文獻[8，10]給出了涉及建筑材料原材料生產階段的能耗數據。

水泥綜合能耗與現(xiàn)有生產線綜合能耗標準限額見表1，建筑材料綜合能耗與現(xiàn)有生產線綜合能耗標準限額見表2。

表1 水泥綜合能耗與現(xiàn)有生產線綜合能耗標準限額

表2 建筑材料綜合能耗與現(xiàn)有生產線綜合能耗標準限額

從表1、表2的能耗對比分析來看，文獻[10]給出的數據是準確的。雖然不同的建筑材料在原材料開采難度、開采量、原材料加工及運輸上存在差異，但有些建筑材料的生產能耗遠小于建筑材料從原材料生產直至完成的綜合能耗，如平板玻璃生產能耗僅占整個過程能耗的23.9%；鋁型材的生產能耗僅占整個過程能耗的32.6%；混凝土由于含有水泥、砂石的能耗，其整個過程的綜合能耗為混凝土生產能耗的196倍。因此，建筑材料的生產和運輸階段能耗在建筑材料生產能耗中占據相當高的比重，要充分考慮。

但根據水泥熟料生產主要原材料——石灰石的開采和運輸能耗調研結果，在原材料運輸距離相對較近的情況下，其開采、運輸能耗很低，以海螺集團平均值計，僅為0.044MJ/kg，遠低于鐵粉、石膏、混合材的運輸能耗。在GB29444—2012《煤炭井工開采企業(yè)單位產品能源消耗限額》中，對于新建煤礦的準入值為0.205MJ/kg，先進值為0.097MJ/kg。而煤炭的開采難度、成本遠高于鐵礦石、石灰石、高嶺土、砂石，因此可忽略原材料的開采能耗，只考慮原材料的加工和建材成品的運輸能耗。

2.5 上游能源消耗及其與建筑全生命周期的協(xié)調

建筑材料能耗統(tǒng)計邊界限定在建筑材料生產的直接（包括主機、輔助系統(tǒng)）能源消耗，并未延伸至所消耗能源的上游。一方面，在整個建筑全生命周期中，各階段都會消耗能源，同樣涉及上游能源消耗的問題。如引入上游能源消耗這一因素，將導致建筑全生命周期能耗的無限擴大。另一方面，建筑全生命周期的直接能源消耗已在側面反映了上游能源消耗的問題。

根據對建筑全生命周期和建筑材料全生命周期的研究分析，除了建筑運行階段外，兩者在其他階段相互重合或穿插，如建筑的施工階段和運行階段與建筑材料的使用階段，建筑的拆除和固廢處理階段與建筑材料的處理和回收利用階段。建筑材料生命周期雖是建筑全生命周期的重要組成部分，但也僅僅是一部分。為了便于建筑全生命周期能耗的統(tǒng)計、實現(xiàn)，應界定建筑材料的能耗過程包括如下階段：原材料的生產和運輸階段、建筑材料的生產和運輸階段、建筑材料的回收利用階段，而將建筑材料的應用、處理等階段歸入建筑全生命周期中的施工階段、維護運行階段、建筑拆除和固廢處理階段。

3 建筑材料能耗評價指標框架的建立

以民用建筑中陶瓷、玻璃、鋼材、水泥4類大宗建材為基礎，并根據建筑材料能耗過程的界定研究分析，重點考察建材的生產和運輸過程的能耗，并建立了建筑材料能耗評價指標框架，如圖1、圖2所示。不同種類建材的生產能耗由不同能源品種的消耗強度及產量構成，從而搭建了民用建材的總生產能耗組成關系。通過不同能源品種的每公里消耗及運輸里程，與不同建材種類構成了民用建筑建材運輸的能耗關系。

圖1 民用建筑大宗建材生產能耗指標框架

圖2 民用建筑大宗建材運輸能耗指標框架

4 結論

（1）在現(xiàn)階段研究基礎上，通過探討建筑材料能耗評價指標框架建立時應考慮的因素，以及為了便于建筑全生命周期能耗的統(tǒng)計、實現(xiàn)，將建筑材料的能耗過程界定為如下階段：原材料的生產和運輸階段、建筑材料的生產和運輸階段、建筑材料的回收利用階段，而將建筑材料的應用、處置等階段歸入建筑全生命周期中的施工階段、維護運行階段、建筑拆除和固廢處理階段。同時以民用建筑4類大宗建材為基礎，建立了建材生產和運輸過程的能耗評價指標框架。

（2）通過建立大宗建材能耗評價指標體系，不僅有利于掌握大宗建材的使用量，同時能夠更好界定建筑工程能耗情況，可為研究民用建筑領域的“四節(jié)一環(huán)?！贝髷祿脚_建設及其節(jié)能減排實施奠定基礎。