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基于 LCA 研究建筑保温的节能减排效益 ＊ 马明珠 张 旭 同济大学暖通空调及燃气研究所, 上海 200092 摘要 建筑保温是建筑节能重要途径之一, 利用生命周期评价方法对某一办公建筑保温进行生命周期节能减排效益 研究和生命周期成本评估, 结果表明, 保温后节能4 379. 94 MJ m2, 大气污染物 CO2、SO2、NOX、CO、CH4、PM10分别减排 367. 749、3. 424、2. 238、0. 534、2. 762、7. 152 kg m2, 具有良好的节能减排效益, 生命周期成本减少了 294 . 48 元 m2, 具有良 好的经济性。 关键词 生命周期评价 建筑保温 节能减排 0 引言 近年来,建筑节能环保受到高度重视,提出了“生 态建筑”的理念 ,强调在建筑全生命周期内,降低资源 和能源消耗,减少废弃物生产和对环境破坏。建筑是 耗能大户, 建筑中采暖 、空调等用能设备消耗大量能 源,建材生产也消耗大量能源, 根据清华大学江亿院 士研究结果, 2003 年我国建筑运行能耗占全国总能 耗的 20,建筑总能耗 包括建筑运行能耗、建材生 产能耗等 占全国总能耗的 45. 7 [ 1] , 建筑节能对全 国节能具有重要意义 ,而建筑保温是建筑节能重要途 径之一。 生命周期评价 LCA 是一种评价产品 或者服 务 系统整个生命周期潜在环境影响的分析工具。国 际标准化组织 ISO 将 LCA 的技术框架设定为 目的 与范围的界定 、 清单分析 、影响评价以及解释 4 个相 互关联的阶段。本研究以 ISO 技术框架为基础,结合 具体案例重点阐述目的与范围界定和清单分析两个 阶段 。 1 目的与范围的界定 1. 1 研究对象及目的 该建筑为一幢四层办公建筑 , 为框架剪力墙结 构,外墙为 200 mm 厚钢筋混凝 土剪力墙, 屋面为 60 mm厚钢筋混凝土屋面板和100 mm厚加气混凝土 砌块, 总建筑面积1 859 m 2 , 建筑设计使用寿命 50 年。 根据公共建筑节能设计标准 GB50189-2005 规定, 上 海 市 属 于 夏 热 冬 冷 地 区, 外 墙 传 热 系 数≤ 1. 0 W m 2℃ , 屋面传热系数≤ 0. 7 W m 2℃ , 外窗传热系 数 ≤3. 5 W m2℃ 。 该建筑采用30 mm厚度模塑聚苯乙烯泡沫塑料 EPS 保温后 ,才能满足节能标准要求 ,窗户为3 mm普通玻 璃双层铝合金窗 , 保温前后围护结构传热系数见 表1。 从生命周期角度 ,对该办公建筑外墙和屋面聚 苯板保温进行生命周期节能减排效益研究和生命周 期成本评估 。 表 1 围护结构传热系数及冷量、热量、电量计算 保温厚度 mm 外墙 Wm-2℃- 1 屋面 Wm- 2℃- 1 外窗 Wm- 2℃- 1 冷量 kJm- 2a- 1 热量 kJm- 2a - 1 电量 kJm- 2a- 1 03 . 0451. 2943. 010462 442. 555143 950. 834198 175. 367 300 . 9270. 6573. 010432 830. 86696 181. 552173 285. 671 ＊国家自然科学基金资助项目 50578113 1. 2 范围界定 围护结构传热系数不同使得建筑运行阶段空调 冷热源能耗不同, 考察建材生产和建筑运行两个阶 段。考虑到保温前后围护结构构造上的异同 ,建材生 产阶段只考虑差异部分聚苯板 ,建筑运行阶段只考虑 空调冷热源 ,每个阶段消耗的能源都要经过开采、生 产、 运输、 使用等环节 ,每个环节都消耗化石能源和排 放大气污染物, 系统研究边界见图 1。 2 清单分析 清单分析是对所研究产品系统整个生命周期中 输入和输出进行汇编和量化的阶段 ,清单分析要确定 清单分析参数和功能单位和收集数据进行清单计算, 清单分析参数考虑化石能源、 CO2、 SO2、 NOX、 CO、 CH4、 88 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 PM10,功能单位以每1 m 2 建筑面积消耗的化石能源 MJ m 2 、 大气污染物排放 kg m2 作为保温前后计量 输入与输出的基准。 图 1 系统边界 建材生产阶段 ,保温前建材生产阶段省略不计, 保温采用30 mm厚 、密度20 g m 3 的 EPS , 材料耗量为 846. 156 kg。 从生命周期角度 ,EPS 生产要经过原油开 采、 蒸馏、脱硫、脱氢 、 脱氮 、 乙烯生产、 苯生产 、 苯乙烯 生产 、 EPS 原料制备 、 预发 、 熟化、成型 、 烘干和切割等 工艺过程, 每个环节都消耗化石能源和排放大气污 染物 [ 2] 。 建筑运行阶段, 该办公建筑夏季设计室内温度为 26 ℃, 相对湿度 60; 冬季设计温度20 ℃, 相对湿度 50。空调使用时间8 0018 00, 空调冷热源选择 土壤源热泵,建筑使用寿命 50 年 ,保温前后建筑年供 冷量 、 供热量、 年耗电量利用 BIN 法计算 [ 3] ,参考上海 市BIN 参数,计算结果见表 1。冷热源消耗的电力是 二次能源, 从生命周期角度, 需要经过一次能源 原 煤、 油 、 天然气 开采 、生产、运输、电力生产 火力发 电、 水电、 核电等 、电力运输、电力使用等工艺流程, 每个环节都消耗化石能源和排放大气污染物 [ 4] 。保 温前后生命周期清单计算结果见表 2。 表 2 生命周期清单计算结果 参数 保 温 厚 度 mm 300 建材生产建筑运行生命周期生命周期 化石能源消耗 MJ m- 2 113. 31931 283. 159 31 396 . 478 35 776. 413 CO2 kgm- 23. 8032 586. 8322 590 . 6342 958. 383 SO2 kgm- 20. 01223. 91723 . 92927. 352 NOX kgm- 20. 00515. 61515 . 62017. 858 CO kgm- 20. 0033. 7383 . 7414. 275 CH4 kgm- 20. 00519. 26819 . 27322. 035 PM10 kgm- 20. 01349. 88649 . 89957. 051 3 生命周期成本评估 产品的生命周期成本是在产品生命周期各个阶 段发生的内部成本和外部成本的总和,产品内部成本 是产品的受益者所支付的成本 , 一般是显性的、货币 化的成本。外部成本是实际发生而并非由产品的受 益者所支付的成本, 环境损害成本是其主要组成部 分。生命周期内部成本主要考虑建材生产阶段聚苯 板的费用、建筑运行阶段空调冷热源的电费 ,外部成 本考虑生命周期内的环境成本, 30 mm厚聚苯板单价 为69 元 m 2[ 5] , 电力单价为 0. 88 元 kWh , 单位质 量大气污染物的环境成本计算结果见表 3。 [ 6] 表 3 生命周期成本计算结果元 m2 保温厚度 mm EPS 板 单价 电费环境成本合计 3052. 342 117. 94319 . 742 490. 02 002 422. 14365 . 362 787. 50 4 结论 从 表2中 可 以 看 出 保 温 后 节 能 4 379. 935MJ m 2 , 大 气污 染物 CO2、SO2、NOX、CO、 CH4、PM10分别 减 排 367. 749、3. 424、2. 238、0. 534、 2. 762、 7. 152 kg m 2 , 具有良好的节能减排效益 。从 表3 中可以看出保温后 ,虽然内部成本增加了 EPS 板 费用 ,但是运行电费减少了,使得内部成本减少,同时 由于保温后大气污染物排放量减少使得环境成本减 少了, 最终生命周期成本减少, 保温后生命周期成本 减少了294. 48元 m 2 , 具有良好的经济性。 参考文献 [ 1] 李兆坚, 江亿.我国广义建筑能耗状况的分析与思考. 建筑学 报, 2006 7 30 -33 [ 2] Zabaniotou A , Kassidi E.Life cycle assessment applied toegg packaging made from polystyrene and recycled paper.Journal of Cleaner Production, 2003 11 549 -559 [ 3] 龙惟定. 用 BIN 参数作建筑物能耗分析. 暖通空调, 1992 2 6 -10 [ 4] 狄向华, 聂祚仁, 左铁镛. 中国火力发电燃料消耗的生命周期 排放清单. 中国环境科学,2005, 25 5 632 -635 [ 5] 郭晓飞, 郭春明. 聚氨酯与聚苯保温系统比较. 墙体革新与建 筑节能, 2006 12 33 -35 [ 6] 束庆. 公交车能源供应及动力系统生命周期评价. 上海 同济 大学出版社, 2004 101 -106 作者通信处 马明珠 201800 上海市曹安公路 4800 号 同济大学 嘉定校区 12号公寓 323 室 电话 021 69589105 E -mail mamingzhu19830508yahoo . com. cn 2007- 08-06 收稿 89 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 the life cycle assessment in the steel industry is expatiated and analyzed in detail.Finally the future of the life cycle assessment in the steel industry is estimated. Keywords life cycle assessment, steel industry and eco -product ANALYSIS OF LEVEL -CONTRASTING TEST OF GRADEOBSERVATIONAPPARATUS DURING ENVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENTG ong Qiang Yuan Guoen Zhang Yunqiu et al 85 Abstract Apparatus level -contrasting test is a important stepof insuring observation veracity before developing grads observation. However, towhich much less attention is paid.Taking level -contrasting test of wind and temperature grads observation apparatus at 102 meters high meteorological tower during the process of environmental impact assessment of Liaoning s Hongyanhe Nuclear Power Plant as an example, it is introduced that how to operate apparatus level -contrasting test and how to apply the testing results during the seedtime of grade observation. Keywords level -contrasting test, gradient observation and testing results application STUDY ON THE BENEFITS OF ENERGY CONSERVATION AND EMISSION REDUCTION BASED ONLIFE CYCLE ASSESSMENTMa Mingzhu Zhang Xu 88 Abstract Building insulation is one of important means of building energy conservation, life cycle assessment LCAis used to study the life cycle benefits of energy conservation and emission reduction and cost of building insulation using EPS as thermal insulation material, the results show that the amount of energy conservation is 4 379. 935 MJ m2, the amount of emission reduction of CO2, SO2, NOX, CO , CH4and PM10are 367. 749, 3. 424, 2. 238, 0. 534, 2. 762 and 7. 152 kg m2, the amount of life cycle cost reduction is 294. 48Yuan m2, building insulation has very good benefits of energy conservation and emission reduction and economic benefits. Keywords LCA, building insulation and energy conservation emission reduction THEPROBLEMSOFDONGYANGWASTEWATERTREATMENTPLANTAND COUNTMEASURESYan Bing 90 Abstract This paper discusses the serious problem of the influentwater quality that exceeds the limited standards of Dongyang Wastewater Treatment Plant, and it analyses low wastewater collection rate and industrial wastewater discharged into the urban wastewater collected pipeline withoutmeeting the standards.It proposes the measures such as strictly prohibit industrial wastewater discharged into the urban wastewater collected pipeline without meeting the standards and improve urban wastewater collection pipelines aswell as adding advanced treatment facilities, and provides the advancedwastewater treatment design plan of Dongyang Wastewater Treatment Plant. Keywords wastewater disposal, CAST process and countmeasure PROCESS IMPROVEMENT ON TREATING WASTEWATER OF MEDIUM DENSITY FIBER BOARDZou Changwu Yang Yuncheng Yang Yongzhi 92 Abstract According to the problems coming forth from the processfor treating medium density fiber board wastewater in a plantation timber products group, the processwas improved by substituting air flotationwith coagulation and hydrolysis with ABR. After that, the improved process can treat the wastewater effectively and steadily and the quality of effluent can meet the class A of “ Integrated Wastewater Discharge Standard” GB8978 -1996. Keywords medium density fiber board wastewater, coagulation and ABR STUDY ON CORRELATION BETWEEN DEHYDROGENASE ACTIVITY AND POLLUTANT REMOVAL IN CONSTRUCTED WETLANDJingYuming Zhang Jian Zhang Chenglu et al 95 Abstract Substrate dehydrogenase activity in constructed wetland and its correlation with pollutant removal were studied.The results indicate that significant differences existed insubstrate dehydrogenase activity seasonally, dehydrogenase activity reachedthe highest value of 3. 43 μ L dgin June and the least value of 0. 78 μ L dgbetween January and March.There were a notable linear correlation between dehydrogenase activity and COD removal loading in wastewater, and an important exponential correlation between dehydrogenase activity and ammonia nitrogen removal loading .Substrate dehydrogenase activity in typha angustifolia constructed wetland was much higher than that in phragmites communis constructed wetland. Keywords constructed wetland, dehydrogenase and pollutant removal Manager China Iron and Steel Association SponsorCentral Research Institute of Building and Construction of MCC Group PublisherIndustrial Construction Magazine Agency EditorThe Editorial Department of Environmental Engineering 33,Xitucheng Road,Haidian District, Beijing 100088, China Telephone 01082227638 82227678 Chief EditorBai Yun Vice Chief EditorShen Guiqiu Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O . Box 399, Beijing China China Standard Serial Numbering ISSN1000-8942 CN11-2097 X E -mailhjgcpublic . yj. cn. net hjgctg 163. com http www. hjgc . com. cn http www. hjgc . net . cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 1,Feb. , 2008