原創(chuàng)零碳達(dá)人立青綠建節(jié)能方向標(biāo)2022-06-16 07:30發(fā)表于北京

持續(xù)分享國內(nèi)外關(guān)于零能耗與零碳建筑相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)等

公眾號

SWA 的外圍護(hù)節(jié)能小組敏銳地意識到，保溫是最重要的單一材料選擇，以最大限度地提高外圍護(hù)在其使用壽命期間的熱阻。我們建筑行業(yè)的許多人認(rèn)為，結(jié)合良好的連續(xù)空氣密封，最高的熱阻值可以打造最環(huán)保的外圍護(hù)，有助于減少結(jié)構(gòu)的碳足跡和應(yīng)對氣候變化。因此，令人驚訝的是，一些最常用的保溫材料制造及安裝的碳含量如此之高，以至于幾十年來它們消除了它們本應(yīng)提供的碳能源節(jié)約。以下詳細(xì)討論了這種情況的發(fā)生方式和原因，以及行業(yè)正在采取哪些措施來改變這種情況。

建筑環(huán)境在氣候圖景中顯得尤為重要，因?yàn)槊磕赀M(jìn)入地球大氣的碳總量中，近40%都來自建筑。在過去 30 年的綠色建筑中，我們主要關(guān)注運(yùn)行碳排放——建筑物在使用過程中排放的碳。直到最近我們才開始關(guān)注隱含碳– 用于建造建筑物的碳，通常遠(yuǎn)高于建筑運(yùn)行前幾十年所節(jié)省的能源。能源法規(guī)的變化針對的是運(yùn)營碳，即使是那些一直處于促進(jìn)可持續(xù)建筑 [LEED, PH] 前沿的組織和標(biāo)準(zhǔn)也沒有量化或限制隱含碳，盡管它們引起了人們的關(guān)注。

假設(shè)一座建筑物存在數(shù)十年甚至數(shù)百年，其運(yùn)行碳將在其生命周期內(nèi)超過其隱含碳，因此在計(jì)算建筑物的碳生命周期評估 (LCA) 時(shí)，運(yùn)行碳節(jié)省將比隱含碳更重要從長遠(yuǎn)來看已保存/花費(fèi)。為什么隱含碳應(yīng)該與運(yùn)行碳同等重要？由于全球建筑物的總碳排放量，28%與隱含碳掛鉤。我國建筑領(lǐng)域的碳排放，建材生產(chǎn)制造的碳排放占據(jù)社會(huì)總排放的22%以上，跟運(yùn)行碳排放不相上下。這已經(jīng)是一個(gè)很大的百分比，但是當(dāng)您考慮近期，即建筑物生命的前 30 年時(shí)，該百分比會(huì)躍升至 50% 左右。實(shí)際上，每座新建筑在建成時(shí)都會(huì)產(chǎn)生碳債，因?yàn)榻ㄔ焖鼤r(shí)會(huì)排放大量碳（所有建筑材料，鋼筋，水泥，鋁合金，玻璃等）。為了讓氣候受益于隔熱和密封的外殼和高效能源系統(tǒng)，建筑物需要持續(xù)和使用很長時(shí)間。問題是我們可能沒有 30 年，更不用說 60 年來償還碳債務(wù)了。

在建筑物使用壽命的前 30 年中，其總碳排放量的 50% 仍然是隱含碳

關(guān)于由于空氣中的碳含量而導(dǎo)致的全球氣溫上升何時(shí)可能達(dá)到臨界點(diǎn)并引發(fā)一系列具有災(zāi)難性后果的級聯(lián)氣候事件，有不同的預(yù)測。大多數(shù)預(yù)測是在相對近期的——10-30 年。這意味著我們再也負(fù)擔(dān)不起讓我們在未來幾十年還清碳債務(wù)的選擇。大氣中的碳含量現(xiàn)在接近 410 ppm。根據(jù)彭博社碳時(shí)鐘，20 年后可能達(dá)到 450 ppm，即預(yù)測的觸發(fā)水平。這些是絕對數(shù)字，所以我們現(xiàn)在排放到空氣中的每一點(diǎn)碳都很重要。

空氣中的碳含量（ppm）：左邊是 1960 年的碳含量，大致是過去 12,000 年的水平。右邊是目前的碳水平

體現(xiàn)和操作的碳——陰和陽的表現(xiàn)

我們并不是建議我們現(xiàn)在應(yīng)該將重點(diǎn)從減少運(yùn)營碳轉(zhuǎn)移到主要（或完全）關(guān)注隱含碳。相反，運(yùn)營碳排放量越低，碳債務(wù)償還的速度就越快。因此，隔熱對于建筑物償還債務(wù)的能力至關(guān)重要。相反，建筑物的隱含碳越低，其運(yùn)營效率就越高。這兩個(gè)價(jià)值觀是密不可分的。當(dāng)設(shè)計(jì)試圖最大限度地減少這兩種排放時(shí)，由此產(chǎn)生的建筑物可以從根本上減少碳排放，有助于減少大氣中的碳，從而使我們遠(yuǎn)離臨界點(diǎn)。

隔熱的主要目的是提供通過建筑物外圍護(hù)的熱傳遞阻力，通常量化為 R 值。R值越高，保溫性能越好。除了建筑物主要是玻璃幕墻的情況外，保溫層是任何外圍護(hù)表面（地板、墻壁和屋頂）潛在 R 值的主要決定因素。市場上的保溫材料太多了，這里就不一一討論了。關(guān)于紐約地區(qū)的商業(yè)建筑，總體上常用的材料有以下三種：

（1）泡沫塑料，噴涂或板狀，膨脹或擠壓；

（2）板狀、絮狀或噴涂形式的礦物纖維；

（3）有機(jī)纖維，絮狀或噴涂形式

想得到最高的 R 值（5 或 6.5/英寸）與塑料泡沫有關(guān)。礦物纖維的最大值往往為每英寸 R4，而有機(jī)纖維則在 R3 范圍內(nèi)。在所有其他條件相同的情況下，您希望每英寸擁有最高的 R 值，但這并不是那么簡單。即使不考慮隱含碳，也必須考慮許多其他因素。備注，國外已經(jīng)把衡量圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的參數(shù)用R表示，我們一般用傳熱系數(shù)。

事實(shí)證明，提供最高 R 值的兩種塑料泡沫——閉孔聚氨酯噴涂（SPF-HFC 型）和擠塑聚苯板（XPS）——也具有最高的隱含碳；不是一點(diǎn)點(diǎn)，而是幾個(gè)數(shù)量級。這是因?yàn)樗鼈兌际怯脷浞鸁N (HFC) 發(fā)泡劑制成的，該發(fā)泡劑的全球變暖潛勢 (GWP) 是二氧化碳的 1000 倍以上。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn) HFC 吹制 XPS 或 SPF 的運(yùn)營碳節(jié)省來償還其制造和安裝所產(chǎn)生的排放所需的時(shí)間可能在 40 到 60 多年之間，具體取決于 R10 和 R25 之間提供的總 R 值。如果保溫需要這么長時(shí)間才能收回成本，那么它就不會(huì)開始為任何其他隱含的碳買單。在商業(yè)建筑中，保溫材料通常只占建筑隱含碳的一小部分——低至 5-10%。這意味著大約 90% 的建筑物至少要在運(yùn)行 40 或 50 年后才能開始實(shí)現(xiàn)隔熱碳減排。

除 HFC 吹制 XPS 和 SPF 外，外推常見保溫材料的隱含碳能量回收期

相比之下，同一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，對于相同的 R 值，任何其他類型的保溫材料（包括使用 HFC 以外的試劑吹制的塑料）的投資回收期在 1 到 4 年之間。僅從隱含碳的角度來看，很難不得出結(jié)論，HFC 吹塑塑料應(yīng)該被淘汰并盡快退出市場。但是 SPF 和 XPS 絕緣材料無處不在，而且不僅是它們的高熱性能使它們?nèi)绱耸軞g迎。我們已經(jīng)變得依賴 SPF 和 XPS，因?yàn)樗鼈兂颂峁└?R 值之外還可以做很多事情。

出于所有實(shí)際目的，XPS 板是防水的并用作蒸汽屏障。如果用膠帶和密封，這些板是一個(gè)空氣屏障。因此，這種保溫類型可以代替墻壁組件中的蒸汽屏障或空氣屏障。而且，具有從 25 psf 到 100 psf 的各種抗壓強(qiáng)度水平，它也具有真正的結(jié)構(gòu)價(jià)值。XPS板通常用作膜的保護(hù)板，并且由于其長期承受靜水壓力的能力，因此是基礎(chǔ)防水的首選保溫材料。此外，它尺寸穩(wěn)定，具有良好的長期 R 值保持性。

閉孔 聚氨酯SPF 同樣具有高度防水性，但與 XPS（在靜水壓力下）的程度不同。而且，閉孔 SPF 是一種更好的空氣屏障，因?yàn)樽鳛橐环N噴涂材料，它符合各種不規(guī)則性并且是無縫的。當(dāng)安裝厚度至少為 1.5 英寸時(shí)，它也是 I 類蒸汽緩凝劑。噴涂在 SPF 上時(shí)會(huì)變得非常堅(jiān)硬，如果需要，它可以在某些墻壁系統(tǒng)中提供結(jié)構(gòu)剛度。與 XPS 類似，它具有尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

除 HFC 吹制 XPS 和 SPF 外，外推常見保溫材料的隱含碳能量回收期

任何其他保溫材料，即使是非 HFC 吹塑塑料，都不能完全復(fù)制 HFC 吹塑 SPF 和 XPS 的所有特性。塑料泡沫通常是高度易燃的，并不是最適合每種應(yīng)用，但我們?nèi)绾尾拍軓浹a(bǔ)使我們?nèi)绱藦V泛依賴它們的有益品質(zhì)組合的損失呢？如果我們不使用這些保溫材料，我們?nèi)绾尾拍軓浹a(bǔ)使我們依賴它們的有益品質(zhì)的損失？

部分答案來自新材料的開發(fā)。在過去十年中，霍尼韋爾在歐洲開發(fā)了一種新型發(fā)泡劑，即氫氟烯烴 (HFO)，它聲稱其全球變暖潛勢 (GWP) 小于 1，低于二氧化碳。首先在歐洲，現(xiàn)在在美國，Demilec 和 Carlisle 等制造商正在向市場推出使用這種發(fā)泡劑的閉孔聚氨酯噴涂泡沫，而不是 GWP 超過 1,000 的 HFC。這些噴涂泡沫的 R 值比它們的高碳前輩稍好，并且具有使它們在多種環(huán)境中有用的相同品質(zhì)——空氣/蒸汽阻隔能力、對不規(guī)則性和滲透的順應(yīng)性等。但是，它們也有許多相同的缺點(diǎn) - 高可燃性，

大豆基塑料噴霧泡沫，包括開孔和閉孔，最近已被開發(fā)為 HFC 聚氨酯泡沫的低碳、低毒性替代品。這些是水吹的（GWP=0），制造商聲稱它們不會(huì)排放氣體，因?yàn)樗鼈儾话蛩?甲醛。然而，大豆泡沫仍然是用聚氨酯作為粘合劑制成的，并且可以高達(dá) 85% 的聚氨酯，因此最終它們?nèi)匀皇且环N具有碳足跡和可燃性的石油產(chǎn)品。閉孔版本具有充當(dāng)空氣/蒸汽屏障的優(yōu)勢，但它們的 R 值（~R5 與 R6.7-6.9 相比）明顯低于 HFO/HFC 發(fā)泡聚氨酯泡沫。由于這個(gè)原因和整體可擴(kuò)展性，這些泡沫的制造商在住宅/單戶市場競爭，而不是城市高層市場。

已經(jīng)在市場上銷售了幾十年的幾種膨脹塑料保溫材料是用低或零 GWP 試劑吹制的。例如，發(fā)泡聚苯乙烯 (EPS) 板 (R3.9/英寸) 和聚異氰脲酸酯泡沫板 (R6/英寸) 用戊烷 (GWP 7) 吹制。箔面或真空包裝已與這些（以及礦物和玻璃纖維保溫）一起使用，以提供蒸汽屏障。然而，到目前為止，還沒有任何東西可以復(fù)制 HFC 吹制 XPS 絕緣板的有益品質(zhì)組合，特別是對于路基應(yīng)用。是否有可能開發(fā)出 XPS 板的 HFO 吹制版本？礦物或有機(jī)纖維板材料能否以與 XPS 一樣有效的方式進(jìn)行包裹或處理，特別是在路基應(yīng)用中？

礦物纖維（羊毛）有板狀、絮狀和可噴涂形式，已成為紐約市及其他地區(qū)具有可持續(xù)發(fā)展意識的商業(yè)建筑的常見選擇。除了可維修的 R-4 外，這些產(chǎn)品還具有耐火性，以至于它們通常用作所需的防火組件的一部分。礦棉板可以達(dá)到與 XPS 板相同的抗壓強(qiáng)度，并且不受水的影響（它們不會(huì)塌陷或失去 R 值），因此它們可以成功地用于類似的應(yīng)用，最重要的是在其上形成厚的連續(xù)保溫層建筑結(jié)構(gòu)的外部（覆層或灰泥下方）。然而，與 SPF 和 XPS 不同，礦物纖維保溫材料不是空氣或蒸汽屏障。

玻璃纖維氈，不久前在商業(yè)和住宅應(yīng)用中無處不在的無機(jī)纖維保溫材料，隨著可持續(xù)性和更嚴(yán)格的規(guī)范要求越來越多地推動(dòng)保溫材料的選擇而變得不那么有吸引力。玻璃纖維氈的較低 R- 3.3 加上它對水或濕氣的脆弱性，使礦物纖維氈成為更好的隔熱選擇。一般而言，氈變得越來越?jīng)]用，因?yàn)樗鼈冊趦?nèi)部螺柱框架空腔中的預(yù)期用途現(xiàn)在被認(rèn)為是一種非常低效的材料使用。特別是在金屬框架中，棉絮保溫最多只能獲得其標(biāo)稱 R 值的 40%，并且易于促進(jìn)每個(gè)螺柱腔邊緣周圍的內(nèi)部對流。這不是對隱含碳或運(yùn)營碳的負(fù)責(zé)任或可持續(xù)使用。

礦物纖維是由巖石制成的，而玻璃纖維是基于二氧化硅的——因此兩者的制造都是能源密集型的，并且需要從地下清除材料。因此，它們可能具有很高的隱含碳成本，在使用它們時(shí)也必須權(quán)衡。

基于有機(jī)纖維的保溫材料（木材、大麻、稻草）更容易擴(kuò)展并用于單戶和小型商業(yè)或住宅建筑，盡管正在進(jìn)行的研究和潛力都非常出色。有機(jī)纖維背后的埃爾多拉多認(rèn)為，通過負(fù)責(zé)任地管理林業(yè)或作物生長以及低化石燃料或無化石燃料燃燒的加工和運(yùn)輸，這些材料中的許多可能是碳負(fù)的在建筑中，這意味著它們最終將導(dǎo)致從大氣中去除碳（封存）。有充分的理由盡可能大力地追求這條發(fā)展路線，但復(fù)雜的一系列因素使得有機(jī)物還不容易適用于許多商業(yè)城市建設(shè)。由回收/再利用材料（如消費(fèi)后纖維素、牛仔布和塑料）開發(fā)的保溫材料也屬于這一類。

有很多選擇，但除了碳足跡和 R 值外，設(shè)計(jì)師還必須了解各種保溫質(zhì)量的關(guān)鍵影響。例如，如果不考慮空氣屏障和水屏障的有效性，就有可能發(fā)生災(zāi)難，主要表現(xiàn)為冷凝和隨之而來的霉菌生長，但也有其他方式。在 SWA 的外殼團(tuán)隊(duì)中，我們的主要任務(wù)之一是了解圍繞保溫（或任何材料）選擇的所有因素之間的復(fù)雜相互作用，并就某些選擇的隱患和最佳選擇向建筑師和業(yè)主提供建議。健康）狀況。

碳足跡分析（LCA 的一個(gè)子集）考慮了與建筑物或材料從搖籃到墳?zāi)梗椿厥栈蛱幹命c(diǎn)）相關(guān)的所有碳排放（排放到大氣中的溫室氣體），包括體現(xiàn)和運(yùn)營碳排放?，F(xiàn)在有越來越多的公司專門從事這類分析，建筑行業(yè)專業(yè)人士、政府官員、業(yè)主和制造商越來越多地使用這種分析。此外，隨著 LCA 和碳足跡所基于的概念和事實(shí)越來越熟悉，建筑專業(yè)人士現(xiàn)在可以利用已開發(fā)的幾種計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序來評估和比較建筑材料和工藝的碳價(jià)值。例如 Athena、LCA One-click、Tally、以及最近的 EC3。我們的建筑很復(fù)雜，它們背后的數(shù)學(xué)也很復(fù)雜。全面了解什么是熱點(diǎn)，什么不是，關(guān)系和比例，將使我們能夠在設(shè)計(jì)概念、初始階段以及整個(gè)設(shè)計(jì)和施工過程中做出更好的決策，這將最終影響氣候變化的進(jìn)程。

每當(dāng)我們建造新產(chǎn)品時(shí)，我們都有機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)任何組件并從各種材料中進(jìn)行選擇。如果我們決定某些材料不再是可接受的選擇，我們還有其他選擇。通過深思熟慮的設(shè)計(jì)，我們可以從新建筑中消除 HFC 吹制的 XPS 和 SPF。絕緣是（正在融化的）冰山一角；然而，新建筑的結(jié)構(gòu)和覆層約占其隱含碳的 80%。

從更大的角度來看，大多數(shù)新建筑——甚至是運(yùn)營中的凈零建筑——都會(huì)產(chǎn)生巨大的碳債務(wù)，直接增加了開燈前大氣中的碳負(fù)荷。而且，如果現(xiàn)有建筑物被毀以為新建筑物讓路，則情況會(huì)更加復(fù)雜。因此，人們越來越意識到和接受已經(jīng)存在的建筑是最環(huán)保的建筑，這在十年前由國家歷史保護(hù)信托基金的綠色實(shí)驗(yàn)室發(fā)表的開創(chuàng)性研究充分證明了這一點(diǎn)。從 LCA/隱含碳的角度來看，合乎邏輯的結(jié)論是，現(xiàn)有建筑物的保護(hù)和再利用應(yīng)優(yōu)先于新建筑。

由于舊建筑的隱含碳債務(wù)已經(jīng)償還或償還，舊建筑代表了無與倫比的碳減排機(jī)會(huì)，特別是如果它們經(jīng)過改造以降低其運(yùn)營碳，因此 HFC 吹制的 XPS 絕緣材料可能仍會(huì)發(fā)揮作用產(chǎn)品。此類產(chǎn)品可能是特定條件下的最佳解決方案，因?yàn)檫@些絕緣材料獨(dú)特地結(jié)合了熱、水分和空氣管理優(yōu)勢。那么，不拆除建筑物和不建造新建筑物所節(jié)省的費(fèi)用可能會(huì)抵消絕緣材料本身相對較小的碳消耗。用于量化隱含碳的新的和改進(jìn)的工具將增加我們對隱含碳和決策過程的理解。

我們能做到！

人們很容易被氣候變化的巨大性和我們賴以生存的操作的復(fù)雜性所淹沒，但是我們應(yīng)該記住運(yùn)動(dòng)員的格言，當(dāng)最接近目標(biāo)時(shí)阻力最大。 我們可能會(huì)覺得我們已經(jīng)努力了幾十年，但仍然有很多浪費(fèi)，而且碳線還在繼續(xù)上升。也許我們應(yīng)該花點(diǎn)時(shí)間來認(rèn)識一下我們已經(jīng)走了多遠(yuǎn)，我們?nèi)〉昧耸裁闯删?，我們已?jīng)完成了多少，以及我們離目標(biāo)有多近。這是一個(gè)堅(jiān)持、內(nèi)心和意志的問題，我們可以做到。本文由高級建筑圍護(hù)顧問凱瑟琳·帕普林（Catherine Paplin）撰寫。