作者:刘如楠 来源:中国科学报 发布时间:2023/11/23 11:32:57
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建筑业减碳,需分几步走?

 

“早期,曾有人根据奥林匹克精神提出土木工程的发展理念,更快、更长、更强,这已经不符合当前的发展形势。”北京交通大学碳中和科技与战略研究中心主任王元丰指出,“发展理念与时代不同步,是当前土木建筑工程面临的最大挑战。”

近日,第三届全国可持续土木工程理论与实践学术交流会暨河北省土木建筑学会工程抗震、地基基础、绿色建筑学术委员会学术交流会在石家庄举行,与会专家学者围绕实现建筑碳中和的设计策略和技术路径、土木工程减碳设计方法、固废综合利用等主题展开研讨。

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会议现场 主办方供图(下同)

建立碳中和建筑评价体系

建筑业占全球能源和过程相关二氧化碳排放的近40%。根据国际能源署 (IEA) 和联合国环境规划署 (UNEP) 发布的《2019年全球建筑和建筑业状况报告》,2017-2018年,全球建筑行业的排放量增长2%,达到历史最高水平。

中国建筑行业规模位居世界第一,现有城镇总建筑存量650-750亿平方米,每年新增建筑面积约20亿平方米。以2019年为例,建筑全寿命周期碳排放占全国碳排放总量约51%。

2021年出台的《关于推动城乡建设绿色发展的意见》指出,我国仍存在整体性缺乏、系统性不足、宜居性不高、包容性不够等问题,大量建设、大量消耗、大量排放的建设方式尚未根本扭转。

中国城市科学研究会绿色建筑研究中心副主任郭振伟认为,建筑业要实现碳中和,还存在不少困难。“在建筑运行阶段,中高层建筑依靠自身实现零碳排放比较困难;在50-70年的建筑全生命周期,零碳排放难度大;减排路径多样,区域性因素导致同一类项目存在差别;同时参与主体多,持续时间长。”郭振伟说。

综合考虑以上特点,2022年,中国城市科学研究会等编制《碳中和建筑评价导则》,从建筑性能、建筑碳排放计量、碳抵消措施及碳中和声明等方面建立评价体系,根据具体的技术要求将碳中和建筑分为铜级、银级、金级、铂金级,以此指导建筑设计建造运行过程中的碳排放。

郭振伟表示,对建筑碳抵消的实施基础、抵消措施和应用条件进行约束,有助于引导建筑从易到难、分阶有序的实现高质量零碳。

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会议现场

进行可持续设计、净零碳设计

尖屋顶、长横梁、木立柱,现代木结构体系,让河北省建筑科技研发中心具有独特的美感。

作为本次会议的会场之一,这里是国内单位规模和跨度最大的现代木结构建筑,与同规模混凝土结构建筑相比,少用混凝土约7000立方米,减少碳排放1400吨,采用的地源热泵系统、太阳能热水、太阳能发电等绿色节能技术,更加降低了建筑物的全寿命周期能耗。

建筑设计是节能减碳的起点,合理的建筑设计能够最大程度减少建筑物损耗,同时减少碳排放。

王元丰团队提出了生成式设计的思路。他介绍,如进行桥梁设计时,根据梁高、梁间距、混凝土强度、汽车载荷等级等基本参数的不同,生成了16.8万根桥梁。再利用大数据分析方法,分别计算可靠度、碳排放量、成本这些可持续指标,得出基本参数与可持续指标的关系,最终得到最具可持续性的桥梁设计方案。

“这样把传统的技术经济设计转化成了可持续设计,在传统承载力、耐久性极限状态的基础上,增加可持续极限状态,最终达到可持续发展的目的。”王元丰说。

基于对国内58座楼宇的分析,奥雅纳工程咨询(上海)有限公司工程顾问刘鹏提出,为了实现净零碳设计和建造,应在项目最初阶段尽早制定工程策略,以最大限度地减少隐含碳和运行碳。

“在对英国伦敦海神广场1号进行重建时,我们以实现净零碳为目标进行整体性设计,如利用的其他拆除建筑的铺地材料和屋顶覆材达2800平方米,所需水泥中65%用高炉矿渣代替,减少了665吨碳排放,还制定了专门的废物回收策略,对能耗系统和机电系统进行全面优化等等。”刘鹏介绍。

探索建筑技术路径

近年来,北京交通大学与奥雅纳工程咨询(上海)有限公司合作,对建筑技术成熟度进行评估后发现,完全成熟的商业化技术仅占10.53%,即将可以进行商业化的技术占36.84%。

“建筑业实现碳中和,需要革命性技术与制度。”王元丰说,未来还需要大力推动绿色低碳技术研发,促进新兴技术产生推动减碳。

在实现“双碳”目标的压力下,土木建筑业的专家学者们正在努力寻找摘掉“高碳”帽子的技术路径。

装配式建筑作为建造方式实现现代化工业化的重要手段,在节材减排方面优势明显。“传统建筑施工阶段,建筑垃圾可达500-600吨/万平方米,而装配式建筑产生垃圾仅为约200吨/万平方米。装配式建筑还大大减少了模板、抹灰砂浆的使用,可以减少12-14%的碳排放。”河北省建筑科学研究院有限公司副总工程师付素娟说。

超低能耗建筑则可通过提高围护结构性能最大限度降低运行阶段能耗,付素娟表示,团队正致力于将二者结合,解决热桥和气密性问题,编制装配式超低能耗建筑技术规程。

上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院副院长杨健提出了再生纤维在土木工程中的应用案例。杨健介绍,有着玻璃钢之称的玻璃纤维复合材料耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高,如将生产过程中的废丝、废弃物进行回收,添加到水泥浆中可显著提高其和易性,添加到水泥基材料中可以提高其耐久性。

此外,与会专家还提到,对竹结构的研发与工程实践、低碳固废基胶凝材料的应用、智能建造技术等都有助于土木建筑业的节能降碳。


 
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