英语原文共 10 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
全生命周期温室气体的排放和关于预制装配式建筑的能源分析
目录
摘要
预制装配式是一种为建设施工提供更好的环境的策略。然而，没有详细的科学研究或案例研究来探讨预制装配式的潜在环境效益，特别是减少废物所带来的实际节能和提高材料使用效率。本文旨在了解模块化预制钢和木材多住宅建筑的能源，以确定这种建筑形式是否提供了比传统混凝土施工方法更好的环境性能。此外，本文评估了材料可重复利用性的潜在好处，减少了填埋所需的空间以及所需的额外资源。我们调查了一栋八层，3943平方米的多住宅建筑。我们发现，与常规混凝土结构相比，钢结构预制体系的材料消耗量减少高达78％。然而，与混凝土建筑相比，预制钢结构建筑的能源利用显着增加（约50％）。这表明在预制钢结构建筑物中重新使用材料的潜力巨大，节能减排达81％，质量节省51％。这种建筑形式有可能为改善建筑行业的环境可持续性作出重大贡献。
1介绍
建筑物的建造和运营对环境造成重大影响，主要是通过资源消耗，废物生产和温室气体排放。Treloar等人 [1]已经向我们展现了建筑物生命周期影响的重要性，因为初始建设的环境影响可能与其他运行相关的影响一样重要。建筑物的建筑物产生大量的废物，平均达到10％用于建造建筑物的材料[2]。这些垃圾中有很大一部分用于垃圾填埋场。在澳大利亚，42％的固体废物流是建筑和拆除废物产生的[3]。 这会导致我们的自然资源和能源的快速枯竭和低效利用，并导致对填埋场可用性的压力增加。
为了提高施工效率和减少废物（拆卸，精益建造和废物管理的设计），我们已经采取了许多策略。1.通过了解处理和使用材料现场态度以防止浪费的方案正在开发中。2施工过程开始得到更有效的管理。
减少建筑废物的另一个策略涉及到建筑部件的预制装配式，这些建筑部件可以减少施工成本和时间。 这涉及到将建筑物的部件组装在工厂或其他制造场所，并将完整的组件或子组件运输到建筑地点。这种做法与将基础材料运输到进行所组装的施工现场这种传统的施工实践形成对比，建筑物预制装配式已被证明可以节省高达52％的建筑垃圾[7]主要是通过提高能源利用率，减少成本的花费，以及时间的利用。
为了减少建筑物的生命周期环境影响，应尽可能延长其使用寿命[9]。 因此结构的耐久性起着重要的作用。 例如，澳大利亚商业建筑的结构通常设计为持续100年; 然而墨尔本中央商务区的建筑物平均使用寿命为近25年。这个数字是基于以下观察结果得出的，大部分的墨尔本办公大楼重新翻新或拆除都是在建筑物生命的前20-30年内发生的。如果建筑物的结构构件被设计为耐用和可重复使用，则可以显着降低生命周期的环境影响。在初期开发阶段，结构性连接的创新设计是极为重要的。最重要的是确保拆除过程能够有效发挥，以最大限度地发挥建筑部件的可重用性。
本研究旨在量化预制装配式建筑物的潜在全生命周期环境效益，以确定这种建筑形式是否提供了比传统施工方法更好的环境性能。
2背景
废物最小化（即产生废物最少）在建筑业很长一段时间以来一直很受欢迎。许多研究根据体积或质量来衡量建筑工地的废物，以衡量对处置成本的影响[10-12]。通过考虑其具体的影响，减少产生的废物可以最好地衡量环境。例如，当能源密集型材料被有效利用并且废物最小化时，体现的能量（即，在所有阶段[14]期间的提取，加工，制造和运输期间消耗的能量）和自然资源都是保守的[15]。因此，实体能源是资源价值和环境影响的有用指标。以前的研究集中在建筑废料和拆除材料的回收潜力，在体现能源方面重视废物[13]。然而，缺乏详细的科学研究或案例研究来处理预制的整体环境效益[7]，特别是减少废物所带来的实际节能和提高材料使用效率。
Guggemos和Horvath [16]已经确定并量化了建造两座写字楼所需的能量，一座有一个结构钢框架，另一座则建在一个混凝土框架上。该研究包括与材料提取，建造，使用，维护和使用寿命结束相关的能量。研究结果显示，钢结构和混凝土框架建筑物的总生命周期能源使用情况相当。对建筑元素的分析表明，混凝土板对研究的建筑物的整体体现能源贡献最大。办公楼的进一步研究支持了这一发现，表明单板板和梁的钢筋混凝土可以占建筑物总体积能量的59％至67％[17]。
2.1实体能量分析方法
最好的是，比较过去与常规和预制施工方法相关的生命周期能量的研究使用不完全的体现能量分析方法，已知排除高达建筑相关能源需求的87％[18,19]。 有许多方法可用于估计提供商品和服务的能源消耗。分析的准确性和程度取决于所选择的方法[19,20]。
实体能量分析技术可以广泛分为三个不同的组，过程分析，投入产出（I-O）分析和混合分析[21,22]。过程分析使用来自各个制造商或供应商的过程，产品和位置特定数据的组合来计算实体能量。通常可以看出，这种方法产生的结果与正在分析的产品更加准确和相关。另一方面，过程数据的收集可能是劳动和时间密集的。此外，这种方法有系统的不完备性，这是由于产品系统由有限边界表示，并且在该边界之外省略了贡献。产品系统的这种截断通常是由于缺乏可用数据，而这些数据的大小截断误差取决于产品或活动的类型，可以在50-90％左右[参见例如19,23,24-27]。这个过程分析中系统边界不完整的问题不是暴力可以解决的问题，即使是实际上无限的资源。因此，基于过程分析的生命周期评估（LCA）通常不足以覆盖功能单元的输入系统。 Lenzen [27]和Treloar [20]已经表明在常规工艺类型LCA中，由于需要研究的供应链的复杂性，通过扩展系统边界，该误差通常不会降低到可接受的水平。
投入产出分析使用基于部门的财务数据来追踪行业之间的能源需求[1]。将这些财务数据与能源关税相结合，可以量化经济中产生的任何产品或服务所包含的能量。自20世纪60年代末以来，广泛的投入产出框架已广泛应用于环境分析
（参见例如[28,29]）。 Leontief和Ford [29]，Proops [30]和Dixon [31]的论文中可以看到输入输出法的介绍及它的应用。
投入产出分析的优势在于它能够全面地分析与任何产品系统相关的能源需求，因为它完全涵盖了国家或地区统计所定义的经济体系。这些模型将整个经济作为一个系统，并且包括其他行业的任何数量的投入，即在供应链上游几乎无限次的潜在交易。然而，由于它是基于国家平均数据和商品汇总到部门，其使用限制了任何特定产品的结果的适用性和可靠性。然而，Lenzen [27]已经使用蒙特卡罗模拟来表明与输入 - 输出分析相关的不确定性低于过程分析的截断错误。
由于过程分析和输入 - 输出分析具有非常明确的限制，有些人力图将两种方法中的最佳方法结合起来，以尽量减少这些传统评估方法的局限性和错误。 一些研究人员提出并展示了混合方法。这些混合方法将过程数据和I-O数据以各种格式组合，用于填补传统上从基于过程的系统边界排除的空白的I-O数据[30]。
在分层混合LCA中，在详细的过程分析中检查了功能单元的直接和下游要求（制造，使用和报废）以及某些重要的低阶上游要求，而对于材料提取和制造而言，剩余的高阶（“上游”）要求也被投入产出分析所涵盖。在这个方式，两种方法的优点，完整性和特异性相结合。此外，生产系统边界的选择变得过时了。对于已收集过程数据的输入，消除了“上游”截断错误。但是使用这种分层混合技术，仍然几乎不可能确定货物和服务的所有个人需求，依靠顾问来决定哪些流程是重要的，并且需要分析。这只能解决用户决定的项目的上游截断错误。由于供应链被分解以允许过程数据的集成，因此潜在的“侧向”和“下游”截断错误存在。横向运行阳离子包括通常以财务条款量化的输入，例如广告以及其他忽略的项目。下游截断可以包括将基本材料转化为更复杂产品相关的过程，有时使用物理数据难以量化。
由Treloar开发的混合模型（称为基于输入输出的混合分析）从分解的I-O模型开始，将可用的过程数据集成到其中。这意味着避免与使用过程分析相关的截断错误，并且分析更加完整。各种商品和服务的分配是根据投入产出表中适当的工业部门确保使用类似的建模原则。这种方法已经很好地建立和证明了计算建筑物和其他物品和服务中体现的能量。Suh等人提供了对使用过程分析与混合分析方法对体现能量评估的影响的更深入的分析。
以前从未有使用系统完整的系统边界的模型来评估和比较与预制装配式相关的具体能量。由于主要使用的分析方法中的已知缺陷，从以往研究中获得的知识几乎没有支持行业对不同施工方法之间的环境比较的需求，从而为设计决策提供信息。使用Treloar [20,43]开发的方法，目前的研究扩展了类似的以前的研究，提供了更全面的评估预制施工方法体现的能量（大大解决了系统边界不完整性的问题）。本研究提供的信息将有助于设计决策过程，并且可以更好地评估预制的环境效益，以便建设针对其环境进行优化的建筑物。
3 方法论
多住宅建筑作为案例研究，用于评估预制钢和木结构的生命周期能量表现。 本节概述了分析的案例研究建筑和用于评估与建筑常规混凝土和预制钢和木材施工方法相关的生命周期能量需求的方法。
3.1 案例研究大楼
这项研究涉及对多住宅建筑，三种不同的施工方法，预制模块钢和木结构以及用于比较常规混凝土结构相关的体现和操作能量的评估的目的。建筑物总建筑面积3943平方米，共有63间公寓，5层双层公寓。建筑物的前六层每个由9个单层公寓组成（图1），第七层由四层单层和五层双层公寓组成。单层和双层公寓的面积分别为63平方米和118平方米。一楼由七间房间及其他公用设施组成。 本研究没有考虑到底层和子结构。 外墙/内墙和地板/天花板的构件是按照单元构成的（见图2）。
3.2实体能源分析
实体能源占产品和材料制造过程中所消耗的能源，包括在此过程中使用的商品和服务的制造造成的能源消耗。 例如，钢铁产品中的能量通常包括铁矿石提炼，运输和加工铁矿石，制造钢铁产品并交付现场。能源也体现在货物和服务，包括在这些过程中使用的资本等等。在具体的能源数据中，许多因素（包括技术，燃料供应结构，区域，产品规格和分析方法）可能导致相当大的变化。
利用基于输入输出的混合分析进行了案例研究建设的实施能源评估。该方法采用澳大利亚能源使用的IO模型，由悉尼大学物理系Lenzen教授研制[44] 。基本的I-O数据取自澳大利亚国民账户[45]，并结合燃料类型的能源强度因子。这两个来源的组合包括I-O模型。该模型包括前几年购买的资本价值和从其他国家进口的资本，按照资本项目的寿命摊销（如Lenzen和Treloar [46]所述）。资本是指用于制造或运输产品的设备和机械。将I-O模型用作案例研究大楼实体能源分析的基础。对于特定的材料制造商，可以获得最佳的可用工艺数据基于输入输出的混合方法[20]。处理特定材料制造能源的具体数据来自最新的SimaPro澳大利亚数据库。
3.3 运行能量分析
使用TRNSYS模拟软件估算与案例研究大楼相关的运营能量。 基于建筑的特点以及假定的加热和冷却时间表。这次模拟使用由Morrison和Litvak开发并提供的墨尔本TMY数据进行[50]。这次模拟以小时为单位进行模拟，持续一年，室内空气温度范围为21-24℃。 本研究没有考虑详细的安排和收益。
季节性平均热泵的加热系数（COP）= 3.0*冷却= 2.2*用于估算加热和制冷负荷输出的电能需求
3.4 生命周期能量
针对所有结构情景，我们计算了与50年期间的案例研究相关的生命周期能量需求。 假设没有热泵系统，这是通过将初始实现的能量值与50年以上的估计的运行能量需求相结合来实现的，效率可能会随着时间改善，也有可能损失。
在建筑物寿命期间与材料和建筑构件更换有关的实体能源并不包括在分析中，尽管在建筑物的使用寿命期间，这种能量可以代表其最初具体能量的32％[51]。 这在很大程度上取决于许多因素，包括使用寿命建筑物和单个材料或组件的预期寿命。假设两种建筑方案的材料更换率将相
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[141153]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
