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原创零碳达人立青绿建节能方向标2022-06-16 07:30发表于北京 收录于合集#碳排放6个  零能耗与零碳建筑 持续分享国内外关于零能耗与零碳建筑相关的标准、技术等 28篇原创内容 公众号 SWA 的外围护节能小组敏锐地意识到，保温是最重要的单一材料选择，以最大限度地提高外围护在其使用寿命期间的热阻。我们建筑行业的许多人认为，结合良好的连续空气密封，最高的热阻值可以打造最环保的外围护，有助于减少结构的碳足迹和应对气候变化。因此，令人惊讶的是，一些最常用的保温材料制造及安装的碳含量如此之高，以至于几十年来它们消除了它们本应提供的碳能源节约。以下详细讨论了这种情况的发生方式和原因，以及行业正在采取哪些措施来改变这种情况。 体现与运营碳 建筑环境在气候图景中显得尤为重要，因为每年进入地球大气的碳总量中，近40%都来自建筑。在过去 30 年的绿色建筑中，我们主要关注运行碳排放——建筑物在使用过程中排放的碳。直到最近我们才开始关注隐含碳– 用于建造建筑物的碳，通常远高于建筑运行前几十年所节省的能源。能源法规的变化针对的是运营碳，即使是那些一直处于促进可持续建筑 [LEED, PH] 前沿的组织和标准也没有量化或限制隐含碳，尽管它们引起了人们的关注。 碳的时间价值 假设一座建筑物存在数十年甚至数百年，其运行碳将在其生命周期内超过其隐含碳，因此在计算建筑物的碳生命周期评估 (LCA) 时，运行碳节省将比隐含碳更重要从长远来看已保存/花费。为什么隐含碳应该与运行碳同等重要？由于全球建筑物的总碳排放量，28%与隐含碳挂钩。我国建筑领域的碳排放，建材生产制造的碳排放占据社会总排放的22%以上，跟运行碳排放不相上下。这已经是一个很大的百分比，但是当您考虑近期，即建筑物生命的前 30 年时，该百分比会跃升至 50% 左右。实际上，每座新建筑在建成时都会产生碳债，因为建造它时会排放大量碳（所有建筑材料，钢筋，水泥，铝合金，玻璃等）。为了让气候受益于隔热和密封的外壳和高效能源系统，建筑物需要持续和使用很长时间。问题是我们可能没有 30 年，更不用说 60 年来偿还碳债务了。  在建筑物使用寿命的前 30 年中，其总碳排放量的 50% 仍然是隐含碳 迫在眉睫的气候变化 关于由于空气中的碳含量而导致的全球气温上升何时可能达到临界点并引发一系列具有灾难性后果的级联气候事件，有不同的预测。大多数预测是在相对近期的——10-30 年。这意味着我们再也负担不起让我们在未来几十年还清碳债务的选择。大气中的碳含量现在接近 410 ppm。根据彭博社碳时钟，20 年后可能达到 450 ppm，即预测的触发水平。这些是绝对数字，所以我们现在排放到空气中的每一点碳都很重要。  空气中的碳含量（ppm）：左边是 1960 年的碳含量，大致是过去 12,000 年的水平。右边是目前的碳水平 体现和操作的碳——阴和阳的表现 我们并不是建议我们现在应该将重点从减少运营碳转移到主要（或完全）关注隐含碳。相反，运营碳排放量越低，碳债务偿还的速度就越快。因此，隔热对于建筑物偿还债务的能力至关重要。相反，建筑物的隐含碳越低，其运营效率就越高。这两个价值观是密不可分的。当设计试图最大限度地减少这两种排放时，由此产生的建筑物可以从根本上减少碳排放，有助于减少大气中的碳，从而使我们远离临界点。 保温的热阻值 隔热的主要目的是提供通过建筑物外围护的热传递阻力，通常量化为 R 值。R值越高，保温性能越好。除了建筑物主要是玻璃幕墙的情况外，保温层是任何外围护表面（地板、墙壁和屋顶）潜在 R 值的主要决定因素。市场上的保温材料太多了，这里就不一一讨论了。关于纽约地区的商业建筑，总体上常用的材料有以下三种： （1）泡沫塑料，喷涂或板状，膨胀或挤压； （2）板状、絮状或喷涂形式的矿物纤维； （3）有机纤维，絮状或喷涂形式 想得到最高的 R 值（5 或 6.5/英寸）与塑料泡沫有关。矿物纤维的最大值往往为每英寸 R4，而有机纤维则在 R3 范围内。在所有其他条件相同的情况下，您希望每英寸拥有最高的 R 值，但这并不是那么简单。即使不考虑隐含碳，也必须考虑许多其他因素。备注，国外已经把衡量围护结构热工性能的参数用R表示，我们一般用传热系数。 保温材料的隐含碳值 事实证明，提供最高 R 值的两种塑料泡沫——闭孔聚氨酯喷涂（SPF-HFC 型）和挤塑聚苯板（XPS）——也具有最高的隐含碳；不是一点点，而是几个数量级。这是因为它们都是用氢氟烃 (HFC) 发泡剂制成的，该发泡剂的全球变暖潜势 (GWP) 是二氧化碳的 1000 倍以上。一项研究发现 HFC 吹制 XPS 或 SPF 的运营碳节省来偿还其制造和安装所产生的排放所需的时间可能在 40 到 60 多年之间，具体取决于 R10 和 R25 之间提供的总 R 值。如果保温需要这么长时间才能收回成本，那么它就不会开始为任何其他隐含的碳买单。在商业建筑中，保温材料通常只占建筑隐含碳的一小部分——低至 5-10%。这意味着大约 90% 的建筑物至少要在运行 40 或 50 年后才能开始实现隔热碳减排。  除 HFC 吹制 XPS 和 SPF 外，外推常见保温材料的隐含碳能量回收期 相比之下，同一项研究发现，对于相同的 R 值，任何其他类型的保温材料（包括使用 HFC 以外的试剂吹制的塑料）的投资回收期在 1 到 4 年之间。仅从隐含碳的角度来看，很难不得出结论，HFC 吹塑塑料应该被淘汰并尽快退出市场。但是 SPF 和 XPS 绝缘材料无处不在，而且不仅是它们的高热性能使它们如此受欢迎。我们已经变得依赖 SPF 和 XPS，因为它们除了提供高 R 值之外还可以做很多事情。 保温的其他价值 出于所有实际目的，XPS 板是防水的并用作蒸汽屏障。如果用胶带和密封，这些板是一个空气屏障。因此，这种保温类型可以代替墙壁组件中的蒸汽屏障或空气屏障。而且，具有从 25 psf 到 100 psf 的各种抗压强度水平，它也具有真正的结构价值。XPS板通常用作膜的保护板，并且由于其长期承受静水压力的能力，因此是基础防水的首选保温材料。此外，它尺寸稳定，具有良好的长期 R 值保持性。  XPS保温板 闭孔 聚氨酯SPF 同样具有高度防水性，但与 XPS（在静水压力下）的程度不同。而且，闭孔 SPF 是一种更好的空气屏障，因为作为一种喷涂材料，它符合各种不规则性并且是无缝的。当安装厚度至少为 1.5 英寸时，它也是 I 类蒸汽缓凝剂。喷涂在 SPF 上时会变得非常坚硬，如果需要，它可以在某些墙壁系统中提供结构刚度。与 XPS 类似，它具有尺寸稳定性和热稳定性。  除 HFC 吹制 XPS 和 SPF 外，外推常见保温材料的隐含碳能量回收期 任何其他保温材料，即使是非 HFC 吹塑塑料，都不能完全复制 HFC 吹塑 SPF 和 XPS 的所有特性。塑料泡沫通常是高度易燃的，并不是最适合每种应用，但我们如何才能弥补使我们如此广泛依赖它们的有益品质组合的损失呢？如果我们不使用这些保温材料，我们如何才能弥补使我们依赖它们的有益品质的损失？ 现有保温材料的替代品 部分答案来自新材料的开发。在过去十年中，霍尼韦尔在欧洲开发了一种新型发泡剂，即氢氟烯烃 (HFO)，它声称其全球变暖潜势 (GWP) 小于 1，低于二氧化碳。首先在欧洲，现在在美国，Demilec 和 Carlisle 等制造商正在向市场推出使用这种发泡剂的闭孔聚氨酯喷涂泡沫，而不是 GWP 超过 1,000 的 HFC。这些喷涂泡沫的 R 值比它们的高碳前辈稍好，并且具有使它们在多种环境中有用的相同品质——空气/蒸汽阻隔能力、对不规则性和渗透的顺应性等。但是，它们也有许多相同的缺点 - 高可燃性，  大豆基塑料喷雾泡沫，包括开孔和闭孔，最近已被开发为 HFC 聚氨酯泡沫的低碳、低毒性替代品。这些是水吹的（GWP=0），制造商声称它们不会排放气体，因为它们不包含尿素/甲醛。然而，大豆泡沫仍然是用聚氨酯作为粘合剂制成的，并且可以高达 85% 的聚氨酯，因此最终它们仍然是一种具有碳足迹和可燃性的石油产品。闭孔版本具有充当空气/蒸汽屏障的优势，但它们的 R 值（~R5 与 R6.7-6.9 相比）明显低于 HFO/HFC 发泡聚氨酯泡沫。由于这个原因和整体可扩展性，这些泡沫的制造商在住宅/单户市场竞争，而不是城市高层市场。 已经在市场上销售了几十年的几种膨胀塑料保温材料是用低或零 GWP 试剂吹制的。例如，发泡聚苯乙烯 (EPS) 板 (R3.9/英寸) 和聚异氰脲酸酯泡沫板 (R6/英寸) 用戊烷 (GWP 7) 吹制。箔面或真空包装已与这些（以及矿物和玻璃纤维保温）一起使用，以提供蒸汽屏障。然而，到目前为止，还没有任何东西可以复制 HFC 吹制 XPS 绝缘板的有益品质组合，特别是对于路基应用。是否有可能开发出 XPS 板的 HFO 吹制版本？矿物或有机纤维板材料能否以与 XPS 一样有效的方式进行包裹或处理，特别是在路基应用中？ 矿物纤维（羊毛）有板状、絮状和可喷涂形式，已成为纽约市及其他地区具有可持续发展意识的商业建筑的常见选择。除了可维修的 R-4 外，这些产品还具有耐火性，以至于它们通常用作所需的防火组件的一部分。矿棉板可以达到与 XPS 板相同的抗压强度，并且不受水的影响（它们不会塌陷或失去 R 值），因此它们可以成功地用于类似的应用，最重要的是在其上形成厚的连续保温层建筑结构的外部（覆层或灰泥下方）。然而，与 SPF 和 XPS 不同，矿物纤维保温材料不是空气或蒸汽屏障。  矿棉板保温，矿棉吹制，矿棉棉絮保温 玻璃纤维毡，不久前在商业和住宅应用中无处不在的无机纤维保温材料，随着可持续性和更严格的规范要求越来越多地推动保温材料的选择而变得不那么有吸引力。玻璃纤维毡的较低 R- 3.3 加上它对水或湿气的脆弱性，使矿物纤维毡成为更好的隔热选择。一般而言，毡变得越来越没用，因为它们在内部螺柱框架空腔中的预期用途现在被认为是一种非常低效的材料使用。特别是在金属框架中，棉絮保温最多只能获得其标称 R 值的 40%，并且易于促进每个螺柱腔边缘周围的内部对流。这不是对隐含碳或运营碳的负责任或可持续使用。 矿物纤维是由岩石制成的，而玻璃纤维是基于二氧化硅的——因此两者的制造都是能源密集型的，并且需要从地下清除材料。因此，它们可能具有很高的隐含碳成本，在使用它们时也必须权衡。  玻璃棉保温 基于有机纤维的保温材料（木材、大麻、稻草）更容易扩展并用于单户和小型商业或住宅建筑，尽管正在进行的研究和潜力都非常出色。有机纤维背后的埃尔多拉多认为，通过负责任地管理林业或作物生长以及低化石燃料或无化石燃料燃烧的加工和运输，这些材料中的许多可能是碳负的在建筑中，这意味着它们最终将导致从大气中去除碳（封存）。有充分的理由尽可能大力地追求这条发展路线，但复杂的一系列因素使得有机物还不容易适用于许多商业城市建设。由回收/再利用材料（如消费后纤维素、牛仔布和塑料）开发的保温材料也属于这一类。  木纤维板保温 有很多选择，但除了碳足迹和 R 值外，设计师还必须了解各种保温质量的关键影响。例如，如果不考虑空气屏障和水屏障的有效性，就有可能发生灾难，主要表现为冷凝和随之而来的霉菌生长，但也有其他方式。在 SWA 的外壳团队中，我们的主要任务之一是了解围绕保温（或任何材料）选择的所有因素之间的复杂相互作用，并就某些选择的隐患和最佳选择向建筑师和业主提供建议。健康）状况。 做数学 碳足迹分析（LCA 的一个子集）考虑了与建筑物或材料从摇篮到坟墓（即回收或处置点）相关的所有碳排放（排放到大气中的温室气体），包括体现和运营碳排放。现在有越来越多的公司专门从事这类分析，建筑行业专业人士、政府官员、业主和制造商越来越多地使用这种分析。此外，随着 LCA 和碳足迹所基于的概念和事实越来越熟悉，建筑专业人士现在可以利用已开发的几种计算机应用程序来评估和比较建筑材料和工艺的碳价值。例如 Athena、LCA One-click、Tally、以及最近的 EC3。我们的建筑很复杂，它们背后的数学也很复杂。全面了解什么是热点，什么不是，关系和比例，将使我们能够在设计概念、初始阶段以及整个设计和施工过程中做出更好的决策，这将最终影响气候变化的进程。 最环保的建筑是已经建成的 每当我们建造新产品时，我们都有机会设计任何组件并从各种材料中进行选择。如果我们决定某些材料不再是可接受的选择，我们还有其他选择。通过深思熟虑的设计，我们可以从新建筑中消除 HFC 吹制的 XPS 和 SPF。绝缘是（正在融化的）冰山一角；然而，新建筑的结构和覆层约占其隐含碳的 80%。 从更大的角度来看，大多数新建筑——甚至是运营中的净零建筑——都会产生巨大的碳债务，直接增加了开灯前大气中的碳负荷。而且，如果现有建筑物被毁以为新建筑物让路，则情况会更加复杂。因此，人们越来越意识到和接受已经存在的建筑是最环保的建筑，这在十年前由国家历史保护信托基金的绿色实验室发表的开创性研究充分证明了这一点。从 LCA/隐含碳的角度来看，合乎逻辑的结论是，现有建筑物的保护和再利用应优先于新建筑。 由于旧建筑的隐含碳债务已经偿还或偿还，旧建筑代表了无与伦比的碳减排机会，特别是如果它们经过改造以降低其运营碳，因此 HFC 吹制的 XPS 绝缘材料可能仍会发挥作用产品。此类产品可能是特定条件下的最佳解决方案，因为这些绝缘材料独特地结合了热、水分和空气管理优势。那么，不拆除建筑物和不建造新建筑物所节省的费用可能会抵消绝缘材料本身相对较小的碳消耗。用于量化隐含碳的新的和改进的工具将增加我们对隐含碳和决策过程的理解。 我们能做到！ 人们很容易被气候变化的巨大性和我们赖以生存的操作的复杂性所淹没，但是我们应该记住运动员的格言，当最接近目标时阻力最大。 我们可能会觉得我们已经努力了几十年，但仍然有很多浪费，而且碳线还在继续上升。也许我们应该花点时间来认识一下我们已经走了多远，我们取得了什么成就，我们已经完成了多少，以及我们离目标有多近。这是一个坚持、内心和意志的问题，我们可以做到。本文由高级建筑围护顾问凯瑟琳·帕普林（Catherine Paplin）撰写。 |
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