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摘 要： 摘 要：以泡沫混凝土為研究對象，運用生命周期評價方法，對泡沫混凝土墻體生產(chǎn)過程中的資源消耗、能源消耗和污染氣體排放進行特征化、歸一化及敏感度分析，辨識在其生產(chǎn)過程中對環(huán)境產(chǎn)生最大影響的工藝環(huán)節(jié)，為工藝設(shè)備的進步和技術(shù)更新提供可靠依據(jù). 關(guān)鍵詞
摘 要：以泡沫混凝土為研究對象，運用生命周期評價方法，對泡沫混凝土墻體生產(chǎn)過程中的資源消耗、能源消耗和污染氣體排放進行特征化、歸一化及敏感度分析，辨識在其生產(chǎn)過程中對環(huán)境產(chǎn)生最大影響的工藝環(huán)節(jié)，為工藝設(shè)備的進步和技術(shù)更新提供可靠依據(jù).
關(guān)鍵詞：泡沫混凝土墻體;生命周期;特征化;歸一化;敏感度分析
隨著建筑節(jié)能政策的全面實施和綠色建筑、低碳建筑理念的日益推動，建筑保溫材料的應(yīng)用獲得了長足的發(fā)展.泡沫混凝土作為一種新興的高防火墻材，由于其具有輕質(zhì)、防火、保溫等優(yōu)點，可以用于建筑物的外墻結(jié)構(gòu)中，達到減輕自重、保溫節(jié)能的效果，有較為廣泛的工程應(yīng)用前景，受到了建筑行業(yè)的廣泛關(guān)注[1-2].
生命周期評價簡稱LCA(lifecycleassessment)，是一種用于評估與產(chǎn)品相關(guān)的環(huán)境因素和潛在影響的技術(shù)，其研究內(nèi)容包括原材料生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)與使用、產(chǎn)品報廢與回收，目的是分析材料在生命全過程中對環(huán)境的影響因素和潛在影響，是定量化的、系統(tǒng)的、敞開式的評價體系.目前LCA已經(jīng)成為能源消耗及環(huán)境評價的重要工具，在當(dāng)前國內(nèi)外綠色建筑評價中也越來越多地將建筑材料LCA分析納入考量范疇.
國內(nèi)關(guān)于節(jié)能保溫墻體的LCA評價處于起步階段，對泡沫混凝土墻體的LCA評價研究相關(guān)報道較少.本文基于LCA方法，對泡沫混凝土墻體進行生命周期分析評價，旨在探索我國泡沫混凝土墻體生命周期環(huán)境負荷的基本情況，以期為本地化泡沫混凝土墻體LCA數(shù)據(jù)庫的建立及綠色建筑生命周期環(huán)境負荷評價提供數(shù)據(jù)支持.
1研究方法
LCA是從整個生命周期對產(chǎn)品的環(huán)境負荷進行全面、科學(xué)、量化、客觀評價的方法，對各階段中使用資源、排放廢棄物等給環(huán)境造成的影響和負荷進行評價.它作為一種重要的環(huán)境管理工具被納入ISO14040環(huán)境管理系列標(biāo)準(zhǔn).
依據(jù)ISO14040系列標(biāo)準(zhǔn)，LCA的研究技術(shù)路線主要分為以下步驟：選定研究目標(biāo)并確定研究的范圍及邊界;根據(jù)選定的目標(biāo)和范圍邊界，收集目標(biāo)產(chǎn)品在整個生命周期中各個階段的每個流程對材料與能源的消耗、廢棄物排放等數(shù)據(jù)，并對收集的數(shù)據(jù)進行定量化和系統(tǒng)化評價;依托生命周期分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析，并提供LCA研究結(jié)果，對研究目標(biāo)存在的不足提出相應(yīng)的建議.
期刊推薦：《沈陽大學(xué)學(xué)報》(雙月刊)創(chuàng)刊于1988年，是經(jīng)國家新聞出版署批準(zhǔn)、沈陽大學(xué)主辦、國內(nèi)外公開發(fā)行的綜合性學(xué)術(shù)期刊。主要發(fā)表校內(nèi)外基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)最新研究成果。學(xué)術(shù)論文可覆蓋工、文、史、理、法、農(nóng)、經(jīng)濟、教育、管理九個學(xué)科門類，是高校教師和科研人員的良師益友。主要刊登生物、環(huán)境、信息、建筑、機械、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、土木工程、控制、文學(xué)、歷史、新聞、編輯、法律、社會、政治、經(jīng)濟、管理、德育、藝術(shù)等學(xué)科的學(xué)術(shù)論文。
產(chǎn)品生命周期評價總結(jié)應(yīng)包括3個部分：產(chǎn)品上游過程中的資源、原材料開采與生產(chǎn)及其中涉及的運輸消耗;產(chǎn)品在生產(chǎn)階段的污染物排放和處理過程;產(chǎn)品在下游的銷售、使用、廢棄回收過程.在研究過程中，上游和下游過程統(tǒng)稱為后臺過程，生產(chǎn)過程稱為現(xiàn)場過程.對于非終端消費品，其生命周期評價模型一般只包含上游過程和產(chǎn)品生產(chǎn)過程，即從“搖籃”到“大門”.在研究中，泡沫混凝土被用作建筑物的上游產(chǎn)品，因此使用從搖籃到大門的生命周期模型[3].
研究著重考慮不可再生資源消耗和溫室效應(yīng).現(xiàn)場數(shù)據(jù)主要通過對國內(nèi)企業(yè)的調(diào)查獲得，背景數(shù)據(jù)主要來源于國內(nèi)外公開數(shù)據(jù)庫.利用四川大學(xué)開發(fā)的eBalance生命周期分析軟件對所收集的清單數(shù)據(jù)進行計算處理，從而獲得泡沫混凝土功能單位產(chǎn)品的各類環(huán)境影響指標(biāo)值[4].
2泡沫混凝土墻體犔犆犃
2.1目標(biāo)與范圍定義
(1)目標(biāo)的定義.對泡沫混凝土墻體產(chǎn)品進行生命周期評價，以期為我國本地化泡沫混凝土LCA數(shù)據(jù)庫的建立及低碳建筑生命周期環(huán)境負荷評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).
(2)功能單位確定.綜合考慮泡沫混凝土墻體現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的一般統(tǒng)計規(guī)則及建筑物評價協(xié)調(diào)性與匹配性等因素，本研究選擇1個280mm厚，面積100m2的泡沫混凝土墻作為功能單位.
(3)系統(tǒng)邊界的確定.泡沫混凝土是先通過設(shè)備將混凝土發(fā)泡劑制成泡沫，然后將這些泡沫與石灰、水、水泥、外加劑及一些骨料混合攪拌而成[5].其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示.
2.2清單分析
(1)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)選擇.通過對泡沫混凝土現(xiàn)場施工生產(chǎn)開展深入調(diào)研，獲得泡沫混凝土生產(chǎn)場地單位產(chǎn)品的原材料消耗和能源消耗.背景數(shù)據(jù)來源于國內(nèi)外公開數(shù)據(jù)庫，如表1所示.
(2)清單編目.以280mm厚，面積100m2的泡沫混凝土為1個功能單位，對生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)及背景數(shù)據(jù)進行整理、計算，獲得本研究系統(tǒng)邊界內(nèi)各單元過程的主要能耗和氣體排放量，如表2、表3
2.3特征化指標(biāo)
特征化是指將不同的材料類型按照其對環(huán)境和資源的影響程度，用與其相關(guān)的貢獻大小得到所對應(yīng)的特征化因子，并根據(jù)該因子對產(chǎn)品進行生命周期量化分析.結(jié)合泡沫混凝土墻體生產(chǎn)材料的比例，采用eBalance軟件分析和處理后，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)1個功能單位的泡沫混凝土墻的生命周期清單的特性化指標(biāo)見表4.表4中ADP代表非生物資源消耗潛值、AP代表酸化潛值、CADP代表中國資源消耗潛值、PED代表一次性能源消耗、COD代表化學(xué)需氧量、EP代表富營養(yǎng)化潛值、GWP代表全球變暖潛值、IWU代表工業(yè)用水量、RI代表可吸入顆粒物、Waste代表固體廢棄物、WaterUse代表淡水消耗量.
通過分析表4中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，普通硅酸鹽水泥、水泥板、電力和雙氧水是排放CO2的主要來源，占泡沫混凝土整個生命周期碳排放量的90%以上.其中，普通硅酸鹽水泥約占碳排放量的80%;電力產(chǎn)生的碳排放量相對較少，僅占總排放量的2%.SO2的排放量是環(huán)境影響評價關(guān)注的焦點，水泥生產(chǎn)過程中SO2排放量占泡沫混凝土的整個生命周期SO2總排放量的75%.從總體來看，普通硅酸鹽水泥對在COD、PED、GWP、EP和CADP中的特征值占比也很大.各項指標(biāo)中其他材料的所占比例相對較小，影響程度較低.
2.4歸一化指標(biāo)
歸一化是一種無量綱的方法，可以使物理系統(tǒng)值的絕對值變成一定的相對值關(guān)系.能夠解釋不同類別數(shù)據(jù)的相對比較性.特征化結(jié)果要經(jīng)過歸一化處理，為了得到歸一化結(jié)果，可以用特征化指標(biāo)與其相對應(yīng)的歸一化基準(zhǔn)值相除，對表4中的泡沫混凝土墻體生產(chǎn)材料清單特征化指標(biāo)進行歸一化處理[6]，其結(jié)果如表5所示.
2.5敏感度分析
敏感度分析是用來確定分析對象環(huán)境影響評價、經(jīng)濟效益評價、質(zhì)量和安全評價可行性的重要方法.從通過敏感度分析所得到的數(shù)據(jù)中找出變量最大、影響最大、敏感度最大的因素，選擇相對合適的方案或者尋求替代方案來預(yù)測和控制該因素的影響程度，以此來盡量減少或者避免不利的因素[7].通過對表5數(shù)據(jù)分析，得到敏感度對比分析柱形圖，如圖2～圖5所示
整個生命周期評價過程中，水泥在AP、PED、mCO2、GWP這幾個特征化指標(biāo)中所占的比例都超過了65%，所以，水泥材料在泡沫混凝土墻體的生產(chǎn)過程中對環(huán)境的影響因素是最大的，屬于最敏感因子.因此，選擇對環(huán)境負荷較小的水泥原材料來代替普通硅酸鹽水泥原材料，對改善泡沫混凝土墻體生產(chǎn)的整體環(huán)境行為尤為重要.
3結(jié) 論
(1)通過運用生命周期評價方法，對我國泡沫混凝土的一般生產(chǎn)方法給環(huán)境帶來的負荷現(xiàn)狀進行分析，并利用eBalance軟件對泡沫混凝土整個生命周期進行了詳細的分析和計算，根據(jù)水泥生產(chǎn)排放所占百分比，得到了泡沫混凝土環(huán)境影響排放由大到小依次為：mCO2、GWP、AP、PED.
(2)對溫室效應(yīng)影響最大的水泥生產(chǎn)階產(chǎn)生的碳排放量占整個生命周期的碳排放總量的50%以上.因此，為了減少泡沫混凝土生產(chǎn)所造成的溫室效應(yīng)給環(huán)境帶來的影響和壓力，有必要減少生產(chǎn)階段的能源消耗量，并提高能源燃燒的效率或采用更先進的燃燒技術(shù).
(3)在泡沫混凝土的生產(chǎn)過程中，水泥和水泥板的生產(chǎn)對環(huán)境影響所占比例也較大.因此，在泡沫混凝土的生產(chǎn)過程中，原材料的選擇不容忽視.