建筑隐含碳减排：低成本、高回报的减排机遇-落基山研究所.pdf

报告 / 2022 建筑隐含碳减排 低成本、 高回报的减排机遇作者 Rebecca Esau Matt Jungclaus Victor Olgyay Audrey Rempher 作 者 按 字母 顺 序 排 列 。 若 无 特 别 说 明， 所有作 者 来自落 基 山 研 究 所。 编辑 落 基 山 研 究 所 ：郝 一 涵 ，王 萌 ，李 丹 ，王 广 煦 中 建 科 技 集 团 有 限 公 司 ：罗 昊 北京市建筑设计研究院有限公司： 国萃 版权与引用 Matt Jungclaus、 Rebecca Esau、 Victor Olgyay和Audrey Rempher， 《建筑隐含碳减排： 低成本、 高 回报的减排机遇》 ， 落基山研究所， 2021年 http://www.rmi.org/insight/reducing-embodied-carbon-in-buildings. 落基山研究所重视合作， 致力于通过分享知识和洞见加速能源转型。 因此， 我们允许有兴趣的各方通过 知识共享许可协议 （CC BY-SA） 4.0版来引用、 分享我们的报告。 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/. 除特别说明外， 所有图片来自iStock.com 作者&鸣谢 www.rmi.org / 2 建 筑 隐 含碳 减 排鸣谢 感谢Skanska提供的基于匿名项目数据的材料和成本信息， 及其对报告中包含的三个案例进行的建筑隐 含碳排放量计算分析。 特别感谢Skanska团队的以下成员与我们分享的关键洞见及对本报告的审阅： Mark Chen Steve Clem Elaine Lai Tolga Tutar 感谢下列个 人对本报告的贡献和审阅： Monika Henn, Urban Land Institute Dirk Kestner, Walter P. Moore Meghan Lewis, Carbon Leadership Forum Marta Schantz, Urban Land Institute 感谢以下在本报告研究阶段参与访谈的个 人和组织： Arup Bruce King, PE - Ecological Building Network Thornton Tomasetti Kieran Timberlake Erin McDade, Architecture 2030 感谢Breakthrough Energy, LLC对本报告制作的支持。 关于落基山研究所 落基山研究所是一家于1982年创立的专业、 独立的非盈利机构。 我们致力于通过提供市场化解决方案 推动全球能源系统转型， 以实现1.5℃温升的气候目标， 创造清洁、 繁荣的零碳共享未来。 我们在全球开 展工作， 与企业、 政策制定者、 社区和非政府机构合作， 识别并规模化推广能源系统转型解决方案， 旨在 大幅降低温室气体排放。 落基山研究所在中国北京、 美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、 纽约市、 加州 奥克兰及华盛顿特区设有办事处。 www.rmi.org / 3 建 筑 隐 含碳 减 排www.rmi.org / 4 建 筑 隐 含碳 减 排 目录 第一章——隐含碳： 隐藏的重大气候挑战 执行摘要 什么是隐含碳？ 隐含碳为什么重要？ 碳的时间价值 减少隐含碳有助于提升价值 第二章——造成美国建筑中隐含碳的主要材料 行业概述 水泥与混凝土 钢铁 木材 保温材料 未来发展方向 第三章——有效减少隐含碳的解决方案与策略 低隐含碳解决方案的特征 在设计和建造过程中应用低隐含碳解决方案 目前可用的工具 第四章——低隐含碳建筑经济性的案例研究 概述 研究方法 本研究的局限性 案例研究1： 多层钢结构和混凝土建筑 案 例 研 究 2 ：中 层 现 场 构 件 式 建 筑 案 例 研 究 3 ：提 拔 建 筑 系 统 在案例研究中发现了更多减少隐含碳的机遇 讨论 第五章——实现更深度减排的机遇 地域差异 区域数据差异 可带来更大变化的先进材料 规范与政策 第六章： 总结 附件： 附加案例研究 尾注 5 6 7 7 7 9 10 11 12 13 13 14 15 16 17 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30 31 33 34 38 39 41 43第一章： 执行摘要www.rmi.org / 6 建 筑 隐 含碳 减 排 隐 含 碳 ：隐 藏 的 气 候 挑 战 每年 ， 建筑碳排放 占 全球能源相关碳排放总量的39% 1 。其 中 至 少 1/ 4 的碳 排 放 来 源于建 筑 隐含碳， 即与 建 筑 材料和建 设 过 程 相 关 的 碳 排 放 。 然而 ， 针 对 建 筑 中隐含 碳 的 解决 方 案 在 美国尚未 得到广 泛研究 ， 这 给 工程师、 建 筑师、 承 包商 、 政 策 制 定者 和 业 主 们 留下了 巨 大 的 知识空 缺 。 其实 ， 只 需要极 少 或甚至不需要额 外的前期成 本就能 够 大 幅 地 减 少隐含 碳 。 本 报告 引 用 的案 例分 析 显 示 ， 在 成 本溢价 不 到1 % 的 情 况 下 ， 隐 含 碳 的 减 排 潜 力 可 达 到1 9 % - 4 6 % 。 当 前 ， 我 们 可 以 通 过 设 计 和选 型 过 程 中 使 用 隐含 碳 水 平 更低 的 替 代 材 料 来 实 现减排。 建筑的一 体 化 设计 ， 将是实 现更 大力 度 碳 减 排 的 有效 途径 。 本报 告通过 研 究三 种 建筑类型 ， 详细解 读 了 在项 目 设计和 施 工阶段减 少隐含碳的策略 ， 特别是 以 低成 本 和零成 本为 前 提的 建筑隐 含 碳 减排解 决方案。 此外 ， 本报告还 量 化 了 与 低 隐含 碳解决方案相关的 建造成本 差异 ， 并指 出 了 未来更大 程度碳减排 的 可 行性及 发展方 向。 主要观点 • 在 我 们 的 案 例 中 ， 仅需 不 到1 % 的 成 本 溢 价 ， 就可 以 将 前 期隐 含 碳 减 少最 高 达4 6 % 。 • 优 化 预 拌 混 凝 土 工 艺 、 选 择 低 隐 含 碳 的 饰 面 材 料 、 采 用 低 隐 含碳 或 固 碳 的 保 温 方 式 ， 是 零 成 本 减 少 隐 含碳 最 有 效的 措 施 。 • 采 用材料 用量 最 少的设 计 方案可 以 减 少隐含碳 、 降 低 前 期成 本 ， 并 保 持 建 筑的 整 体性 与 建 筑 美学 。 • 采购回收利用 率较高的钢筋和结构钢材 、 选择 低隐含 碳 的 玻 璃 产 品 ， 以 及 减 少 结 构系 统 的 材 料用 量 ， 是 最 具 影响 力 的低成 本 减 少 隐 含 碳的 措施 。 • 目 前的 一 些 新 兴 材料 有 望 进 一步 显 著 减 少 隐含 碳 。 执行摘要 图1： 隐含碳减排的主要类别www.rmi.org / 7 建 筑 隐 含碳 减 排 什么是隐含碳？ 隐含碳为什么重要？ 隐 含 碳 指的是 在建筑的全 生 命 周 期内 ， 由 于 提 取 、 制造和 安 装材料和产 品 而产生的温 室 气 体 排 放 2 ， 包括在材料的 使 用 阶 段和使用 寿命结束后 的 处理过 程 （ 例如 ： 重复 使用 、 回 收 利 用 、 填 埋等 ） 中 产 生 的温 室 气 体 排 放。 在 对 隐含 碳 的 研究 中 ， 了 解 研究 对 象 正 处 于 生 命 周 期 的 哪 个 阶段 是 至 关 重 要的。 最常 见的 描 述包 括 “ 从 摇篮 到大门 ” （ 涵 盖 材料 提 取 、 运 输 和 制 造 ） 和 “ 从 摇篮 到 坟 墓 ” （ 还 包 括 对 使 用 阶段 和 生 命 周 期 结 束 阶段 的 考 虑 ） 。 以 一种 全 面且 具 有 连 贯性的研究 方 法 来 研究 材料 在 其 废 弃或 再 利用过 程的环 境 影 响 时 ， 对 生命 周期 结 束 阶段 的 考 虑 很 重 要。 然 而 ， 由于 数 据的缺 乏 、 最 终处理的不确定 性 （ 产 品是否会被填 埋、 回 收或 再利用？ ） 或 其 他 未 知因素 ， 对 生 命 周 期 结束阶段的考 虑 常常 被 忽视 。 本 报 告 仅 考 虑 从 “ 摇 篮 到 大 门 ” 生 命 周期 阶段 （ 对应 于 全 生 命周 期 分析 中常用 的 A 1- A 3生命周 期 阶 段 3 ，包 括 原 材 料 供 应 、 运 输 到 制造场 所 并 制造的 过 程 ） ， 即 前 期 隐 含 碳。 也就 是 说 ， 前 期 隐含碳 包括与 材料的 提取 、 运输 （ 从 提取场所到制 造场 所 ） 和 制造 相关 的排放 ， 不 包括运输 到 施工现场 、 施工 过 程、 使 用 阶 段 以 及 生 命 周 期 结束 阶 段 相关的排 放。 本 报告 的 核 心 结 论 和 案 例 分 析 没 有涉及 对 生 命 周 期 结 束 阶 段 的 隐 含 碳 的 考虑， 尽管 本 报 告高 度 重 视 其 影 响 。 隐含碳占全球碳排放总量的11 %以上 4 （有些研究高达 23% 5 ） ， 这 对应 对 气 候 变 化 工 作至 关 重 要。 但 隐 含 碳 的 受 关 注程 度 远 不及 运 行 排 放 （即与 能 源 消耗 相 关 的 排 放 ） 。 随 着 全球建筑业 的 持续 增 长 ， 以及 现 有 建筑运 行 能效 的 提 高 ， 隐 含碳 的 重 要 性 将 愈 发 凸 显 —— 预 计 从 现 在 到 2 0 5 0 年 ， 隐 含碳 占 全球建筑部 门总排放的 比 例将达到大约50%。 要将全球 升温幅 度 控 制在1. 5 摄 氏 度 以 下 ， 日 益 严 重的隐含碳问题将 在 我 们剩余的 碳 预算 中 占据相 当 大 的 比 例 ， 政 策制定 者 和 从 业 者 现 在 需 要 解 决 这 个问 题 ， 从 而 发 挥 更 大的 影 响 。 6 碳的时间价值 要 减 少建 筑 在 建 造 和 运 行 过程中 产 生 的 碳 排 放， 最 值得 把 握的机 会在建筑生 命 周期的初期阶段。 隐含碳对应 对全 球 气 候 变化至关重要 ， 因为这些排 放中的大部 分 通常都发 生 在建筑 生 命 周 期的 初 期 。 “ 建筑 2 0 30” 报 告 称 ： “ 运 行 碳排 放 可以 通 过 建 筑 节 能 改 造 和 使 用 可 再生 能 源 来 逐 渐 减 少 ， 而 隐含碳 则不同 ， 建 筑物 一 旦 建 成 ， 它就会被 锁 定 。 如 果 我们 希 望在 20 5 0 年前逐 步 消除化 石燃 料的排 放， 那 么我们现 在 就需要开始 着 手解 决隐 含 碳 的 问题 。 ” 全 球 建 筑 业 正 在 蓬勃 发 展 ， 这 样的 情 况 预 计 还将 持 续 数 十 年 7 。因 此 ，尽 快 减 少 隐 含碳 排 放 是 一 个关键任 务 ， 因为今 天 建 造 过 程 产生的排 放 将在大气 中 留存数 百 年。 减少和避免建筑隐含碳和运行 排 放 是 我们 减 少 大 气 中 二 氧 化 碳 总 量的最 佳 策 略 。 减少隐含碳有助于提高价值 除碳减 排 以外 ， 减少 隐 含 碳 还 可 以提供更 多 价值。 减 少隐 含 碳 通 常 能 够 降 低 项 目 成 本 。 减 少 项 目 中 所需 要 的材 料 用 量是建 筑 师 为 减少 隐 含 碳所 能做 的 第 一 步 。 采购 更少 的 材 料将使业主 和 开 发 商花费更 少 的钱 。 此外 ， 减 少 混 凝 土混 合 料中水泥含 量的碳 减 排 策略 也 可 以降 低 成 本 ， 因为水泥 是混 凝 土 成 本 和含碳 量的 主 要来源 。 使 用重 型木 作为结构 组件 也 可 以 降 低 项 目 成 本 ， 因 为 使 用更 多 的 模 块 化 组件和 更 简单 的 连 接 方法 可 以 加 快 施 工 速 度 。 低 隐 含 碳 产 品 通 常 还 能减少 提 取 、 制 造和 运 输 方 面 的 能源 消 耗 。 如果 低隐 含 碳 产 品 的提 取 、 制造 流程 不 是碳密集 型的 ， 那么 在该 过程 中 自然 就 能 够 实 现节 能 。 这 些 节约 通常 会 帮助 材 料 制 造 商 节约 运 营成 本， 最 终消 费 者 也有 可能 因 此 受 益 。 低 隐 含碳 ， 且 以 全 生命 周期 视 角评 估 建 筑 碳 排 有助 于满 足 绿 色 建 筑认证 的 要求 。 将 隐 含 碳 纳 入认证 的 包 括 英 国 建 筑 研 究 院 绿 色 建 筑 评 估 体系 （ B R E E A M ） 、 世界 银 行 的 绿 色 建 筑认 证 体 系 （ E D G E ） 、 美 国 绿 色 建 筑 委 员 会的L E E D v 4 以 及 国 际 未 来 生活 研 究院 （ I LFI ） 的 零 碳 认 证和 居 住 建 筑 挑战 认 证 8 。www.rmi.org / 8 建 筑 隐 含碳 减 排 低 隐含碳 的 建 筑 设 计 将更 好 地 为未 来 鼓 励或 要 求 低 隐含碳 的 法 规 或 政 策 变 化 做 好 准 备 。在 短 期 内 ，这 些 变 化 可 能 采 用的形 式 包括碳 税 、 建 筑 规范、 采 购政 策 （ 如 “ 购买清 洁能 源” 政 策） 、 发 展激 励手 段或其 他监管 机制等。 尽 管各 地方 不 太 可 能 实施要 求 低隐 含 碳 建筑 设计 的 追 溯性政 策 ， 但按照 低隐 含 碳 标准建 造 建筑将 帮 助 开 发 商 、 设 计 师和 建筑 行 业为 这 些 未 来可 能出现 的 情 景 做 好准 备 。 最 后 ， 减 少 低 隐 含碳 材 料 在 提 取 、 制 造 和 运 输 过 程 中的 碳 排 放 可以 改善工 业中心 附 近 城 区 的 空 气 质 量与公 共健 康 水 平。 这 些 健 康 和 环 境 效 益 对 于 黑 人 、 拉丁 裔 和土 著 人 聚 居 区 ， 及 低收入人 群尤其重要 ， 因为 这些人受到工业排放的 直接影 响最 为 显 著 （ 表现 为 有较高 的哮 喘 和 其 他 疾 病发 病率 ） 9 。 本 报 告 将 为 减 少建 筑中的 隐 含碳 列出一 个 框 架 ， 并 强调 建 筑 业能 够 采取 具 备 经 济 可 行 性的方 法 来 减 少 当 今美国一 些 最 普 遍 的 建 筑 类 型 中的 隐含碳 。第二章： 造成美国建筑中隐含碳的主要材料www.rmi.org / 10 建 筑 隐 含碳 减 排 行业概述 为 了 解决 建 筑 内 的 隐含 碳 问 题 ， 鼓 励 全 行 业 开 始重 视 并 解决 这 一 问 题， 我 们 首 先 需 要了 解 行业内 造 成 隐 含碳 排 放 的 碳 影 响 因素。 建 筑 全 生 命 周 期 评 估向我们 表 明 ， 建 筑 物 的 结 构 通 常 是 其前 期 隐含碳的最 主 要来 源 ， 根 据建 筑 类 型的不同高 达 8 0 % 10 。 然 而 ， 由于 与租 赁 和 周转 相 关 的建 筑物 内部 改 造 相对频 繁 ， 建筑内部改 造 造 成的隐含碳 总量 有可 能 超 过前 期 隐含碳 总 量。 在本报告中 ， 我们主 要关注 于金 属 （ 包括 钢 与 铝） 、 水泥、 保 温材料和木材 等。 其中每种 材料的隐含碳 含 量 各 不 相 同 ， 但 对 我 们 在 此 背景 下的 研 究 都 至 关 重 要。 通 过 分 别 研 究 以下 各 种 材 料 ： 混 凝 土 、 钢 铁、 木 材 和 保 温 材 料 ， 以 更 好 地 了 解 建 筑中的 隐含碳 。 造成美国建筑中隐含碳的主要材料 典型的高隐含碳结构、 建筑围护结构材料和饰面材料 图2： 来源： Mithunwww.rmi.org / 11 建 筑 隐 含碳 减 排 水泥与混凝土 混凝土是建筑 行 业 中 应用 最广 泛 的 结构 材 料 之 一 ， 也 是建筑 中 隐 含 碳 的主 要 来 源 。 事 实 上， 全 球 混 凝 土 的 使 用 量 超 过了 除 水 以 外 的 任 何 其他 材 料 11 。 混凝土 的 每一 种组成材 料都提 供 了 减 少 隐含 碳 的 机 会 ， 但 混 凝 土 中 的 高 隐含 碳 主 要来 自 一 种关 键 成分的制 造—— 普 通 波特兰 水泥 （硅 酸 盐水泥） 。 硅 酸 盐水泥 是 美国混 凝 土混合 物中最常 见的胶 凝 粘合剂 ， 而 美国水泥工业是美国排放的最主要来源之 一 ， 每年会排放 6830 万 吨二 氧 化 碳 当 量 12 。 外 行可 能会认为 “水泥” 和 “混凝土 ” 是一回事 ， 它 们实际 上 是 不 同 的 材料 ， 而了 解 它 们 的不 同 是 探 讨 其 隐 含 碳 问题 的 关 键 。 要 建 造 一座 建 筑， 专 业 人 员 购买的是 混 凝 土 （ 含 有 水 泥 ） ， 而 不是 水泥 本 身 。 水泥 与 水混 合 作 为粘 合剂 使 用 ， 将 砂 石颗粒 （ 骨料 ） 粘 在一起 形 成混 凝 土 。 水泥的制造一 般较 为 集 中 ， 而 将 水 泥 、 水 和 骨 料 拌 合成 混 凝 土 的工 作 却 高 度 本 地 化 ，这 是 为 了 尽 量 降 低 运 输 重 骨 料 的 成 本 。 在 水 泥生产过 程 中 ， 近60%的 二氧 化 碳排放来 自 生产 水 泥 中 间成分—— 熟料时 发 生的化学 反应 13 。由 于 这 些 排 放 是 化 学 反应的结果 ， 它 们不 能通过提高 能源效率 或更换燃料 来减 少 或 消除 。 因 此 ， 减 少 水泥 隐 含 碳 的 一 种 方 法 是 用粉 煤 灰 和 矿 渣 等 辅 助 胶 凝 材 料（ S C M ）替 代 一 部 分 水 泥 ，或 使 用 无 熟 料 水泥替 代硅 酸 盐 水泥 。 然 而 ， 由 于 辅 助 胶 凝 材 料 能 够 降 低 混 凝 土 中 的 隐 含碳 ， 因 此 其 需 求 量很 大 14 ， 而 可 用 的辅助 胶凝材 料 正 在 减 少 。 例如 ， 因 为 以 煤 炭 作 为 燃 料 的 发电 厂 越 来 越 少 ， 煤 炭 发电 的 副 产品 粉 煤 灰 的 供 应 量 正 在 下降 。 优 质 骨料 具 有 更 好的 附 着 力 和 其 他 性能 ， 因 此 可 以 减 少生 产 混 凝 土 所 需的 水 泥 用 量 。 在 某 些 情 况下 ， 甚至 可 以 选 择 进 口 骨 料 ， 因 为通 过 骨 料 的 更 好 特 性 来 实 现 的 减排 足 以 弥补因 骨 料 运 输 增 加 的 碳排 放 15 。 水 泥生产 过 程 中 ， 剩余40% 的 二氧 化 碳排放来 自 于 熟 料 生产 过程 中 加 热 窑炉所 燃 烧 的 化 石 燃 料 。 水 泥 生 产 电气 化 ， 以 及 使 用 生 物质 等 其 它可 再 生能 源 作 为 替 代 燃 料 ， 可 能 有 助 于 减 少 这 一 阶段 的 碳 排 放 ， 但 这 些手 段 目 前还 处于 开 发 和 应 用的 早 期阶 段。 研 究人员正 在探索碳 捕获技 术 ， 将 捕集和储存 水 泥窑 排 放 的 碳 作为一种 潜在的 解决 方案， 但 这 些 技术尚未 投入 市场。 由 于 与 水泥相关的碳排放 量非常大 （ 每生产 1 公 斤 水 泥 几 乎 要 排 放 1 公 斤 二 氧 化 碳 ） ， 许 多 研究 人 员 正 在 研究 新 兴 技 术 来 解 决 这一 问 题 16 。 如今的技 术 可 以 帮 助制造 商 以 具 有 竞 争 力 的 价格生 产 出 排 放已 大 幅 减 少 的 水 泥 产品， 新兴 技 术 还 可 能生产 出 零 隐 含 碳 水 泥 ， 甚 至是净 负 碳 产 品 17 。 据估计 ， 建筑建造业对混凝土的需求 占 美国硅酸盐水泥生 产总 量 的 5 1% 18 。 鉴 于其 在 建 筑 施 工中 的 普 遍 应 用 ， 我 们 必 须 解决 这种 材料的高 碳 强 度问题 。 落基山研究 所即将 发布 的 一 份 指南 概 述 了 混 凝 土 预 拌 料供 应 商、 开 发商 和 承 包商 如 何利用 成 熟的 且具 备经济可 行性 的解 决方案来降 低混凝土 中的 隐含碳 。www.rmi.org / 12 建 筑 隐 含碳 减 排 钢铁 美国钢铁 业每年排 放 1.0 4 6亿吨 二氧 化碳， 占 美国总 排 放 量 的2% 19 。 自 1990年 以来 ， 钢铁业 的 排放量 已 下 降约60% ， 这 主 要 是 由 于 技 术的 改 进和废钢 回收率的 提 升 20 。即 便 如 此 ， 钢 铁 仍然 是 建 筑 环 境中隐含碳 排 放的重 要来 源 。 从理论上 讲 ， 材料替 代 或 生 产过 程 中 非化 石 能 源的 应 用 ， 都 可 以 将 这 些 隐 含 碳排放减少 到 零 。 美 国 钢 铁 行 业 以 综合 钢 厂 为 主， 主 要 采 用 氧 气 高 炉 炼 钢 。 近 几 十 年 来 ，转 向 使 用 更 高 效 的 电 弧 炉（ E A F ），将 废 钢 作 为 主 要 原 料 。 在 20 1 6 年 美国生 产 的所 有钢 铁中 ， 7 0 % 是 使 用 高 效 电 弧 炉制造的 21 ， 这 一 转变 确实 减 少 了 钢 铁 的 碳 足 迹 。 然而 ， 钢铁生产仍然是一个能源高度密集的过 程 ， 用 于 建筑部 门 的钢铁 每 年要排 放 4 6 0 0 万 吨 的 二氧 化碳 22 ，因 为 电 弧 炉 的 碳 排 放 直 接 取 决 于 其 电 能 来源是否 清 洁 。 如今 ， 减 少结构钢隐含碳 最 直接的方 法是选择 使 用清洁能 源或非化 石 能 源 生 产 的钢铁 ， 例如使 用 水 电、 可再 生氢 、 光 伏 或 风电 23 生 产 的钢铁。 尽 管 零 碳钢 目 前 尚 未 达到 能 够 投 入 市场的成熟度， 但选择高效钢厂 生产的钢将确保 生产过 程 中 使 用 更 少 的 能 源 。 如 果 与 更 清 洁 的电 力 结 合 起 来， 这 一 步 骤 就 可 以 发 挥明显 的作 用 24 。 美 国建筑主要 采用 钢结构体 系。 2 0 1 7 年 ， 钢结构 建筑在所 有 新建 建筑中 占有 46%的市场份 额。 混 凝土和木材的市场份 额分 别 为 34 %和 1 0% 25 。 通 常 被嵌 入 结 构 混 凝 土的 钢 筋或 “ 螺纹 钢 ” 也 是 钢的 主 要 用 途 。www.rmi.org / 13 建 筑 隐 含碳 减 排 木材 木材在建筑建造领域 已经使用 了 数 千年 ， 至今仍是应用 最 广 泛 的 建 筑 材 料之 一 。 2 01 7年， 美 国 仍 然 有 6 2 % 的 木 材 制 品 应 用于建 筑 行业 。 虽 然 过去木 材通常 用于建 造 独 栋 住 宅 和 低 层 建筑 ， 但随着 木材 产 品成为 更多 碳密集 型混 凝 土 和 钢铁 的 有 效 替 代 品， 木 材正 在 被 世 界 各地 越 来 越 多 的 用 于 建 造 高 层建 筑 。 随 着 创 新 的 设 计 策 略 和正 交 胶 合木 （ C L T） 等工程 木 材 产 品 的 引 入， 木材 正稳步 成为低层和 多 层建筑更可行的结构材 料 。 随 着 钢 铁和 混 凝 土 成 本 的 上 升 ， 木 材 产 品 的成 本 效 益 使 其 吸引了 更 广 泛 的 兴 趣 ， 而 且 木 材 产 品 在 设 计 灵 活 性、 施 工 速 度和减 少环 境影响方面还 具有附 加优 势 。 虽 然 正 交 胶合 木尚未 在 美 国 广 泛 使 用 ， 但 木 结 构 与 混 凝 土 的 复 合 结 构 体 系 （即建 筑 首 层 或 底 座 几 层才 用混 凝 土 结 构 ， 之 上修建 木 制 结 构 ）正 越 来 越 受 欢 迎 。 木 材 甚 至 可以被 认 为 是 一 种净 碳 封 存 材 料， 因 为 树 木 生长 过 程中 吸 收 的 碳 会 超 过砍 伐 和 制 造 过程中 排 放 的 碳 。 然 而 ， 这 一 计算方法取 决 于树 木 种 植 和 砍 伐 的 方法， 以 及 对 材 料寿 命 结束 后处 理 方式 。 将 木材 视为碳 封存 材料是 业内专家争论 的焦 点， 争论主要围绕不同的林业和采伐做 法及 其对 排 放 的 影 响 而 展 开 。 然 而 ， 在作 为 结 构 材 料使 用 时 ， 木 材通常 被 视为 钢铁 和 混 凝 土 的 一 种 低 碳 替 代品 。 为 了 充 分 了 解木制材 料的 影响 ， 环 境评估 必 须 首 先 考 虑到森 林管理和采伐做法的差异 ， 因为这些做法上的差异会造成 碳固存量的 巨大差异。 例如 ， 全 球 森林管理 委员 会 （ FSC ） 对 以 可持续方式生产的木材 产 品进行认 证， 选择FSC 认 证 的 产品 是 朝 着 使 用 低 碳 木 材产品 方 向 迈 出 的 积 极 一 步 26 。然 而 ， FS C 所 认 证的 产 品并不 是 可 持 续 采 伐 木 材的唯一 来 源 。 没 有 以 可 持续 的 方 式采伐木材 ， 所造成 的 生态破 坏 、 土 壤退 化 的 加 剧以 及 使 用 石油 基 肥 料 都 会 大 幅 增 加 木 材 产品 的 隐 含碳 含 量 。 随 着 对 木 材 产 品 需 求 量的增 长 ， 确 保 以 可 持 续的林 业 管 理 方 式来满 足 这 一需 求 是至关重要 的 。 否 则 ， 更 广 泛 地使 用 木材 作为 建 筑 产 品 可 能 会 增 加 碳 排 放 ， 并 破 坏 生 态多 样性 27 。 保温材料 保温产 品对 于 建造可高效运行的 建筑至关重要 。 虽然它 们 可能 在 整 个 建 筑 成 本 中 占比 相 对 较小， 但它们 可能 是 造 成 建 筑 隐含碳 含 量高的重 要 原因 。 这 类 材料产 品的 隐含碳 影 响 跨 度 范 围 极 大 ， 有 基 于石 油 化 工 的 碳 密 集 型 产 品， 也有 负 碳 产品 。 例 如， 硬 质 或 喷 涂 泡 沫 产品 的 碳 排 放 最 大 ， 而 生 物 基 材料 i （ 如 天 然 纤 维 隔 热 层 ） 的 隐 含 碳 量很小， 甚 至 被 认 为 是 净 碳 封 存产品 ii 。 产 品的 保 温 性能以 热 阻 或 导 热系数 来 表 示 ， 不同 材料 类 型的热 阻 不同 ， 数 值 越 高表 示 保 温 性能 越 好 。 与 碳密集 型 材 料相 比 ， 生 物基 材 料的热阻 往往 低 ， 需要使 用 更 厚的材 料 才能达到同等的保温效果。 图3 展 示 了 与 各 种保温 材 料相 关 的 前期隐 含 碳排 放 。 i 完全 或 部 分 源 自 生 物 质 （ 植 物 ） 的 材 料 或产 品 ， 如纤维素和 天然棉纤维绝缘层 。 i i 净 碳 封存 产 品 指 的 是 ， 其 生 命 周 期 中 碳 封存 量 大 于 碳 排 放 量 产 生 净 碳 封存 效 果 的 产 品 。 例 如 生 物 基 材 料即 为 一 种 典 型 的 净 碳 封存 材 料。www.rmi.org / 14 建 筑 隐 含碳 减 排 未来发展方向 尽 管 目 前 已 经有 了 一 些 具 体的隐 含 碳 减排 策略 ， 但 要实 现这 些减排仍 要 面对很多 重大障 碍 。 高 成本 的 负 担 ， 行 业对 变 革 的抵制 ， 都阻 碍 了 此类 工 作的推 进 。 错 误的信 息和可 用 产 品 的稀 缺 ， 造 成 了 一 些 误 解 ， 认 为低隐 含 碳 产 品的 使 用 或 采 购 更为 复杂 ， 或 它 们的强度或质量 较差。 此外 ， 大多数行 业决 策 者 和 开 发商 仍 然 对 隐 含 碳 方面 的 信息 不 够了 解 ， 因 此 不知 道 如 何 在 一 开 始 就 要 求 使 用低 碳 产 品 ， 或 者 他 们可 能不 了 解 有 什 么 工 具 可 以 帮 助 他 们 识 别并跟 踪 项 目 的 排 放 。 但 其 实 结 构工 程师、 建 筑师 和 其 他 技 术 人 员 可 以 通 过 使 用 现 有的 工 具 和资 源 ， 以 极 低 的成 本 大 幅 降 低 新建 筑 项 目 中的 隐 含碳 排 放 （ 详 见 第 三 章 节 ）。 除 了 本 报 告 所 述 之 外 ， 还 有许 多材 料 和 建 筑设 计方 法可以 大 幅 减 少建 筑中的 碳 排 放 。 以 下章节 提 供 的 解决 方 案 和 案例 研 究 可 以 帮助 开 发商、 设 计 师 和 建 筑 从 业者 在当今 最 佳 实 践 的 基 础 上 实 现 建 筑低 隐 含 碳 排 放 。 保 温 材 料 的 隐 含 碳 含 量（ 千 克 二 氧 化 碳 当 量 ） 图3： S o u r c e : C h r i s M a g w o o d , O p p o r t u n i t i e s f o r C O 2 C a p t u r e a n d St o r a g e i n B u i l d i n g M a t e r i a l s , 1 0 . 1 3 1 4 0 / R G . 2 . 2 . 3 2 1 7 1 . 3 9 2 0 8 , 2 0 1 9 . 注 ： 排 放 的二 氧 化 碳 当 量基 于 R 值 为2 0 的 材 料 在 2 3 4 平 方 米 情 况 下的 计 算量 。第三章： 有效减少隐含碳的解决方案与策略www.rmi.org / 16 建 筑 隐 含碳 减 排 对 减 少建筑物内隐含碳的解决 方案和策略建立共识 ， 是深 挖 低 隐含 碳 建 筑 的 经 济 价 值和 技 术 潜 力 的 第 一步 。 低隐含碳解决方案的特征 如 今 ， 有 许 多 解决 方 案 可 以 用来 限制 新建 筑 的 隐 含碳 排 放 。 低 隐含 碳 解 决 方 案 包 括 许 多 各种 复杂的 特 点。 最 简 单地 说 ， 建筑 的低 隐 含 碳解 决方 案 可 以分 为 三 个 大类 ： 整 体 建 筑 设 计 、 材料替 代 和 低 隐含 碳材料 选 型 。 总的来 说 ， 整体 建筑 设计 方案可 以 带来最多 的隐 含 碳减排。 不 过 ， 材 料 替 代 和材料 选 型也 可 以实现 显 著的隐含碳 减排 ， 特 别是当 这 些 解 决 方案的 目 标 是碳密集 型 材 料 ， 如混 凝 土 和钢铁。 此 外 ， 这 些 类 别 并 不 是 相 互 排斥 的 —— 它们 可 以 共 同 作用 ， 从 而 推动 更 深 层 次的 隐 含 碳 减 排 。 每种策略对 应的例子 仅 仅 触 及 了 可 能的低隐含 碳 解决 方案 的表面 。 随着 低隐含碳 建筑在全 球各 地普 及 度的提高 ， 新的设计策 略 可能 会 证 明 其 更 具 影 响 力 。 材 料 的 生 产 过 程 可能 会 更 加 高效 ， 建筑 风格 可 能 会 发 生改 变 —— 所 有 这 些改 变 都 会围绕 低 隐 含 碳 这一主 题 展 开。 整体建筑设计 在建筑 设计的最初阶段， 要 求项 目 在满足 功能性要 求的同时 减少隐 含碳 。 这 些 策略 包括对 既 有建筑的适 应 性 再利用 ， 减 少 项 目 的 总 占地 面 积 ， 使 用更 高 效 的 结 构 体 系 ， 使 用 预 制系 统 或 组件 ， 以 及 在 设 计 上 尽 量 减 少浪 费 。 举例 尽 量 减 少建 筑中 使 用 的 材 料 总 量 ， 特 别 是 混 凝 土 、 钢 铁 和 石 化 基 保 温 产品 等 高 隐 含 碳 材 料， 可以 显著 减 少项目的 整 体 隐 含 碳 。 影响 为提高结构效率 和节 省材料而做的设 计 可 以 产生附 加效 果 ， 即更轻 质 的 结 构 可 减 少材 料用 量 和 对 地 基 的 要求 。 这 可 以 直 接 节 省 材 料成 本。 关键考虑因素 以 单位 面 积 二 氧 化 碳 当量 千 克 数 为单位 来 追 踪 隐 含碳 ， 是 量 化 建 材 隐含 碳排放的 关键指标。 结构 工 程 师通 常会 自 动地根据经济性来进 行 高 效 的 设 计 ， 但由 于 他 们 在 一 个 与 建 筑师 共 享 的 框 架 方 案 内工 作 ， 所 以 工程师 和建 筑师需要一种 合 作的方 式 来实现 更 深 层 次的 隐含碳 减排。 材料替代 直接将一 种材料替换为 另 一 种材料 ， 既能满足原始设计的功能性要 求 ， 又能 降 低 其全 球变 暖 潜能 值 （ GWP ） 。 举例 选 择 纤 维素化 合 物 作为保 温材料来 代替石 油基保 温材料 （ 如挤 塑 聚 苯乙 烯 泡沫 塑料 ） ， 既可 以 满足同样的功能需求 （ 保 温 ） ， 同时 还能 大 幅 减 少 整 个项目的 隐 含 碳 。 影响 在 某 些 情况 下 ， 保 温 产 品 可 能 导 致 近 零 或 净 负 （ 封存 ） 碳 排 放 。 关键考虑因素 选 择 材料 时 ， 重 要的是 要 考 虑它 们 的功 能 性 表 现 。 对 保 温 产 品 而言 ， 包 括它 们 的隔 热性能 、 物 状 因子 （ 如 吹 塑制品、 硬板 、 棉絮） 和其 他 性 能质量 （ 例 如气 密性 、 防 火 和 驱虫 等作 用 ） 。 有效减少隐含碳的解决方案与策略www.rmi.org / 17 建 筑 隐 含碳 减 排 在设计和建造过程中应用低隐含碳解决方案 在 建筑 建 造 或改 造 过 程 中 ， 降 低成 本 和碳排 放的最有效 途 径是 在 设计过 程 的 早期 设定 隐 含 碳 目 标 并 进行分 析 。 在 初 期 阶段 对 隐 含碳 的 优 先考 虑将 使 设 计 团 队 能 够 基 于建 筑 整 体 设 计 的 解 决 方 案 ， 以 实 现 显著 的 隐 含 碳 减 排 。 在 项目早 期 确 定 设 计 解决 方 案 十 分 重 要 ， 因 为随 着项 目 的 各项 工 作 逐 步 确 定 ， 对 其进行 基 础 性更 改 的 难度将 越 来越大 ， 成本 也 会越 来 越 高。 材料替 换和选 型等 其 他干 预 措 施 自 然而然 地会 出现 在 设 计 过 程 的 后 期 ， 即 项 目 更 明 确 的 时候 。 仅替 代 和 指 定低 隐 含 碳 材料 就 可 以 对新建 或 改 造项 目 的 隐含 碳 产 生 重 大 影 响 。 减 少 隐 含 碳 的 策 略 存 在 于 设 计 过 程 的 每 个 阶 段 ， 从预设 计 、 选址到入 住 （图4 ） 。 执 行这些策略是众多 利益相关方 的责 任 ， 需要 超 越 标 准 做 法 的协同合 作 。 为 了 培 养 执 行 这 些 策 略 所需的 紧 密 合 作 关 系 ， 很 关 键 的一 点 在 于 项 目 所 有 者 应 将建 筑师、 工程师、 能 源 或可持 续发 展 顾问、 承包商 （ 如 果 可 能 的 话） 及 其 他 主 要 利益 相 关 方 在 项 目 开始 时 召