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零碳共创 | 从材料出发,探索建筑减碳之路
    建筑师

    奥雅纳 · 2023-09-25 09:44:45

零碳共创 | 从材料出发,探索建筑减碳之路

© Arup/Tongji University/M-Seen

建筑业是温室气体排放的一大来源,建筑减碳是实现碳达峰、碳中和的关键。建筑全生命周期碳排放主要包括隐含碳和运营碳。通常,建筑材料占整个建筑生命周期隐含碳的90%以上,因此控制材料隐含碳将对降低碳排产生快速而积极的影响。

过去一年,奥雅纳和同济大学以及低碳&可持续材料平台“材见”开展合作研究,围绕建筑材料,制定针对建筑隐含碳的减碳策略。

Q1

如何为传统建材制定有效的减碳策略?

混凝土和钢材是最常见的两种建筑材料,广泛应用于结构和基础,在常规商业项目的隐含碳中占比通常高达60%。通过减少生产、绿色加工及循环利用等手段,可显著减少建筑碳足迹。

此外,作为最传统的建筑材料之一,木材的碳排放密度更低,增加木材的使用将有效减少建筑的隐含碳排放。然而,木材的不确定性、耐火性、耐久性,和声学性质等问题,制约了其在建筑中的广泛运用。

策略

混凝土减碳:减少水泥生产

在混凝土原材料碳排放中,水泥的碳排放量占比达85-90%。在混凝土生产过程中,一半以上的碳排放来自水泥生产过程中能源消耗和化学反应所产生的二氧化碳。

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© M-seen/Arup

因此,实现低碳混凝土最直接的方法是减少水泥的使用。

案例 | 伦敦摄政广场

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© Arup

摄政广场是英国最可持续的总部大楼之一。这个位于伦敦的可持续商业办公重建项目最大程度地保留和重复使用了原有结构和外立面,获得BREEAM杰出评级。奥雅纳践行一体设计的理念,建筑师、工程师等专家在多专业协作中共同完成了设计。

扩建工程新增约1.3万平方米的净楼层面积。通过保留和扩建原有结构,我们避免了3.5万吨混凝土和1900吨钢筋混凝土和结构钢材的拆除,节约了相同面积的新材料。该项目使用了大量低碳混凝土——使用70%的矿渣替代水泥。最终,建筑的单位面积碳足迹为136kgCO2e/m2,达到了SCORS A评级。

策略

钢材减碳:绿色加工与循环利用

钢材的生产过程中,高炉冶炼工艺能耗较大。在钢结构加工阶段产生的隐含碳排占比最高。针对钢材减碳,最有效的方式为使用更环保的加工方式,或直接使用回收和再利用废钢、废料和废弃物等资源。

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© M-seen/Arup

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© M-seen/Arup

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© M-seen

案例 | 伦敦布伦特十字换流站

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© Arup

布伦特十字换流站位于伦敦巴涅特区,该换流站由钢框架结构支撑,设计旨在满足布伦特十字能源再生计划的需求。

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© Arup

▲ 利用可回收钢材的结构设计

奥雅纳在项目中倡导循环经济概念,45%的柱子皆由可回收的圆管构成。设计团队需要优化设计,尽可能提高回收钢的利用率,以达到预期节碳效果。

策略

善用木材:天然可持续材料

与混凝土和钢材相比,木材在制造、运输及建造过程中的排放密度更低。树木的光合作用使其在成长过程中吸收二氧化碳,具有良好的固碳属性,许多国家及地区将增加森林面积作为净零排放的一项重要策略。

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© Arup

为解决木材的耐火性及隔声差等问题,奥雅纳研究木混合结构,在全球各种类型的项目中实践木结构设计。

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© Arup

▲ 奥雅纳全球木结构项目

案例 | HAUT

高73米、21层,奥雅纳的多专业团队与开发商和建筑师合作,在阿姆斯特尔河畔建起一栋革命性的混合木构住宅楼——HAUT,成为世界最高的混合木构建筑之一。

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© Jannes Linders

在尽可能使用木材的设计原则下,大楼仅在如地基、地下室和核心部分等必要处采用混凝土和钢材。项目结构设计使用了超过2000立方米的木材,相比传统建筑,减少了50%的碳足迹。考虑固碳效应,HAUT的结构可存储大约1800吨二氧化碳。

Q2

材料创新如何促进建筑减碳?

在新材料的研发方面,软木、微藻、菌丝体等新型材料被运用于建筑创新,并取得了积极成效。除了结构材料,在建筑外立面以及室内使用低碳材料对降低建筑隐含碳亦至关重要。

策略

软木:兼具舒适与环保

作为一种环保的天然材料,软木具备良好的防火、隔热及隔音性能,在建筑设计中应用越来越广泛。此外,软木还具有轻质、柔软、耐久等特性,可用于制造地板、墙板、天花板、隔板等建筑材料,也可制造家具、鞋子、软木塞、玩具等其他产品。

案例 | Cork House

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© Arup

Cork House位于英国伯克郡的乡村地区,是一座由英国建筑师Matthew Barnett Howland、Dido Milne和Oliver Wilton联合设计的住宅项目。奥雅纳提供专业的技术和管理支持,协助项目实现了软木材料的最大化利用。

软木材料被广泛应用于Cork House建筑结构和外墙装饰。例如,软木板材被用作外墙材料,软木板材、软木栓和软木层压板被用于建筑结构中的墙、屋顶和地板。采用软木材料不仅可以降低建筑能源消耗和减少碳排放,还可提高室内的舒适度和健康水平。

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© Arup

此外,Cork House还采用了预制模块化建筑技术、可再生能源和可持续水资源管理方案等,推动绿色建筑的发展和创新。

策略

微藻:生物减排助力循环生态

利用微藻技术可有效地降低城市污染物排放,同时实现资源回收和再利用,具有很高的经济和环境效益。除了在生产生物质和能源方面的应用,微藻还可用于生产食品、饲料、化妆品和医药等产品。在农业领域,微藻可用于制造有机肥料和农药,提高农业生产的效率和质量。

案例 | SolarLeaf幕墙系统

德国汉堡微藻项目利用城市污水中的营养物质培育大量微藻,并将其用于生产生物质和能源产品。

这些微藻被种植在一个称为光生物反应器的特殊系统中。通过利用太阳能和微生物进行生物反应,可以在光照的作用下促进微藻的生长和繁殖,并吸收污水中的营养物质和二氧化碳,将其转化为生物质或能源产品,如生物柴油、生物天然气和电力等。

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© Colt Arup SCC

奥雅纳为项目提供了专业的技术和管理支持,协助项目团队实现了微藻技术在城市生态循环中的应用,推动了城市绿色转型和可持续发展。我们与合作伙伴共同研发生物反应性立面SolarLeaf,利用藻类生物能给建筑供能,属全球首创。

策略

菌丝体:吸音材料塑造宜居环境

与传统吸音材料相比,菌丝体吸音系统优点众多。首先,它采用环保的生物材料制造,有效减少了对环境的影响和污染。其次,菌丝体材料具有很好的生物降解性能,可实现资源的回收和再利用。该吸音系统亦能提高建筑内部的舒适度和健康水平,为人们创造更加宜居的生活环境。

案例 | FORESTA菌丝体吸音系统

奥雅纳和MOGU共同研发了一种新型的环保吸音材料——菌丝体吸音系统,采用了菌丝体技术和生物质材料制造技术。

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© Arup

该吸音系统主要由菌丝体吸音板和菌丝体吸音隔板两部分组成。菌丝体吸音板采用菌丝体材料,吸音效果和环保性能优异,在吸收建筑内部声音的同时,具备防火、防潮功能。菌丝体吸音隔板则采用了生物质材料,如竹材或木材,可有效隔绝建筑内部的噪音和声音。

奥雅纳零碳共创服务

可持续发展是奥雅纳设计的核心。我们凭借专业经验、多元思维和技术创新,为客户提供优质的零碳共创服务(C0-CREATE),共同打造高质量的绿色低碳项目,助力城市绿色升级、引领行业绿色变革。

近期,受香港绿色建筑议会(HKGBC)委托,奥雅纳和材见合作,全面梳理绿色产品的分类以及评价标准,结合国际及国内的经验,帮助HKGBC扩大绿色材料的推广应用以及影响力。

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© Arup/HKGBC

▲ CIC HKGBC 绿色产品认证平台

未来,我们将从咨询、设计,到探索低碳材料、项目落地展开进一步合作,为客户提供全过程低碳及可持续材料咨询服务,为隐含碳减排做出贡献,塑造安全低碳、可持续、具韧性的未来。

业务垂询,请联络:

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陈自强

奥雅纳主任工程师

一体化可持续数字设计 (TSDD) 经理

jason.chen@arup.com

阅读:1283
2023-09-25 09:44:45

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