基于LCA的建筑生态设计方法

引言

随着城市化进程的加快、建筑规模的加大，建筑业给环境带来的负面影响日益突出。据统计，在我国，35%的环境影响、40%的碳排放与建筑业相关。为了改善这一情况，转变观念发展绿色建筑迫在眉睫。

如何实现绿色建筑是人们普遍关注的问题，以生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）结果为基础的生态设计理念是帮助实现绿色建筑的 “法宝”。早期环翼的软文《“绿色建筑”与生命周期评估（LCA）》阐述了LCA在推动绿色建筑发展中的重要作用。本期环翼将更加深入地介绍如何有效地利用LCA结果，将基于LCA结果的生态设计理念纳入到绿色建筑的实际工作中。

 

LCA方法与生态设计理念两者相互联系，可共同服务于绿色建筑。一方面，生态设计就是设计人员充分考虑建筑整个生命周期的潜在环境影响，从而有利于建筑的建造者和使用者在建造和使用前后能采取合理的措施降低产生的环境影响。另一方面，LCA的结果可以指导设计人员的设计实践，开展面向环境的设计。下面将分享几个基于LCA结果的建筑生态设计方向，以助您了解如何应用LCA结果开展生态设计。

建筑材料的选用

建筑材料作为建造建筑物和构筑物的基本原料，包括水泥及其制品、木材、石材、钢材、玻璃、陶瓷、建筑塑料、涂料等。建材的使用直接关系到绿色建筑的环境性能。因此，在建筑设计阶段选择材料时，除了要考虑其功能外，还需考虑到材料的环境表现情况。而对各种建筑材料开展LCA是了解其环境表现的重要方式。通过核算各种材料的生命周期环境影响，可为设计师们选择材料（包括种类、用量、产地等因素），开展设计做出参考。以达到在保障功能的同时，实现环境效益的最大化。例如有学者利用LCA方法对8种建筑材料的能耗和温室气体排放情况进行核算，发现对于住宅建筑来说混凝土的能耗量占建筑物化能总量的61%，混凝土生产过程的CO2排放量占建设期CO2排放的99%。设计师们若也做了同样的分析，即可依据分析结果在建筑设计过程中减少混凝土的使用，加大其替代材料的使用。此外，设计师们还可对几种不同材料配置的方案进行比较性LCA分析，以确定最优的材料配置方案。

建筑及其构建设计方案的选择

基于LCA结果开展建筑生态设计的另一个主要方向是利用LCA结果支持建筑整体及其构件设计方案的选择。如对建筑高度、建筑朝向、墙体外保温厚度、窗墙比（窗墙比是指单一朝向外窗(门)面积和墙面积(含窗面积)的比值）等进行设计时可以先对几个不同设计方案开展LCA，了解不同方案间的环境影响情况，从而做出更加节能环保的设计。例如有学者对几种窗户类型下各个朝向的窗墙比设计方案开展了生命周期评价分析，得出普通窗户的窗墙比对建筑生命周期评价结果的影响较大，此时北向窗墙比越小越好；而中空窗对建筑生命周期评价结果的影响较小，环境影响随着窗墙比的加大略有增加。设计师们依据这一分析结果设计窗墙比时，可采用以下策略：若采用普通窗户则需尽量减小北向窗墙比；如选用中空窗户则可以适当增大窗墙比的量。（需要说明的是每个LCA案例分析都有其背景条件的限制及参数的设定，其结论并不具有普适性，这里只是提供一个思路供大家参考。）

其他建筑生态设计方向

基于LCA结果的生态设计还可应用到以下的一些环节上：建筑结构型式的选择、采光设计、通风设计、建筑运前期行阶段能源与水资源利用方案的设计、建筑拆除后废弃材料的回收利用方案等等。

然而，对建筑开展生态设计并不是使某一环节的环境表现最优，而是综合考虑各个环节的环保性能，且在实际应用切实可行的情况下，得出一个总体最优的设计方案。如有些材料本身的环境影响较大，但其却有助于保温节能，这种情况下则需综合考虑两方面的情况，通过调节这种材料的使用量等措施实现总体上最环保的设计。因此，将各个环节设计完毕后需利用建筑整体综合的环境影响状况来支持最终的设计方案选择。瑞士的一项研究利用Simapro软件针对12个公寓大楼全生命周期（“摇篮到坟墓”）的环境影响进行了综合性地评价，并且做出了比较性分析（如下图所示）。可以看到该研究将12栋公寓根据规模分成了三组，分别进行了比较。通过这样比较一来可以看出建筑规模对建筑环境表现的影响，二来可以在相同规模的不同建筑中找出总体环境表现最优的建筑。实际设计时也可参考这种方式，首先确定建筑规模这类指标，而后再提出几种设计方案（包括各个环节的具体设计），最后利用LCA对几种设计方案进行综合性地环境影响评价，基于评价结果选择综合环境表现最优的设计方案。当然这只是从环境的角度考虑设计方案的选择问题，实际情况下还需要综合经济、技术等多个因素后，做出最终的决策。

结语

发展绿色建筑是建筑业转型的重要方向，而绿色建筑的实现有赖于建筑设计师们的“英明决断”。在建筑设计中融入全生命周期的系统观和生态设计理念是建筑设计师们的最佳选择！

环翼推出的1米1生态设计平台容纳了涵盖多种建筑相关的基础数据，无论您是房地产商还是建筑材料公司，该平台可助您开展建筑的LCA和生态设计。如有需要请与我们联系（邮箱：support@1mi1.cn）。