我国典型断桥铝合金窗生命周期评价研究

文/赵春芝 蒋荃 马丽萍

1.中国建材检验认证集团股份有限公司，北京，100024；2.国家绿色建材重点实验室，北京，100024；3.中国建筑材料科学研究总院

1 引言

外窗是建筑物的重要组成部分，具有采光、通风、保温、隔热等作用，与外墙、屋顶构成建筑物的外围护结构。外窗在围护结构中占的面积一般只有总面积30%左右，但能耗损失却占建筑围护结构体的50%以上，是住宅围护结构保温性能最薄弱的部位。在国家建筑节能政策下达到各地建筑节能设计标准的节能型门窗的市场占有率为60%，根据不同地区气候环境特点，选用效果适合的节能门窗，是极其必要和现实的，对实现建筑节能意义重大。各种新型节能门窗层出不穷，在达到相同节能效果的情况下，哪类门窗是绿色的？断桥铝合金窗作为国内高档节能窗占有较大的市场份额，对其开展绿色度评估对发展绿色建筑具有重要意义。

生命周期评价（Life cycle assessment， LCA）是量化、系统化评价产品生命周期中资源、能源消耗和污染物排放造成的环境影响的标准化方法，被认为是评价产品环境影响的最佳方法。目前已渗透到各种行业各种产品的关键决策中，国际许多国家的绿色建筑认证和建材的Ⅲ型环境声明都引入了LCA方法，在产品的碳排放、清洁生产、生态设计、绿色采购领域的应用，已得到社会的广泛承认。对窗的生命周期评价，国际尚未有相关报道，本研究基于LCA方法，对典型断桥铝合金窗的生命周期环境影响进行了计算与评价，旨在阐明我国断桥铝合金窗生命周期环境影响现状，以期为本地化建筑用窗LCA数据库的建立及绿色建筑生命周期环境负荷评价提供数据支持。

2 典型断桥铝合金窗的评价

2.1 系统边界定义

断桥铝合金窗的型材采用穿条工艺，利用增强尼龙将铝窗框的内外隔离以绝内外能量的交换制成的一种新的隔热型的铝型材，可实现门窗的三道密封结构，合理分离水汽腔，成功实现气水等压平衡，显著提高门窗的水密性和气密性。根据框厚度的不同分为60、70、80等不同系列。

本文界定的门窗系统边界，从资源开采、原辅料生产及原材料运输、能源生产、产品生产到产品出厂为止（即从“摇篮到大门”），见图1。具体计算不包括使用和废弃阶段，但是考虑在使用和废弃阶段窗的环境影响的指标体现。

原材料生产（铝型材、玻璃、PVC、木材）；

辅料生产（隔热条、角码、硅酮密封胶、胶条、锌合金）；

能源生产（电力）；

公路运输（主要原辅材料的公路运输）；

e) 窗的组装

本文界定的窗系统边界包括资源开采、原辅料生产（铝型材、玻璃、PVC、木材、隔热条、角码、硅酮密封胶、胶条、锌合金）及原材料运输、能源生产（电力）、产品生产，即从“摇篮”到“大门”（见图1）。

图1 断桥铝合金窗生命周期系统边界

2.2 功能单位确定

基于窗的生产现场数据统计及市场交易的一般规则，以m2窗为功能单位。

2.3 系统描述

（1）铝合金表面一般都有涂层，因添加量较小（小于1%），且对碳排放的贡献值小（小于2%），本文将涂层的碳排放予以忽略。

（2）浮法玻璃到Low-E玻璃的能耗增加按4kW·h/m2计算.

（3）假设运输方式为公路，运输距离是根据企业采购的原料产地计算。

（4）窗组装过程的数据采用企业内部实际生产数据

（5）隔热条（PA66）生产、硅酮密封胶生产、胶条(三元乙丙)生产的基础数据库国内没有，采用的国外Ecoinvent2.2数据库。

（6）根据国际铝协的统计建筑领域铝的回收率可达90%，自1880年以来全球累积生产了10亿吨铝，其中有3/4的铝仍处于应用阶段，在这部分铝中建筑业大约占35%[1]。本项目中考虑铝型材中有30%的再生铝，原铝与再生铝的主要能源和温室气体排放清单见图2[2]。

2.4 清单分析

（1）现场数据

通过对我国七家典型断桥铝合金窗生产企业的主流产品55到58系列平开窗（壁厚T≥1.4mm，隔热条14.8mm到16mm）和65到70系列平开窗（壁厚T≥1.4mm，隔热条22mm到35mm）开展深入调研，获取了单位产品原材料消耗、能源消耗及其运输数据。

表1 断桥铝合金窗企业现场调研数据汇总表

图2 原铝与再生铝的主要能源和温室气体排放清单

（2）背景数据收集

背景数据来源于国际国内公开数据库。原辅材料生产和能耗的基础数据来源如下表2

2.5 影响评价

结果表明，每m2断桥铝合金窗生命周期各环境影响类型重要性排序由大到小依次为：GWP ＞ PED＞AP ＞ RI ＞EP＞ ADP。

表2 断桥铝合金窗各生产过程采用的数据来源

采用70%原生+30%再生铝型材后，每m2断桥铝合金窗，不可再生资源消耗降9.2%，能源消耗降22.7%，温室效应降23.4%，酸化效应降20.9%，富营养化影响降17.3%，可吸入无机物降22.8%。由表3和表4，图1和图2可知，对功能单位断桥铝合金窗生产进行生命周期评价，并对其不可再生资源消耗（ADP）、能源消耗（PED）、温室效应（GWP）、酸化效应（AP）和富营养化（EP）、可吸入无机物（RI）环境影响进行特征化，结果表明单位平米断桥铝合金窗的不可再生资源消耗影响指标为1.16×10-2Kg antimony eq./ m2，能源消耗影响为111.4kgce eq./ m2，温室效应影响为253.7kgCO2eq./m2，酸化效应影响为1.47kgSO2eq./ m2，富营养化影响为1.435×10-1kgPO43-当量/ m2，可吸入无机物为4.251×10-1kgPM2.5eq./ m2

表3 断桥铝合金窗各类环境影响特征化计算结果(100%原生铝型材) 单位：每m2窗

表4 采用70%原生+30%再生铝型材后，断桥铝合金窗各类环境影响特征化计算结果比较，m2

表5 功能单位断桥铝合金窗生命周期各过程对五类环境影响指标的贡献值比例， %

此外，还对断桥铝合金窗生命周期各阶段对六类环境影响指标的贡献比例进行了梳理、计算，见表5

图3 功能单位断桥铝合金窗生命周期各过程对六类环境影响指标的贡献值比例

由表5和图3可以看出：

（1）铝型材生产产生的能耗和温室效应环境影响占功能单位断桥铝合金窗生产生命周期的能耗和温室效应环境影响比重70%以上，酸化影响的比重为66.62%，富营养化的比重为48.19%，可吸入无机物的比重为75.88%。

（2）再生铝的能耗为原生铝的4.86%，温室效应仅为原生铝的1/24，采用30%再生铝型材后，断桥铝合金窗对环境的影响下降了近20%。

（3）除铝型材生产外，五金生产是对功能单位断桥铝合金窗生命周期不可再生资源影响较大为78.28，主要是窗把手的材质锌合金的用量导致的。

3 结论

（1）选取我国典型断桥铝合金生产企业，运用LCA方法对其聚苯板生产生命周期环境负荷水平进行了分析计算，获得我国功能单位断桥铝合金窗生产进行生命周期评价，并对其不可再生资源消耗（ADP）、能源消耗（PED）、温室效应（GWP）、酸化效应（AP）和富营养化（EP）、可吸入无机物（RI）环境影响进行特征化，结果表明单位平米断桥铝合金窗的不可再生资源消耗影响指标为1.16×10-2Kg antimony eq./m2，能源消耗影响为111.4kgce eq./m2，温室效应影响为253.7kgCO2eq./m2，酸化效应影响为1.47kgSO2eq./m2，富营养化影响为1.435×10-1kgPO43-当量/m2，可吸入无机物为4.251×10-1kgPM2.5eq./ m2。

（2）每m2断桥铝合金窗生命周期各环境影响类型重要性排序由大到小依次为：GWP ＞ PED＞AP ＞ RI ＞ EP＞ADP。

（3）采用70%原生+30%再生铝型材后，每m2断桥铝合金窗，不可再生资源消耗降9.2%，能源消耗降22.7%，温室效应降23.4%，酸化效应降20.9%，富营养化影响降17.3%，可吸入无机物降22.8%。

（4）断桥铝合金窗生命周期各环境影响主要来源于铝型材生产及其上游过程。由于铝型材生产产生的能耗和温室效应环境影响占功能单位断桥铝合金窗生产生命周期的能耗和温室效应环境影响比重70%以上，酸化影响的比重为66.62%，富营养化的比重为48.19%，可吸入无机物的比重为75.88%，因此，优化铝型材生产及其上游化工产业链的环境负荷现状，对于降低断桥铝合金窗生命周期环境影响至关重要。

[1] 未来之铝，http：//recycling.world-aluminium.org/cn/home.html

[2] 丁宁等，原铝与再生铝生产的能耗和温室气体排放对比[J]，中国有色金属学报，2012第22卷第10期，2910-2914