建筑材料再循环利用价值研究

张莉红，卢纪富

（郑州大学土木工程学院，河南郑州450001）

建筑材料再循环利用价值研究

张莉红，卢纪富

（郑州大学土木工程学院，河南郑州450001）

绿色建筑材料及产品的再循环利用价值的确定似乎是一件比较简单的事情，但在绿色建筑评估体系中来具体确定其再循环价值却是非常困难的。对建筑评价体系中的建筑材料再循环价值进行初步研究和计算，该计算过程考虑了建筑材料选择、建筑结构、建筑施工、建筑拆除技术以及回收频率等，因其计算结果含有能量因素，可作为建筑材料再循环价值的计算方法。

建筑材料；回收利用；潜在回收能量

世界能源协会的报告显示，随着世界人口的增长和经济活动的日益频繁，能源的使用量在未来50年会增长300%。因此，建筑业对节能应负有重要的义务，需要积极、迅速地从对能源极度浪费、有害的行为中转移出来，做一个建筑与自然和谐发展的典范。这一新模式可持续建筑称为高性能绿色建筑。

为一个高性能的绿色建筑项目选择建筑材料和产品是迄今为止，大部分研究和项目团队面临的困难和具有挑战性的任务。根据建筑材料和产品如何影响环境去决定其优点是否适合使用在绿色建筑上，是需要解决的中心问题。这种新型材料还没有一个清晰的定义能准确地描述对它的评判标准。

在发展中国家，目前建筑业很难找到一个有效的方法去解决环境问题，尤其是建筑材料的回收利用。这其中的难题就是缺乏一个对建筑材料再循环利用的评估体系。评估体系被认为是一种通过教育民众有关建筑环境问题的最好方法，推动“绿色建筑”运动，并且同时还能为可持续发展提供市场需求

简要介绍了在建筑生命周期中的能量消耗，提出一种通过计算建筑产品再循环价值（潜在回收能量）的方法。此研究结果作为建筑产品和材料的一个回收价值指标可用于评估系统中。提出计算潜在回收能量的方法，重点在于建筑材料的回收频率、回收中材料的丢弃和拆建中的技术应用。为了能更准确地比较材料和产品，在计算过程中要使用能源和潜在回收能量。

1 潜在回收能量

潜在回收能量可以被简单地描述为通过回收材料或产品节省下能量，托马克将“回收潜力定义为在拆除、分解后通过再循环利用可用的能量。

建筑“垃圾”可以作为新产品材料的潜在原料，回收建筑材料可以有效地减少资源和自然能源的使用，同时也可有效减少因垃圾填埋和资源开采的土地使用。然而，评价使用回收能源和原始能源哪个问题更简单是非常有争议的。生态学派的学者认为，像在生态系统里一样，将原料用于生产是头等重要的，而将能源和其他资源用于回收系统是次等重要。LCA（Life Cycle Assessment）学派认为只有当使回收利用使用的原料和产生的排放物超过使用纯净原料时，才应该使用纯净能源。这个学派坚信，回收利用只是一种手段而非目的，而过多的关注回收利用将给固体废料和资源消耗问题施加比对全球变暖和其他措施更大的压力。

文中提出的方法，将实现以下目标：

（1）衡量回收建筑材料的经济和环保价值；

（2）针对回收的可能性，比较建筑材料和拆建技术；

（3）鉴别在生产中对环境产生巨大危害，回收潜力却很小的材料；

（4）在建筑标签、编码和指南中标出计算结果，并确定材料和相关税费；

（5）建筑产品生命周期中的能量分析。

2 再循环利用计算

一个建筑产品的生命周期分为3个阶段：生产、建造、运行和拆除。

2.1 生产阶段

这个阶段包括提取原料，生产建筑材料/产品、运输，使用的能量在“从摇篮到大门”方法中相当于“蕴含能量”。

式中：EE——蕴含能量：材料或产品从制造到出厂门所消耗的全部初级能量；

Eext——提取能量：提取原材料所需的能量；

EP1——材料生产能量：将原材料加工成建筑材料所需的能量；

EP2——产品生产能量：将建筑材料加工成建筑产品所需的能量；

ETi——运输能量：运输材料或产品所需的全部能量。

2.2 建造和运行阶段

此阶段包含运送建筑材料/产品到建筑工地，以及建设、运行、维修、修复所消耗的所有能量。

EC=EE+ET3（2）

式中：EC——建筑能量；

EE——建造能量；

ET3——运输能量：运输材料或产品所需的全部能量。

EL=EO+EM（3）

式中：EL——周期能量：在建筑物生命周期中所消耗的全部能量；

EO——运行能量：保持建筑物舒适条件和日常维护需求所需的能量，即用于供暖、通风和空调（HVAC）系统、生活热水、照明和设备运行的全部能量；

EM——维护能量：在建筑产品的生命周期中维护和修复所消耗的能量。

2.3 拆除阶段

假设建筑物有3种方式结束寿命：翻新、拆除和回收。

2.3.1 回收

（1）产品回收。在这种方法中，产品（例如梁、砖块、玻璃等）能够在不改变形状和性质的情况下重复利用。

（2）材料回收。在此方法中，材料被加工成新的构件。包括用于制造新构件的情况良好的材料和产品。

（3）原料回收。这是指拆除的材料被加工成原料代替自然能源加工成新的建筑材料。最常见的例子是打碎钢筋混凝土再聚合起来。

上述每种回收类型中的能量消耗，用式（4）估算：

EReci=EDec+EProci+ETi'+ET5-i+EEi（4）

式中：EReci——回收能量：在每种结束产品使用周期类型中再回收利用所需的能量；

EDec——解构能量：每种材料在建造中而不是拆除阶段所消耗的能量；

EProci——加工能量：在每种回收类型中加工材料的能量；

ETi'——把拆除的材料运送到加工地点所需的能量；

ET5-i——将再生材料用于建筑物的某个部分加入建筑物生命周期中所消耗的能量；

EEi——从产品被回收，到再制造，直到出工厂大门所需的全部能量。

2.4 潜在回收能量的评估

通过回收利用，在生产（EE）和维修旧产品（ED）中消耗的能量可以节省下来。节省的潜在能量（潜在回收能量）可以估算如下：

EPot=（EE+ED）-（EReci+ε） （5）

式中：EPot——潜在回收能量：回收建筑材料或产品所节约的能量；

ED——摧毁能量：在拆毁阶段结束生命周期所需的能量；

ε——为了在将来材料或产品被回收更容易、可能性更大，在生产阶段额外消耗的能量。

文中所有方程中建筑材料/产品的能量都必须用同一种计量单位进行测评。使用标准计量单位可以就同一种功能比较不同的材料。

再循环利用需要处理回收频率的问题，依据EE值，材料的耐久性是非常重要的。因此，材料的回收频率越高，就会拥有更高的EPot值。建筑材料使用的理想方式是像生物圈的营养环路循环，没有一点浪费。然而对于常见的材料和技术，许多材料的质量在使用寿命和回收过程中逐渐减少。因此，回收的频率是有限的。公式（6）给出了计算材料能被回收的次数。

式中：n——最高回收频率；

TM——材料寿命：这段时间的长短主要依据舒适性要求的高低、气候条件和运行时间的长短；

TB——建筑寿命;每种建筑类型的平均寿命（例如商业或住宅建筑）。

材料的回收频率有限并且最终会被释放到环境中，所回收利用应该遵循自然规律。也就是说，环境允许它们被循环使用并且最终会将它们分解为生态系统中的元素。

在回收过程中，材料被丢弃就会影响EPot值，考虑EPot值的这种影响，α值的计算如下：

式中：α——回收概率；

m0——材料的原始物质；

ERec——回收物质。

可以考虑α因素，进一步计算EPot值：

式中：EPot——潜在回收能量：回收建筑材料或产品所节约的能量；

EE——蕴含能量：材料或产品从制造到出长门所消耗的全部初级能量；

α——回收概率；

ED——摧毁能量：在拆毁阶段结束生命周期所需的能量；

EReci——回收能量：在每种结束产品使用周期类型中再回收利用所需的能量；

Eend——处理建筑物中不能再利用的拆除下来材料的能量；

ε——为了在将来材料或产品被回收更加容易、可能性更大，在生产阶段额外消耗的能量；

n——最高回收频率。

式中：P——每单位蕴含能量中所含的潜在回收能量。P值越高，每单位蕴含能量中就会有更多的能量用于回收利用。

以钢梁为例：

EE=30 MJ/kg；ERec3=10 MJ/kg；Eend=7 MJ/kg；

ED=5 MJ/kg；ε=5 MJ/kg

如果钢梁被回收了3次，每次有90%的钢材可以被回收，那么：EPot=［30（0.9+0.92+0.93）+5（1+0.9+0.92+0.93）］-［10（0.9+ 0.92+0.93）+5+7［（0.1+0.192+0.273）+066］=52.34 MJ/kg

3 结论

有效减少建筑业对环境的危害就需要应用建筑物资再循环利用和建筑物资的闭环处理的策略。然而，目前还没有一个国际公认的、全面的、实际有效方法去评估和比较建筑材料的再循环潜力。文中，潜在回收能量被作为一个参数去评估材料的回收价值。这项与蕴含能量不同的参数可以应用于评估体系。同时，这种方法也能有效地阻止初期评估中没有包含建筑材料可以再循环利用这类错误的发生，并帮助设计师和承包商去比较和选择绿色建筑材料。

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The study on recycling value of building materials

ZHANG Lihong,LU Jifu
（Civil Engineering Institute,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China）

Although it seems to be a simple matter to determine the recycling value of green building materials and products,it is very difficult to determine the recycling value in building assessment systems.This paper suggests a method to assess the recycling value,which takes account of building material selection,building structure,building operation,building deconstruction technologies,and the frequency of recycling,and so on.And theresult contains capacity factor,so,this method can be used to count the recycling value of building materials.

building materials;recycling;potential recycling energy

X799.1

A

1674-0912（2013）08-0033-03

2013-05-24）

张莉红（1976-），女，河南漯河人，工学硕士，讲师，主要研究方向为建筑节能，参与2项国家自然科学基金，主持1项河南省科技攻关项目，获得河南省建设厅科技进步一等奖等。