建筑评估系中的建筑材料回收价值

Mohammad Djavad Saghafi, Zahra Sadat Hosseini Teshnizi∗

建筑学校建筑部门；伊朗德黑兰大学美术学院

摘要：绿色建筑材料及制品的选择是迄今为止可持续发展建设中最具争议性的项目。就其回收价值确定建筑材料

及产品的优点，这似乎是一件简单的事情，但在建筑评估体系中却是一个非常有争议的话题。这篇文章提出了一种评估通过回收建筑材料进行能源节约的方法，这是一个回收利用价值的潜在指标。该方法考虑了材料选择、施工、解构技术和回收的频率。这项研究的成果作为一种独立于蕴含能量的因素，可以用作评估工具。因为蕴含能量影响潜在回收能量，而另一个因素是确定的，根据这些因素，去更可能准确的比较和选择材料，以体现能源和回收利用的潜力。

关键词：建筑材料、环境评估体系、回收利用、能源、潜在回收能量

收稿日期：2011年7月5日发表日期：2011年8月11日

一、介绍

比人类的其他任何行为更甚，建筑环境对生物圈有着更直接、复杂和长久的影响[2]。这些影响（例如，

的优点是绿色建筑运动为解决的中心问题。这种新型

全球变暖，化石燃料和臭氧耗竭，水的使用，大气、水、土地的酸化和毒化［这些问题］）在建筑材料的整个生命周期是非常显著的，但通常又是不可见的[3]。每年全球有超过三十吨的原材料用于制造建筑材料及产品。这大约占全球经济总量的40—50%[3]。这其中建筑材料对资源的隐性消耗1估计要是这的两倍左右[3]。建筑阶段包括建设、运营和拆迁，使用大约30-40%的全球可利用一级能源[4]、15%的全球淡水资源[5]和排放占全球总量40-50%的温室气体[4]。

在伊朗，拆建废料的产生比在其他国家的多，尤其是发达国家。例如建筑废料的平均产生率，美国平均每人每天0.77千克[7]，而根据德黑兰市政废料管理中心的报告，德黑兰的这一比例要高的多。除了高拆迁率，还有对建筑物的鉴定需求，尤其是住宅部门（这主要由于人口的增长，人口年轻化和建筑物的平

世界能源协会的一份调查指出，随着世界人口的增长和经济活动的日益频繁，能源的使用量会在未来50年增长300%[6]。因此，建筑行业有着特别的义务积极、迅速地从浪费、有害的行为中转移出来，做一个建筑与自然和谐发展的范例，而不是对抗。这一新模式的可持续建筑称为高性能绿色建筑[2]。

均寿命低）。因此，在不久的将来，我们将面临着大量的建筑垃圾。为了克服这一危机，必须从现在开始研究新的技术、推行新的法规并且对民众进行教育。伊朗的房屋研究中心[13,14]已经开始研究这个项目，但是在伊朗建筑业很难找到一个有效的方法去解决环境问题，尤其是回收利用。这其中的一个难题就是缺

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项目团队面临的最困难和最具挑战性的任务。根据建筑材料和产品如何影响环境去决定他们

材料还没有一个清晰地定义能准确的描述它的评判标准。根据目前的评估体系，一种材料或产品似乎是有益的，但使用后就不一定可回收或便于处理[2]。

乏一个对材料的评估体系。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的方法去推动“绿色建筑”运动，并且同时还能为可持续建设提供市场需求[15]。为了取得更高的市场价值，业主与开发商之间为了实现高层建筑评估等级的竞争，最终会创造出一种高品质、高性能的建筑材料[2]。

本文简要介绍了在建筑产品的生命周期中的能量消耗并提供了一种计算通过回收建筑产品得到的那部分能量（潜在回收能量）。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。Gao et al[16]计算了使用回收材料减少的能源消耗。托马克[15]提出了一种评估材料、产品和建筑物回收潜力的方法，她还提出了根据回收潜力比较建筑物的方法。本研究提出了一种方法计算潜在回收能量，关于：回收频率、在回收中材料的丢弃和拆建中的技术应用。为了能更准确的比较材料和产品，能源和潜在回收能量被建议采用。因为本文对于伊朗普遍使用材料的蕴含能量不能使用，所以本研究仅限于理论分析。

二、现有评估体系和工具中的回

收利用

对于大多数设计者来说建筑材料和建筑技术的环境因素是超出时间和技术限制的[3]。此外，建筑和材料的环境评估是十分复杂的。由于主观性、复杂性和不同用户的不同需要，在过去的20年里，许多工具应经开发出来或正在开发[15]。

材料的选择标准就保持目标功能方面在构建评估体系中无疑是个显著的失败。事实上，界定“可持续材料”并鼓励大家使用似乎是绿色建筑评定系统的开发人员所面临的最大难题之一[17]。为了获得一个合适的评估体系，材料和产品生命周期中对的环境影响和他们重要性的相对大小都应该被考虑到。确定一个给定环境影响的比重是很具有挑战性的，并且不同的比重会产生不同的结果[3]。

回收的内容和材料和产品的回收能力是影响评估的一个因素。这里简要介绍被用于评估系统中的两个著名材料评估方法（例如LEED[18]、BREEAMp19[和GB Tool[20]），特别介绍回收的如何操作。

（一）生命周期评估法

LCA是最全面的评估材料和产品对环境影响的方法[3]，并且大多数建筑评估工具都或多或少以LCA为基础[15]。通常情况下，上游（开采、生产、运输和建设）的使用，下游（解构和处置）的产品流动或是服务体系，都会事先登记在册，然后根据能源消耗和废料的产生等计算出对全球和/或者对区域的影响（例如全球变暖、臭氧层耗竭、水体富营养化和酸化）[1]。

LCA的限制是它没有充分解决材料的环流问题。它既没有阐述产品或建筑物是否可以拆除或者回收，也没有说明它们的可回收性[2]。在LCA，回收的影响是通过配置（对于一个系统的不同功能，物质和能源的分配流程和相关的一个系统对环境的排放）处理的。这个过程在材料回收时时不会准确的，因为回收是一种从一种用途中“废物”转变到随后用途中的“原料”的体系。尽管总影响的一部分会被分配到后续的用途

（回收产品）中，但如果在未来没有回收产品，这部分影响将不会考虑[15]。一个100千克的钢梁例子可以说明分配的影响：如果梁的60千克被分配给后续回收梁作为原材料，这根梁不会以任何原因回收利用，然后在评估中这60千克的钢是不会被考虑的。因为建筑材料的回收在遥远的将来才会发生，如果是这样的话，

回收的作用只能看做潜在作用[15]。

此外，使用这种方法比较不同材料和回首选项的影响非常困难，往往是不可行的[15]。

（二）蕴含能量（EE）和一体碳（EC）

蕴含能源（碳）可以作为总的初级能源消耗（碳

释放）在建筑材料的整个生命周期中。这通常包括（至少）挖掘、生产和运输。这被成为“从摇篮到大门”，包含所有初级能源，知道产品出工厂大门。理想的界线设定将从原材料（包括燃料)的提取到产品生命周期（包括制造、运输、工厂的取暖和照明、维修、清理等等）的尽头，被成为时“从摇篮到坟墓”[21]。就其复杂性和其巨大，在蕴含能量的分析中考虑建筑寿命的终结比其他工业产品都要困难。没有一个能被普遍接受的方法，这就是为什么这个问题如此广泛的被争论，方法也经常受争议的部分原因。在现有的方法中，材料回收利用（如节能）的所有优点被分为初级产品或回收产品，确切的说是50：506

[21]。因为在未来，回收是个不确定的过程，这些方法有二、(一）中所提到的同样的问题。

因为在许多材料和产品的生命周期中，化石燃料是能源的主要来源，高EE意味着温室气体的高排放，高环境危害[3]（还有些例外，例如铝，因为这些能源不是化石燃料［对于这个问题］，另一方面，更耐用的产品会有一个更低的蕴含能量使用率[2]。）本文中，蕴含能量将作为回收价值的一个指标。

对于不同的材料，一些原料表现出不同的EE值[2,3,22,23]，因此，蕴含能源数据库被可变性（有时达到100%[3]）和不兼容性所困扰[23]。可变性包括：地区和国家的情况、制造工艺、回收利用内容、能源和数据参数[3]。因此，为了建筑材料普遍使用国内的生产者和研究中心应该依据伊朗国内现有技术精确地计算这些数据。

但是就目前来说，要被接受，还要依赖与国际数据库。

三、潜在回收能源

潜在回收能量可以被简单的描述为通过回收材料

或产品节省下能源的一种措施。托马克将“回收潜力定义为在拆除后通过回收利用可用的那部分蕴含能量和产品中使用自然能源的多少[15]。

（一）潜在回收能源的应用

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[15,24]。然而，评价使用回收能源和纯净能源那个问题更简单是非常有争议的。一个学派认为，这里被称为生态学派，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。另一个学派认为，即LCA学派，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[2]。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问题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[17]。

另一方面，为了加快社会上绿色建筑的发展趋势，有必要更好的促进和加强环境问题同成本以及其他传统决策标准的整合［本文］。因此，需要一种方法去评

价和比较材料的经济和环境价值。目前，在评估工具中关于回收利用还没有一个能被普遍接受的方法[21]。

正如第一部分所述，在伊朗的建筑工业中缺乏一种有效的方法用于回收。本文提出一种方法可实现第一步，即更实际的去看待回收利用和更普遍的对待环境问题目标的第一步，通过实现一下目标：

 衡量回收建筑材料的经济和环保价值  针对回收的可能性，比较建筑材料、拆建技术 

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

 在建筑标签、编码和指南中标出计算结果，并确定材料和建筑税

（二）建筑产品生命周期中的能量分析

为了解释本文怎样评估“潜在回收能源”，这里简要介绍下建筑组建生命周期中的能量使用。然而，真实的数据应该从现有的数据库中提取或考虑气候、技术条件等因素后进行精确的实验得出。

一个建筑产品的生命周期分为三个阶段（见图一）：生产、建造、运行和拆除。

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，这一阶段使用的能量在“从摇篮到大门”方法中相当于“蕴含能量”。

EEEextEP1EP2



ETi

（1） i0

例如，在钢梁的生产过程中，矿石是原料，钢筋是建筑材料，钢梁是建筑产品。

对于转移到一个地方不需要额外加工的建筑材料，例如水泥，Ep20。

2.建造和运行阶段

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

EcEEET3 （2)

ELEOEM （3）

3.拆除阶段

假设建筑物有三种方式结束寿命：翻新、拆除和

回收。

3.1 翻新。在这种方法中，建筑物会被修复并重新使

用，而不是被拆除。这是建筑工业减少对环境危害最有效的方法[25]，本文将不做介绍。

3.2 拆除（销毁）。在此方案中，建筑物的主体部分将成为一个垃圾堆。方程（4）估算了建筑物在此种方法结束寿命时的能量。

EDEdemET4Ew （4）

为了简化计算，假设在拆除方案中没有材料回收。

3.3 回收。如果在工业生态学7

中使用的回收利用方案

应用在建筑环境中，那么拆除阶段就可以被解构代替。改变这些一次性材料的不可在使用性以便使其再次回收利用[25]。下面举例简要介绍一下此方案。

3.3.(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[16,25]。

3.3.(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。

一个很好的例子就是：一根木梁可以再加工成一根小一点的梁[16,25]。

3.3.(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。最常见的例子就是打碎钢筋混凝土再聚合起来[16,25]。

上述每种回收类型中的能量消耗，能用以下公式估算：

图1：此循环中产品的生命周期和能量消耗。产品的循环使用有效地减少了制造阶段（对下一级产品）和拆毁阶段（对现有产品）的能量损耗。在拆毁阶段，回收利用代替了材料清理，如图所示：

EReciEDecEProciET'ET5iEEi （5） i

每个回收类型的EEi由以下公式计算：

EE10EE2EP2ET2

EE3EP2ET2EP1ET1

在回收利用中，一定百分比的原料会被加到循环利用中。为了评估再生材料的EEi，总能量应该乘以回收材料的百分数。

图2：回收和清理阶段的能量损耗。产品的潜在回收能量就是通过回收代替再制造而节省出的能量。

EPot值等于在拆毁（清理）阶段的能量使用减去回

首阶段的能量使用（见公式（6））。

四、潜在回收能量的评估

图2就产品生产中所消耗的能量比较了两种类似的建筑产品（使用天然或是再生原料）。这表明，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：

本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。必须要注意的是，在建筑工业中材料的计量单位根据不同的功能而不同。在国际单位制中，可以用1kg,1m,1m,1m来测量该物质的重量、长度、面积、体积。例如，用平方米来测量地板面积，用米测量梁的长度。使用标准计量单位可以就同一种功能比较不同的材料。

EPot(EEED)(EReciε) （6）

如果在设计阶段解构概念没有被接受，那么假设

图3：材料两次循环使用在回收和拆毁阶段的能量损失。当一个产品被回收利用两次时，可以节省两次制造中能量消耗、三次拆毁中能量消耗，回收节省两次能量（见公式（8））。

ε = 0. 料寿命的过程中，这应该被考虑在内。

公式6 适用于在建筑使用寿命中部会被替代的材料，即材料比建筑物的寿命更长（例如那些在建筑物结构层中使用的材料）。材料每被回收一次，EE和ED就会少消耗一些。

为了估算材料科回收的最高频率，假设再生材料和天然材料材料在相同使用寿命的情况下，用在同种类型的建筑物中（例如天然和再生材料都用于住宅建筑中，TB35）。

生产商和组织应该通过实验获得材料的TB值。如果n不是整数，在再生材料的使用寿命到期之前就应该换掉它。在建筑物的一些部分，例如结构部分，n的整数部分是可以接受的，应为在建筑物的运行期间，这些是不可能被替换的。

（一）回收频率

如二、（二）中所述，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。有很少的浪费和负面影响，二有很多积极的影响。生物体的浪费就是被食物链的下一环作为食物，而元素和能量将永远的留在闭合环路中。没有废弃在自然中的，废弃的就等于食物[6]。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7给出了计算材料能被回收的次数：

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。

如果一种材料被循环利用了n次，那么它的潜在回收能量的计算方法如下（见图3）：

n

TMTB

(7)

EPotnEEn1EDnERecEend



—— （8）

回收的加工过程中材料的寿命会增加，在评估材

EendEDecET4Ew （9）

图4：根据回收损失，当材料被回收两次时，在回收和拆毁阶段的能量损耗。值表示原始材料未被损坏，在每次再利用中不需要被天然材料所代替的未被损坏率（见公式（12））

假设在公式（9）中，所有原始材料都可以回收，且回收过程中的损失忽略不计，并且在每次回收中，回收的类型和具有的能量相同。

数值取决于材料的类型和工程技术，并且应该

经过制造商和专业组织根据实际经验进行评估。它可能是材料或施工技术的一个特征参数。

公式（８）可以考虑因素进一步计算EPot值（见图4）：

在未来，回收是件不确定的事，因此，因为某些原因材料的回收次数少于可能可能回收次数，那么

EPot的值将低于公式（8)中的计算值。因此，此数值

仅代表材料回收潜力并只在评估中避免差错时使用，并应该同评估体系中的蕴含能量区分开。

EPot



EE

ED

i1

i0



公式（10）考虑了每次回收类型的不同，估算了潜在回收能量：

n1

ERecEend1

i1i1

in







EPot

n

nEEn1EDEReciEend

i1

——（12）假设在所有回收步骤中ERec是相同的。公式（12）使用一种计量单位计算材料的潜在回

—— (10)

(二）回收处理

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

收能量，它只考虑废弃材料的能量消耗而不考虑原始材料的。

五、比较材料和产品

一个问题随着将EE和EPot作为两个独立参数对待而出现，它们两个是都应该加在一起呢？换句话说，我们如何根据材料的回收价值确定哪种材料才是最好



mRecm0

（11）

的[15]？

根据它们的回收价值比较两种材料，可能EPot值会变得高一些，仅仅是因为EE得比率变高了。这不能被视为一种优势。事实上，一座理想的建筑在建造阶段仅消耗很少的能量（低EE），而大部分都用于回收中（高EPot）。因此，为了比较更有意义，这两个量应该放在一起比较：

p

EPotEE

（13）

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。因此，根据EE和EPot两个因素会更好些。

回收的可能性和可以互相拆散和分离材料的范围，是影响回收价值评估的另一些重要因素。尽管未来需要回收，但材料和产品在实际中是否真的被回收利用还取决于很多因素，这些因素可能会相互影响甚至相互制约。此外，每个因素的可能性是不同的，综合所有因素组成了一个复杂的系统[15]。这些因素可能会变得清晰通过引入因子如下：

P

EPot

(14)

的值越大，材料回收的可能性就越大。应该

通过分析一些因素被量化，例如：时间要求、在该地区工作的风险、使用材料的各种可能性[15]、材料重要性程度的不同和它们之间的相互作用。这些步骤都需要大量实用的实验。

现在，我们以钢梁为例：

如果钢梁被回收了三次，每次有90%的钢材可

以被回收，那么

六、讨论

本文提出了一种方法，建议将回收能量EPot

与

建造能量（EE）和拆除能量（ED）分开考虑。这是非常重要的，因为回收的好处跟材料选择和应用技术的影响随后会变得很明显。因此，就像托马克提出[15]的那样，在评估工具中，产品和材料废物处理所产生

的影响（EE,ED)应该单独对待在原始生产中计算，而再生产品ERec应该在回收过程中被考虑。回收的潜在好处应该被作为产品的一种独立的性能ERec。既然这样，即使材料在将来没有被回收，但在最初的评估中将不会出现错误。

以往的研究考虑了材料寿命、能源消耗和回收频率。本文提出了一种新的方法：根据建筑物的寿命决

定材料的寿命。在回收期间材料的丢弃也被考虑了进去。一种新的方法提出，根据材料/产品回收的潜力、蕴含能量、回收的可能性去比较它们。

本文作者承认，这种方法在追踪材料的过程中受到限制。主要材料在回收时应结合一些新的材料。此外，推测的那些回收类型实行也非常困难或者根本不可能发生。

方程中定义的假设减少了计算潜在回收能量的准确性和全面性。可能只有在材料使用寿命结束的时候

才会对它的回收能量有精确地计算。然而，这些不确定的数据可以代表建筑材料/产品回收价值和建筑/拆

除技术的一般观点并可以应用在评估工具中。对于伊朗的一般材料，缺乏材料使用寿命、每个阶段的能量消耗总量、在回收过程中材料的丢弃都不能算是给出方法的弱点。随着回收越来越多的被关注，会出现更多、更准确的数据。

能量是本文研究的唯一参数，其他参数如能量类

型、排放物、经济因素等其他影星都没有考虑。作为一个经验法则，能量是建筑材料对环境影响的一个综合因素。然而，为了获得材料回收能力的一个全面评估，能量不应该是唯一的考虑因素。通过总结建筑物和其装配中使用的不同材料的价值，方程可以为他们做些调整。

使用不可再生资源、在其使用寿命中释放有毒物质或者不遵循自然规律，不考虑EE和EPot值回收的材料或产品，不是首选的环保材料。

在高性能绿色建筑项目中，减少运行能量（通过提高质量和标准），提高用于生产能量的重要性。（Hernandez和Kenny[26]提供了一个计算在运行中蕴含能量同其他能量一起使用的公式。）全面评估应该考虑EE、OE和EPot的最佳平衡状态。

在设计阶段考虑回收能力（解构设计）的影响可以用给出的公式计算。通常情况下，这种方法会减少

ERec，增加的数值，因此，EPot的值也会增加。

换句话说，它增加了回收的质量和数量。

七、结论

回收利用和闭合的物质循环利用有效地减少了建筑工业对环境的危害。然而，目前还没有一个国际认可的，全面的、实际的方法去评估和比较材料的回收潜力。本文中，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。在未来，材料及时没有得到回收，这

种方法也能有效地阻止初期评估中错误的发生。关于潜在回收能量和蕴含能量之间的相互作用于关系，参

数A（表示每单位蕴含能量中潜在回收能量的多少）的提出使材料和产品之间的比较成为可能。

这些因素会帮助设计师和承包商比较和选择绿色建筑材料。同时，它们也能根据材料回收能力的，用

于建筑法规和标准之中去定义税收和折价。

注释

* 通讯作者：伊朗，伊斯法翰，Kaveh街，Shahid Rajayi 巷，44号。电话：+98 311 4592017；传真：+98 311 5275155；手机：+[1**********]7；E-mail: [email protected],[email protected] (Z.S. Hosseini Teshnizi)

1 隐性消耗或者间接消耗的物质，例如：未列入经济

交易中的采矿负担过重、水土流失、矿物浪费、排放

到土地、空气、水中的废水和排放物。实际上对于许多产品，隐性消耗远比直接消耗大的多[3]。 2 这是美国报到的平均拆建废料产生率，一些数据是根据最新的废物特性研究得出。因为是不是拆建废料的评定不同，数据中给出的废料产生率呈现出很大的不同（在一些情况下，废料包括回收利用的部分，而在另一些情况下，废料却不包含回收利用的部分。此外，在土地清理和挖掘中产生的土壤被排除在一些数据库外）；地区差异（国家地区发展的快慢）；每年数据的集中（经济状况的不同）[7]。

3 根据德黑兰废弃物管理中心2009的年度报告，德黑兰市的拆迁率是46655m3

,每平方米产生的拆建废料

是863千克[8]。这个比率包括了土地清理、挖掘和回收材料所产生的土壤。在2009年中，德黑兰每人产生40.26吨的拆建废料（共8067万吨[9]），平均每天4.64kg每天。

4 根据2006年的人口普查，伊朗的总人口为70.49万，增长率为1.62。在1996-2006年间，平均年龄为23.89，

45%的人口年龄在10-45岁。伊朗有17.5万个家庭，不考虑所有权的情况下，有16万套房屋，这表明住宅严重短缺[10]。

5 在伊朗，建筑物的平均使用寿命是30年[11]，而在美国是60年[12]。这种现象说明：在遵守建筑法规和制度的情况下，建筑维修欠佳，建筑物交易过快[11]。 6此方法仅包括材料一个循环周期中的回收能力和回收内容，而不考虑其整个生命周期中的，不考虑产品可以回收的次数。这只是简单的划分了原始产品和再生产品（在一个循环周期中）的环境负荷。例如，金属可以回收利用很多次，这是这种产品的优势，但此方法（50:50）中不予考虑[21]。

7 工业生态学是在20世纪80年代末出现的，它研究了物理、化学、生物之间的相互作用和工业和生态学之间的相互联系[2]。

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