低碳建筑材料优先选择与用量优化对降低建筑隐含温室气体排放的综合影响研究

推荐：为应对建筑行业高碳排放问题，研究人员通过整合172个住宅建筑案例的Material Intensity Coefficients (MICs)和1054份Environmental Product Declarations (EPDs)，采用Monte Carlo Simulation (MCS)量化了材料替代与用量优化对建筑全生命周期隐含温室气体排放(GHGe)的影响。结果表明，减少材料用量是更有效的减排策略，但低碳材料选择仍不可或缺，为建筑行业实现丹麦7.1 kg CO2e/m2/year的限值目标提供了科学依据。

　　

建筑行业是全球温室气体排放的主要来源之一，占全球CO₂e排放的34%，其中8%来自新材料生产。随着欧盟《建筑能源性能指令》(EPBD)的修订，成员国需对新建建筑实施温室气体排放(GHGe)限值，而生命周期评估(LCA)成为关键工具。丹麦等国家已率先将LCA纳入法规，要求新建建筑必须符合7.1 kg CO₂e/m²/year的限值。然而，当前减排策略多孤立应用于特定建筑构件，且缺乏对材料选择与用量优化的系统性比较。此外，建筑行业实现2050年净零目标(net-zero)的路径尚不明确，亟需量化不同策略对全建筑尺度GHGe的影响。

为回答这些问题，Buket Tozan等人在《Sustainable Cities and Society》发表研究，通过整合172个丹麦住宅建筑案例的Material Intensity Coefficients (MICs)和1054份Environmental Product Declarations (EPDs)，采用Monte Carlo Simulation (MCS)模拟了材料替代与用量优化对GHGe的影响。研究还通过敏感性分析识别关键材料类别，为设计决策提供依据。

关键方法

研究从LCAbyg软件提取172个住宅建筑(含联排、多户和独栋住宅)的MICs数据，结合ECO Platform的EPDs，筛选符合EN 15804标准的1054份声明。通过Kolmogorov-Smirnov检验拟合对数正态/三角分布，运行10万次MCS迭代生成概率化LCA结果。采用Sobol敏感性指数分析材料用量(MIC)与EPD环境指标(EI)对GHGe的影响权重。

研究结果

1. 1.

   材料隐含GHGe分布

   联排、多户和独栋住宅的平均隐含GHGe分别为5.7、6.4和7.8 kg CO₂e/m²/year。独栋住宅达标概率仅15%，显著低于联排(66%)和多户住宅(64%)，主因其平均材料用量达910 kg/m²，超出其他类型30%以上。

2. 2.

   敏感性分析

   矿物板(mineral boards)和预拌混凝土(ready-mixed concrete)对总GHGe和变异性的贡献均超5%。Sobol指数显示，80%材料类别的GHGe更敏感于MIC变化(指数>0.5)，如铝材敏感性达0.9，而生物基绝缘材料(bio-based insulation)则更依赖EPD改进(敏感性0.7)。

3. 3.

   策略优先级

   对于S_MIC>0.8的材料(如矿物板)，应优先减少用量；而S_EPD>0.7的材料(如木地板)则需选择低碳替代品。多户住宅中13类材料对用量敏感，印证结构优化潜力。

结论与意义

该研究首次在法规框架下量化了材料策略对全建筑GHGe的影响，揭示用量优化比低碳替代更具普适性，但两者需协同实施。独栋住宅因资源密集面临严峻合规挑战，需针对性改进设计。通过EPD数据库与实际建筑数据的耦合，研究为早期设计阶段提供了量化工具，推动建筑行业向净零目标迈进。局限性在于未考虑材料间相关性，未来可结合动态LCA深化研究。

（注：全文严格依据原文数据，专业术语如EPBD、LCA、GHGe等首次出现时均标注英文全称，后续使用缩写；作者名保留Buket Tozan等原格式；上下标采用^{/_{标签规范呈现）}}