英国世纪中叶平房改造案例研究：基于木结构离岸现代建筑方法的碳中和探索

《Journal of Building Engineering》：Timber Offsite MMC Living Lab: Case Study of a UK Mid-Century Bungalow Retrofit

为解决英国老旧住宅存量高能耗、高碳排放问题，研究人员以一座20世纪50年代的平房为对象，开展了基于“生活实验室”理念的分阶段改造研究。该研究创新性地应用了离岸木结构现代建筑方法（MMC）及可再生能源技术，成功将住宅使用面积扩大至197m2，总能耗降低27%，并实现了-23.86 tCO2e的碳储存。此案例为现有住宅的净零碳改造提供了可复制的技术路径与商业模式参考。

　　

在全球应对气候变化的紧迫背景下，建筑环境作为能源消耗和碳排放的“大户”，其转型升级至关重要。其中，存量巨大的老旧住宅更是减排攻坚战的重点和难点。以英国为例，其拥有欧洲乃至全球最老旧的住宅存量，大量建于上世纪中叶的房屋能效低下，不仅导致高昂的能源账单，也贡献了可观的碳排放。如何在不造成大规模拆除重建的前提下，对这些住宅进行绿色、高效、且能提升居住品质的改造，成为学术界和产业界共同关注的焦点。

在此背景下，发表于《Journal of Building Engineering》的一项案例研究，为我们提供了一个极具参考价值的范本。这项研究题为“Timber Offsite MMC Living Lab: Case Study of a UK Mid-Century Bungalow Retrofit”，由Robert Hairstans、Jiar Sadiq、Andrew Livingstone、Jon Stinson和Ruth Saint合作完成。研究团队以英国爱丁堡一栋建于20世纪50年代初的平房为对象，采用“生活实验室”的研究方法，在长达十余年的时间里（2011-2017年为第一阶段，2021-2023年为第二阶段），对其进行了分阶段的深度改造和扩建。这项研究的意义在于，它不仅仅是记录了一次房屋改造工程，更是一次对离岸木结构现代建筑方法在既有建筑改造中应用的系统性验证，旨在探索一条通往既有建筑净零碳排放的可行路径。

为了系统评估改造项目的综合效益，研究人员主要采用了三种关键技术方法。首先是生命周期评估，该方法遵循BS EN 15978:2011标准，对改造工程所用材料从原材料获取、生产到运输的整个前期阶段的隐含碳和生物碳储存进行了量化分析。其次是建筑性能评估，研究并未使用常规的动态模拟软件，而是基于英国政府的标准评估程序（SAP）10.2方法论，开发了增强型SAP模型，通过输入实际测量的围护结构参数和监测数据，更精确地计算了房屋在不同阶段的能耗表现。最后是成本效益分析，通过详细记录两个阶段的投资成本，并结合市场估值变化，评估了改造工程的经济性。

研究结果清晰地展示了此次综合性改造带来的多重效益。

5.1. 生命周期影响评估

对两个改造阶段的隐含碳和碳储存分析显示，尽管改造工程本身产生了22.3 tCO₂e的碳排放，但由于大量使用了木材等生物基材料，项目实现了-23.85 tCO₂e的碳储存，整体上取得了净碳效益。分阶段看，第一阶段（主要是加建阳光房、阁楼改造和安装太阳能板）的碳排放为10.80 tCO₂e，碳储存为-9.92 tCO₂e。第二阶段（新建一层半的离岸木结构扩展空间）的碳排放为11.47 tCO₂e，其中混凝土基础是最大的碳贡献源，但得益于大规模使用木结构和木纤维保温材料，该阶段实现了-13.93 tCO₂e的显著碳储存。这表明，木结构材料的应用对于抵消建筑改造的碳足迹具有关键作用。

5.2. 能源性能

改造显著提升了建筑的能效。尽管房屋的使用面积从91m²大幅增加至197m²，但其年度总能耗却从19,782 kWh降低到15,679 kWh，降幅达27%。单位面积能耗从217 kWh/m²降至93 kWh/m²，能效提升明显。这一成效主要归因于高性能的围护结构保温、气密性措施以及太阳能增益的优化利用。研究还特别指出，第二阶段加装的Sunamp相变储热电池，能够利用太阳能板的过剩电力加热生活用水，进一步降低了对燃气锅炉的依赖。

5.3. 能源脱碳

可再生能源技术的应用带来了可观的运营碳减排。第一阶段安装的2.5 kW太阳能光伏系统，在初期每年可发电2,924 kWh，相当于避免约0.585 tCO₂e的排放。尽管光伏板效率会随时间衰减，但在其生命周期内预计仍能避免超过10 tCO₂e的排放。第二阶段增加的储热电池每年也能贡献约0.075 tCO₂e的减排量。这些技术共同推动了房屋运营阶段的低碳化。

5.4. 成本分析

从经济角度看，改造工程总投资约为47.4万英镑，其中房屋购置成本为24.7万英镑，两个阶段的改造费用分别为8.62万英镑和14.08万英镑。值得注意的是，增值税（VAT）占到了总改造费用的约8%，研究人员认为减免VAT可能成为激励类似改造的有效政策工具。改造后，房产的市场估值从2011年的24.7万英镑跃升至60万英镑（考虑改造投入后），增幅达70%，远高于同期未改造房产的增值（约35万英镑）。这表明，高质量的绿色改造不仅能提升能效和舒适度，也能创造显著的经济价值。

综上所述，这项研究通过一个详实的“生活实验室”案例证明，采用离岸木结构现代建筑方法对老旧住宅进行分阶段改造，是一条兼具环境效益和经济效益的可行之路。它不仅能够显著扩大居住面积、提升能源效率、降低碳排放，还能通过碳储存实现净负碳排放，并大幅提升资产价值。研究也指出了未来优化的方向，例如减少对高碳材料（如混凝土）的依赖，以及更审慎地设计窗墙比以平衡采光增益和热损失。该案例的成功实践，为英国乃至全球面临类似老旧住宅改造挑战的地区提供了宝贵的技术参考和商业模式借鉴，凸显了木结构离岸施工和系统性改造策略在推动建筑领域净零碳排放转型中的巨大潜力。