《Buildings》：Life Cycle Assessment of Green Wall Systems in the Built Environment: A Systematic Review of System Boundaries, Inventories, Methodological Gaps, and Design Implications
绿墙作为基于自然的解决方案（Nature-Based Solutions, NBSs）的组成部分，已应用于城市环境，在提升能源效率、热工调节、生物多样性、环境质量和人类福祉方面发挥作用。尽管存在上述效益，绿墙在其整个生命周期内的环境绩效在文献中报道不一致，这限制了建筑环境中稳健比较和循证决策。本综述综合了当前关于绿墙、活墙系统（Living Wall Systems, LWSs）以及主动式活墙（Active Living Walls, ALWs）环境绩效的知识，包括改善室内空气品质和实现水回用的系统。研究人员遵循系统综述和荟萃分析优先报告规范（Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses, PRISMA三联体）指南，在ScienceDirect、Scopus和Google Scholar数据库中开展了系统文献综述。结果表明，LWS生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）研究中的方法学差距限制了其在循证设计和规格制定方面的适用性。未来研究应将隐含影响与运营影响整合到基于情景的分析和敏感性分析中，考虑植物选择、灌溉策略、维护制度、更换率和服务寿命假设。应更多关注热带城市，以理解气候、需水量、植被性能和维护强度的影响。这些改进将为可持续建筑应用提供更具可比性、情境敏感性和设计导向的LCA证据。
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本研究围绕建筑环境中绿墙系统的生命周期评价（LCA）展开系统综述，旨在识别方法学缺口并为循证设计提供支撑。
3.1 LCA研究现状
系统综述显示，绿墙LCA研究正从单一案例评估转向类型化比较，清单数据和边界假设的报告有所改善。然而，"绿墙可持续性"的结论高度依赖于前景参数，而这些参数在通用类型化层面的综合研究中常被低报。对于提供处理或室内空气质量（IAQ）服务的多功能系统，结论取决于运营流动（水循环/泵送、气流能耗）和更换事件（介质老化更新、模块及组件更新）的表征方式。因此，环境排名具有情景依赖性，除非功能单位和边界与被评估的服务明确对齐，否则无法跨"绿墙"进行泛化。
3.2 分类体系
绿墙系统分类通过类型区分实现操作化（绿墙立面vs.活墙系统），因为这些类别驱动清单构成和比较结果。有效的分类应将构造/系统类型与应用家族相分离，具体而言即区分以围护结构为主的垂直绿化与提供处理服务（灰水抛光/回用）和IAQ服务（主动气流下的室内植物生物过滤）的功能化系统。该分类支持可通约比较，因其明确了哪些子系统是构成的（介质/水力、气流架构），并防止将围护结构中心假设引入类基础设施或类设备系统。
3.3 绿墙与LCA研究
近期聚焦绿墙LCA的综述分析了五个作者群体，涵盖生命周期阶段、功能单位、数据库、生命周期影响评价（LCIA）方法、系统类型、气候类型和朝向等类别。尽管分析论文数量有限，但在方法选择方面存在诸多变异，且研究发现缺乏可用且经验证的科学数据。LWS的LCA应用日益量化从摇篮到坟墓的负担，同时强调设计特定清单对稳健解释的相关性。
绿墙按既有方法分为三类：直接绿化、间接绿化和LWS。直接绿化包括直接生长于垂直构件的系统，生长材料主要为基质土壤，利用地下水和攀缘植物。间接绿化包括使用结构支撑构件和系统/面板的间接垂直围护，可使用基质或盆栽土，也有带种植箱和自来水灌溉营养系统的间接绿化系统，植被主要为攀缘植物。LWS为最复杂类型，由结构支撑、防水材料（如聚氯乙烯PVC泡沫板）、支撑系统/面板（可为毡层、高密度聚乙烯HDPE种植箱）、生长材料（基质土壤或人工基质）、灌溉系统（自来水营养需水）以及可变植被（攀缘植物和灌木）组成。
主动式活墙（ALW）为最先进的LWS形式，作为空气净化方法减少室内颗粒物（PM
10和PM
2.5）。与传统LWS不同，该设计在结构后方设置气室，上部安装的轴流风机主动抽取热污染空气，促进植物根际区内的可控气流，同时通常集成发光二极管（LED）照明以满足内部照明需求。
处理型活墙和室内ALW的文献将生命周期解释扩展至"绿色围护"框架之外。灰水研究将系统定位为垂直自然处理单元，其污染物去除取决于介质工程和水力学，若监测和报告不当，淋溶/二次释放可能混淆表观去除效果。ALW研究则将系统视为IAQ设备，生命周期结果取决于材料组成和情景选择（包括再生含量假设），凸显多类别权衡而非单一指标"绿色"宣称。
欧洲地点在相关性研究中占主导。服务寿命发现介于3.5至50年间，主要受种植箱中植物更换（LWS）和毡层更换（LWS）影响。就系统边界而言，最常见分析阶段为制造（生产）、建造、维护和处置；作者最常选择的阶段为从摇篮到摇篮，其次为从摇篮到大门。
最普遍使用的环境影响方法学包括CML、ReCiPe和国际参考生命周期数据系统（ILCD）。部分作者遵循环境影响方法学，部分清单数据按Marc Ottelé 2011年建议收集。仅少数研究专门聚焦全球变暖潜势（Global Warm Potential, GWP），以CO
2当量（CO
2 eq.）排放表示；其他研究根据所选环境影响方法学考虑广泛的类别谱系。LCA使用的软件和数据库同样广泛，最常用的是Ecoinvent
?、GaBi和SimaPro数据库，以及荷兰国家建筑生物与生态研究所（NIBE）编制的荷兰国家环境数据库。
3.4 系统组件与清单数据收集研究
图2总结了综述研究中报告的清单信息。数据在组件层面进行分解以保留方法透明度并促进跨绿墙配置比较。由于LCA异质性，材料量（kg/m
2）、距离（km）和服务寿命假设值以范围报告，应理解为跨研究变异性的指示而非直接可比指标。
清单数据收集揭示LWS类型间材料强度存在实质性差异。间接LWS通常呈现较低组件重量（4.3-8.6 kg/m
2），而毡层LWS显示较高值（13.3-42.7 kg/m
2）。ALW呈现最高报告材料强度（55.9-136.9 kg/m
2）。此类差异对隐含影响有直接启示，特别是当包含高质量支撑结构、灌溉系统、机械组件或高更换强度层时。此外，3.5至50年的服务寿命假设强烈影响年化影响，并可改变各系统的表观环境性能。高初始材料强度系统若按长服务寿命建模，可能显示较低年化影响；而较轻系统若需频繁更换植物、基质、膜或灌溉组件，则可能表现较差。因此，组件重量、更换率、运输距离和假设服务寿命应联合而非独立解释。
总体而言，重量最高（kg/m
2）的系统为毡层、塑料基和岩棉LWS。同样趋势适用于距离（km），LWS对材料运输影响最大。组件层面清单（支撑结构、基质、灌溉和更换周期）在绿墙LCA中被反复识别为总影响的决定性贡献因素。
3.5 绿墙与节能研究
早期绿墙节能研究聚焦于确立数据不足以支持绿墙立面作为建筑节能方法。随后年份中，能源性能成为建模建筑立面能耗的最主要评估主题，研究表明能源性能在温暖气候中探索更多。更新近的研究将研究范围集中于绿墙对冬季的影响、覆盖率与表面平均遮阳系数的关联，或探索经济价值。运营能源效应的证据通过广泛引用的VGS节能综合研究得到巩固，强调气候、朝向和系统配置作为一阶驱动因素。
但当引入处理或IAQ服务时，节能不应被修辞性地添加为普遍共同效益。功能化系统表现为类基础设施或类设备系统，其中运营能源可能不可忽略，必须在服务对齐边界下明确核算；否则，"净效益"叙事将变为边界驱动。
3.6 环境影响与清单数据收集
材料选择和绿墙维护显著影响总环境影响。因此，重要的是关注再生材料，如模块技术支撑的铝框架、塑料盒的工业废料和有机基质。最大环境损害（48.2%）归因于LWS中的钢框架，研究强调了这些组件处置的重要性。最低10年服务寿命展示了4.6年的环境投资回收期，随后为效益增益年。建模扩展应明确传播前景清单和背景数据集的不确定性，以避免跨系统过度自信比较。
breakthrough
3.6.1 分析系统的系统边界
就LCA阶段而言，绿墙生产在整个生命周期中环境影响最大，而根据气候条件、生长介质和灌溉系统（营养）选择合适植物与最小化使用阶段负面影响相关。清单构成应按各种组件粒度（结构、基质、灌溉、植被和维护）报告以使热点归因可审计。
当主张灰水回用或循环水叙事时，边界必须包含提供服务所需的负担（处理、泵送及相关运营）。当包含ALW时，边界必须包含与IAQ服务交付一致的活动架构和运营能源。循环性主张应明确评估的循环经济目标并显式包含生命周期末端；否则，结论可能变为边界驱动而非证据驱动。
部分研究结论指出，使用外国数据库导致误报结果，因不同地区拥有不同能源资源和不同生产方法。还注意到大多数研究在欧洲国家进行，这些地区拥有自己的数据库或使用与其特定条件相似的数据库。系统边界应一致声明（如从摇篮到大门vs.从摇篮到坟墓），因为边界截断对LWS的结论有实质性改变。不同系统边界方法的使用对LCA结果解释有直接含义。从摇篮到大门的分析主要考虑材料的提取、制造和生产阶段，可能低估维护、更换、运营能源、灌溉和生命周期末端过程的重要性。从摇篮到坟墓的分析提供更全面的生命周期视角，但需要更多关于服务寿命、更换和生命周期末端情景的假设。从摇篮到摇篮的方法引入与再利用、回收或材料回收相关的循环性假设，可能进一步改变环境负担和热点的分布。因此，比较不同系统边界方法的研究时必须谨慎。
绿名副其实的
灰水场景已被证明可将环境负荷从5598降至2046 kg CO
2 eq. GWP 100a。Geogreen模块化系统等实例，其采用工业废料材料和工业副产品，已被证明在环境负担、全球变暖、人体毒性和淡水水生生态毒性方面改善性能。多项研究探讨了建筑立面绿化的有益效应，部分涉及声学和声衰变时间指标，涵盖城市热岛（UHI）效应缓解和能源效率优化。然而，报告了若干缺口，特别是关于环境影响、建设成本、政策和鼓励VGS实施的指数方面。
部分研究探索了VGS的循环经济导向材料选择，特别是关于生长介质。例如，De Lucia等人提出了一种由壤土和稻壳组成的替代基质，作为稻米加工过程的农业副产品使用。该选择受循环经济原则启发，以减少建筑立面绿化所用基质的环境影响和成本。
4.1 绿墙类型与LCA系统定义
一致的类型学定义是跨绿墙研究解释和比较LCA结果的前提。类型学直接决定组件强度、辅助输入和更换动态。LWS代表最复杂配置，通常由多层多组件构成（结构支撑、防水材料、毡层或HDPE种植箱等支撑面板、生长介质、天然或人工基质、灌溉系统和植被）。LWS通常集中最高组件密度和材料多样性，增加对清单假设（如总系统重量kg/m
2、运输距离km和服务寿命/更换计划）的敏感性，这些直接影响LCA结果。
就生命周期解释而言，类型学必须在两个层面编码：构造类型（存在哪些子系统）和服务家族（系统预期功能）。对于待处理活墙，系统定义必须包含介质/反应器逻辑、水力负荷制度和更换/老化轨迹。对于ALW，系统定义必须包含主动气流架构和模块组件的材料组成。该系统定义是保持可比性和支持循环性及生命周期末端情景建模所必需的，而不会将不同驱动因素混同为单一的"绿墙"原型。
4.2 系统边界、服务寿命与可比性
主要限制是由异质系统边界、不一致的生命周期阶段命名和类型模糊性（直接/间接/LWS）驱动的跨研究不可比性。即使研究名义上采用ISO一致的LCA步骤，实际执行也存在实质性变化：从摇篮到大门、从摇篮到坟墓和从摇篮到摇篮不仅是不同的"标签"，而且包含了关于什么算作负担和信用的不同因果叙事。这导致根本性可解释性问题：两项研究可能在建模不同过程时报告相似的中间点结果；反之，它们可能仅因一项包含运营维护（O&M）和生命周期末端（EoL）而另一项未包含，就报告分歧结果。
模型错误设定在类型特定过程（如灌溉控制、基质更换或结构子组件）被简化或排除时出现，偏倚热点识别。当服务驱动系统以围护结构中心假设建模时发生模型错误设定：将灰水系统视为被动围护附加物或将LWS视为被动植被面板，可能误识别主导驱动因素、扭曲热点排名并产生不可证伪的可持续性宣称。报告的服务寿命跨度范围宽，由植物和功能层更换驱动。若更换计划被视为固定而非随机的（或气候依赖的），模型可能系统性偏倚于低估O&M负担。在生命系统中，退化和死亡不是噪声，而是 governing processes。
LWS的服务寿命受材料选择影响，因其暴露于不同退化过程。例如，支撑结构可能受腐蚀影响，而聚合物部件和灌溉管道可能因热变化退化。土工织物可能因生物活动或根系交互丧失性能。基质可能需要部分更换，取决于营养耗竭或植物健康。因此，材料选择影响不仅需考虑初始隐含影响，还需考虑整个生命周期的O&M。
反复出现的不一致是运输的处理。运输有时被排除以减少不确定性，但同时被承认为有影响力。这表明更深层的边界条件问题：不确定性通过省略而非情景设计（范围、敏感性测试）进行管理。对于重型多组件系统，运输可能实质性影响总量；排除它将表观热点推向生产阶段，可能扭曲设计优先级。
"减量-再利用-回收"场景常被建议，但很少以敏感性分析建模，考虑透明一致的分配规则（生命周期末端的截断vs.替代vs.分配）。若无显式分配选择，循环性主张保持定性。该方法对聚合物组件、复合材料和因真实回收率和路径不确定的多材料组装尤为关键。
4.3 清单数据局限性与背景数据集依赖性
清单质量是主要瓶颈。许多研究依赖材料和过程的二次（背景）数据集，而绿墙特定组件（毡层、模块化面板、防水组件、灌溉子系统、基质混合物和植物生产）的一手数据仍然稀缺或记录不一致。外国数据库的使用可能产生误导性结果；这不是边际性警告，而是核心可转移性风险，因为电力混合、制造效率、运输物流和生命周期末端路径高度区域化。因此，具有相同前景材料账单的两项研究可能纯粹因背景数据集选择而产生系统性不同的影响，破坏跨情境推断。
清单完整性仍是瓶颈，因背景数据集选择和缺失的维护流动可能主导计算影响的方差。反复观察到的关键缺失数据元素包括：按功能单位（kg/m
2）透明报告的分层组件质量；运输距离和模式拆分；灌溉和维护的水、营养和能源使用；以及真实运营条件下植物和功能层的实证更换率。
当介质和运营架构被视为通用背景代理时，清单质量受到限制。处理活墙要求显式表征介质组成、更换和淋溶风险作为前景过程，而ALW要求显式材料清单和运营架构。当再生含量和生命周期末端信度被假设而非情景测试时，背景数据集依赖性变得关键，特别鉴于已知回收系统和跨材料家族回收现实的限制。
4.4 实践与研究启示
第二种偏倚源于类型驱动的组件强度。如前所述，LWS通常比直接或间接绿墙立面包含更多层、聚合物产品和专用支撑；因此阶段主导性（生产vs.O&M）可能反映类型而非方法学一致性。若无显式的系统描述协调和最低报告集（质量、组件清单、更换周期），关于"热点"的结论可能成为类型代理陈述而非可推广发现。可比性受异质服务寿命假设和LCIA方法约束，后者可能在其他相似系统间反转热点排名。
4.5 研究缺口与开放问题
关键缺口持续存在于协调报告、类型特定前景数据集以及运营能源效应与从摇篮到坟墓负担的稳健耦合方面。可操作的缺口包括：处理活墙介质配方、水力制度和淋溶指标的标准化报告；与ALW运营描述符关联的标准化IAQ性能协议；以及具有显式维护事件和生命周期末端情景的开放、子系统解析清单。此外，循环性叙事需要显式目标映射和现实回收约束以避免理想化信用。
提出的概念框架综合了LWS生命周期阶段和方法学缺口，识别了八种相互关联的缺口类型（G），对应LCA的关键阶段及其对研究可比性和设计相关性的影响。G1涉及目标和范围定义的不一致，包括LWS的一般类型学、系统边界定义的不一致以及整个生命周期关键阶段的排除。G2指LCA清单缺口，包括影响类别选择有限和不可比的LCA方法。G3指LCA的临时和情境假设，G3.3与热带城市研究缺乏相关。G4指LCA研究比较的困难，G4.1与方法学标准化缺乏相关，G4.2与特定情境数据库缺乏相关，G4.3指LWS的非标准化系统定义。G5与解释阶段及从LCA结果到系统环境性能改善的设计转移性相关，G5.1涉及设计变量转化的缺乏，G5.2-G5.4分别涉及权衡分析、清洁生产策略和敏感性分析的缺乏。最大缺口浓度出现在生命周期清单（LCI）阶段。
4.6 综述局限性
综述研究在系统边界、功能单位、生命周期阶段、LCIA方法、服务寿命假设和清单完整性方面存在显著差异。这些差异限制结果间的直接可比性，并限制开发完全协调的定量荟萃分析的可能性。许多研究未报告完整的前景清单数据、不确定性分析、敏感性分析或详细的维护和更换假设，从而阻止独立验证或结果重算。因此，本综述结论应理解为可用文献中方法学模式和缺口的结构化综合，而非跨所有绿墙系统环境性能的标准化比较。
尽管1 m
2是综述文献中最常见的功能单位，但该面积基准可能无法完全捕捉多功能系统的性能。ALW、生物过滤系统和灰水处理导向活墙提供超出表面覆盖的服务，包括空气处理、污染物去除、热调节和水处理。对于这些系统，基于服务的功能单位（如去除污染物kg数、处理空气m
3数、处理灰水m
3数或年热工能耗降低）可能提供更具功能意义的比较基础。因此，未来LCA研究应考虑面积和功能基功能单位的组合，以评估多功能绿墙系统。
5. 结论
证据基础的核心局限在于方法学和报告异质性。研究采用不同的绿墙系统、背景数据库和清单假设，并采用异质范围（如从摇篮到摇篮、从摇篮到大门或从摇篮到坟墓）。不一致的阶段命名进一步复杂化系统边界比较和综合。运输仍是特别关键的边界条件问题：它常被排除以避免不确定性和不平等，但其可能实质性影响总体影响，表明透明情景定义优于省略。
结果对环境影响方法学和软件/数据库的选择敏感。外国背景数据库可能报告误导性结果；因此，情境感知建模和挂钩本地条件与区域数据的优先级对于提高可转移性、整体视角和生命周期视角是必要的。
跨类型而言，生产和建造是最常报告环境影响最高的阶段，LWS通常表现出最高的组件强度和因此最大的潜在负担。材料组件的谨慎选择，连同显式运输物流，变得关键。优先缓解策略包括减少材料强度和强化关键元素（如支撑结构和种植箱）的循环性。在此背景下，减量-再利用-回收场景应在整个生命周期中扩展和可操作化，与清洁生产原则一致。本综述识别的关键方法学缺口对LWS的循证设计和规格制定有直接启示。未来LCA研究不应分别评估隐含和运营影响，而应检验组件组装、植物选择、灌溉设计、维护制度和服务寿命假设如何随时间交互。这尤其相关，因为使用阶段影响强烈受灌溉相关输入和更换需求塑造。
因此，基于情景和敏感性分析应包括水循环、雨水收集、有机施肥、替代O&M计划和服务寿命变化。此外，案例研究应扩展至热带城市，其中气候、需水、植被性能和维护强度可能实质性改变生命周期结果。灌溉系统评估不应限于其材料组成；其对用水效率和服务寿命延长的贡献也应考虑。否则，短或管理不善的寿命（7.5年）可能增加更换率、转移环境热点并降低LWS预期环境效益。
绿墙系统应被视为一组工程化、服务特定的系统（围护调节、灰水处理和室内IAQ生物过滤），其可持续性结果取决于显式边界和情景假设。灰水证据表明性能由介质和水力学控制，ALW中淋溶行为可能约束简化的"去除"叙事。
