木材面板建筑中可拆卸与可重复使用设计的环境影响：以分配为重点的生命周期评估

《Cleaner Environmental Systems》：Environmental impacts of Design for Deconstruction and Reuse in timber panel construction: A Life Cycle Assessment with a focus on Allocation

　　

将建筑行业从线性经济转变为循环经济（CE）有助于实现欧洲和德国的气候目标。可拆卸与可重复使用设计（DfDR）方法有潜力减少环境影响、初级材料需求以及建筑和拆除废弃物。本研究旨在评估根据DfDR原则设计的木材面板建筑与传统线性系统相比的环境表现。研究人员使用生命周期评估（LCA）方法分析了在两个连续建筑生命周期（BLC）中墙体和楼板构件的重复使用。分析了四种不同的分配方法来展示LCA中的多次使用周期：截断法、生命周期终点法、等分法和CE线性递减法。对于化石全球变暖潜力（GWP_fossil），与线性方案相比，不同DfDR方案可识别出17-34%的减少。此外，通过重复使用100%的墙体和楼板构件，初级材料供应可减少高达45%，从而减少建筑和拆除废弃物。截断分配方法识别出的不确定性最小，因为环境影响在发生时被处理。生命周期终点法将环境影响分配给最终生命周期，促进循环设计。对于涉及两个使用周期的案例研究，具有降低分配因子的CE线性递减法最为合适。

**论文解读：木材面板建筑中可拆卸与可重复使用设计的生命周期环境影响评估**

**研究背景与问题**

欧洲绿色协议旨在2050年前实现碳中和，并要求2030年温室气体（GHG）排放较1990年减少至少55%。建筑行业贡献了欧盟约35%的GHG排放，同时消耗33%的初级材料并产生超过35%的废弃物。将建筑行业从线性经济转向循环经济（CE）成为关键策略。木材作为可再生生物基材料，其使用可减少环境影响，但森林资源有限且受气候变化威胁。可拆卸与可重复使用设计（DfDR）原则通过非破坏性拆卸和构件重复使用，有望降低环境影响、初级材料需求和建筑拆除废弃物。然而，DfDR在木材面板建筑中的实际应用研究不足，尤其是针对预制构件多次重复使用的生命周期评估（LCA）方法尚缺乏系统分析。现有研究多集中于钢或混凝土结构，对木材面板建筑的关注有限，且分配方法的选择存在争议。因此，本研究旨在评估DfDR在木材面板建筑中的环境表现，比较不同重复使用率情景，并对比四种分配方法，以确定最适合多循环LCA的方案。

**研究内容与结论**

研究人员以瑞典Derome公司的Villa Anneberg独栋住宅为案例，该建筑采用预制木框架墙体和楼板构件。研究建立了线性参考系统（RS）和三个DfDR情景：最佳情景DfDR 100（100%重复使用墙体和楼板构件）、乐观情景DfDR 75（75%重复使用）和保守情景DfDR 50（50%重复使用）。每个情景涵盖两个连续的建筑生命周期（BLC），每个BLC使用期50年。通过LCA方法（遵循ISO 14040/14044及EN 15978/15804标准），使用ReCiPe 2016 (H) 方法评估化石全球变暖潜力（GWP_fossil），并采用0/0方法处理生物碳。研究分析了四种分配方法：截断法（100:0）、等分法（50:50）、生命周期终点法（0:100）和CE线性递减法（CE LD，分配因子F=3）。该研究发表于《Cleaner Environmental Systems》。

**关键技术与方法**（不超过250字）

本研究采用生命周期评估（LCA）方法论，基于国际标准DIN EN ISO 14040/14044和欧洲标准EN 15978/EN 15804。使用LCA软件LCA for Experts (sphera) v10.9.6.1，背景数据库为ecoinvent v3.6。案例建筑来源于瑞典Derome公司的Villa Anneberg，为预制木框架结构，在德国情境下进行假设性研究。功能单位（FU）定义为1 m2 使用面积，参照期100年（两个BLC）。系统边界为从摇篮到坟墓（A1-C4），不包括使用阶段B。环境影响评估使用ReCiPe (H) 2016 v1.1方法，重点关注化石GWP（GWP_fossil）。四种分配方法（截断、等分、EoL、CE LD）用于分配环境影响至两个BLC。初级材料供应通过质量计算，重复使用率通过R1和R2值定义。

**研究结果**

**3.1 初级材料利用**

通过比较两个BLC的初级材料总供应量，RS需41.3吨，DfDR 100仅需22.5吨，实现45%的减少。即使保守情景DfDR 50，也减少19%的初级材料（来自RS的41.3吨降至33.5吨）。固体结构木材是主要材料（占52-53%），DfDR设计因连接调整需增加0.6吨木材，但总体材料消耗大幅降低。

**3.2 可拆卸与可重复使用设计 vs. 线性设计**

对于GWP_fossil，制造阶段（A1-A3）是主要贡献者（占总影响的67-69%）。在BLC 2中，随着重复使用率增加，A1-A3的贡献从RS的67%降至DfDR 100的0%，而再制造过程（ReM）在DfDR 100中占20%。综合两个BLC，DfDR情景相比RS实现17-34%的GWP_fossil减少（A1-C4模块）。包括模块D的潜在效益后，净减少为16-30%。与先前研究一致，如Hoxha和Fivet (2018) 的39%减少、Passarelli (2019) 的24%减少，均归因于结构构件重复使用避免了初级材料生产。

**3.3 分配方法比较**

截断法（100:0）将生产阶段环境影响全部分配给BLC 1，使BLC 2无负担，但无法激励DfDR设计。EoL法（0:100）将影响分配给BLC 2，支持下游重复使用设计，但不确定性最高。等分法（50:50）均匀分配，兼顾上游和下游，但对重复使用次数敏感。CE LD法（F=3）将75%生产影响分配给BLC 1，25%给BLC 2，平衡了激励与不确定性。对于两个BLC的案例，CE LD法（F=3）被认为最合适，因其线性递减分配既支持设计，又最小化对未来重复使用的不确定性。

**讨论与结论**

研究表明，DfDR在木材面板建筑中能有效降低GWP_fossil和初级材料消耗，且即使保守重复使用率（50%）也有显著效益。分配方法的选择至关重要：截断法最实用且不确定性低，但无法激励设计；EoL法支持下游设计但预测风险高；CE LD法通过分配因子平衡了激励与不确定性，但复杂度高。研究人员建议，在LCA中采用CE LD法（F=3）作为两个BLC的最优分配方法，并指出数字化建筑日志（如EPBD要求的数字建筑日志）可帮助记录分配方法和拆解计划，降低不确定性。

**研究结论翻译**

基于结果与讨论，研究问题可回答如下：
- DfDR策略在木材面板建筑中通过多重复使用周期可减少初级材料需求高达45%（DfDR 100），即使保守情景也能减少19%。
- 与线性RS相比，DfDR木面板建筑在定义的EoL情景下，GWP_fossil减少17-34%，归因于重复使用避免了初级材料生产。
- 不同分配方法显著影响LCA结果：EoL法（0:100）最好支持下游重复使用设计但不确定性最大；截断法（100:0）最实用且不确定性最低，但无法激励设计；CE LD法（F=3）通过线性递减分配平衡了激励与不确定性，最适合两个BLC的案例。

总之，DfDR是木材面板建筑中实施CE的合适方法，所有DfDR情景均实现GWP_fossil减少。案例研究基于常规木面板建筑，设计调整可推广至其他制造商。但需注意，结论基于单一案例，需进一步研究实际实施和结合回收情景。法律框架和标准（如德国废木条例）的修改是促进重复使用的关键，欧洲委员会应与国家立法和标准化机构合作，设定规则以实现碳中和目标。