木结构建筑的生态潜力：奥地利既有混凝土建筑与木结构建筑的比较研究

建筑物对环境的影响是巨大的和多样的，因此，建筑业绿色转型发展是缓解和适应气候变化的重要步骤。近年来，许多研究发现建筑物的使用阶段是环境影响最大的阶段。但随着被动式、低能耗住房概念的建立及普及，特别是通过使用可再生能源，新建筑对环境的主要影响往往不再是在使用阶段，而是体现在建筑产品和建设阶段。本次研究选取奥地利现有住宅建筑作为样本，通过比较分析计算出生态影响详细数据，旨在为提高生态建筑材料使用比例提供理论依据。

生态建筑材料的定义是可再生、资源友好、可重复使用、区域性和耐久性。这些特征通常在生命周期评价（LCA）中进行比较，并可由生命周期不同阶段的各种参数确定。它们分为产品和建设阶段（模块A）、使用阶段（模块B）、寿命终止阶段（模块C）和系统边界以外的效益和负荷（模块D）。本次研究主要聚焦于样本建筑的产品和建设阶段（模块A）进行生态影响分析,同时也对其他几个阶段进行了系统的监测和计算。

研究的目的是找出建筑物的哪些构件所造成的影响最大，以及这两种建造方法之间是否存在差异。本次研究采用了生存周期评估（LCA）和更详细的分析，并使用eco2sof软件和WUFI Plus软件结合最近的区域气候数据，计算了建筑供暖和制冷能源需求。

研究对象位于奥地利的巴拉尼加塞，是两栋同样大小和体积的4层住宅建筑。其中一个是用木材建造的，另一个则由混凝土建造而成。两座大楼均于2021年竣工，其位置和外部视图如图1所示。

图1.奥地利木结构与混凝土结构的4层住宅楼

如表1所示，本次研究的生态计算使用了以下7项指标。目前，这七项指标被广泛认可为国际建筑生态影响分析的权威标准，具有显著的官方性和可参考价值。

表1.计算生态影响的7项指标

根据计算，就木结构建筑而言，全球升温潜能值（GWP）的指标显示为负值，因为木质建筑物储存了二氧化碳。 相比木结构建筑的外壳，混凝土建筑的外壳对环境的影响最大 ，如图3、图4所示。

图3.木结构（W）和钢混（RC）建筑的外壳和内部所体现的生态影响

图4.木结构（W）和钢混（RC）建筑构件的生态影响

NO.1  木结构建筑内部结构生态影响

木结构建筑的内部结构被拆分为7项（如下表所示），按照7个计算指标进行计算，计算结果显示如图6。在其中的5个指标（PERT、AP、ODP、EP、POCP）中，承重结构的占比最大，分别为87%、55%、47%、59%、67%，建筑的楼层结构与地板则占了全球升温潜能值（GWP）的最大份额（43%+10%）。同时， 有研究表明，CLT比GLT（胶合层压木材）能耗低40%，因此在木结构建筑的承重结构、楼层结构和地板中通过使用CLT替代GLT，可进一步实现建筑物的生态优化。

图6.木结构建筑内部构件的生态影响

NO.1  钢混建筑内部结构生态影响

钢混建筑的内部结构被拆分为8项（如下表所示），按照7个计算指标进行计算，计算结果显示如图7。在其中的6个指标中（GWP、PENRT、AP、ODP、EP、POCP），承重结构的影响占比最大，分别为79%、65%、70%、61%、79%、63%。与木结构建筑的情况一样，楼层结构与地板加在一起占据各项指标影响的第二位，约占11%至60%， 这证明混凝土建筑的承重结构和楼层结构、地板对生态影响最大。

两座建筑均采用燃气和集中供热作为供能能源，通过系统的计算得出， 建筑产品阶段（模块A1-A3）占生态影响的最大份额 。 木结构的产品阶段具有负的全球升温潜能值。 同时，在两种能源供应方式中， 木结构建筑对环境的影响平均比混凝土建筑少7%， 如图5所示。

图5.木结构建筑（ W ）和钢混建筑（ RC ）各阶段的生态影响比较

专家们假设两栋建筑所处地域温度不低于20°C，不高于27°C，其模拟采暖与制冷能源需求的结果如表2所示。可以明显看出，两个建筑物的年供暖能耗随着时间的推移而减少，而制冷需求增加。同时， 相比木结构建筑，为了保持保持20°C的全年温度，钢混建筑在冬季需要消耗更多能耗进行供暖。

表2.木结构建筑与钢混建筑的冷热负荷

研究表明，对于多层建筑的施工，不管是木结构还是钢混结构，都需要考虑各个内部结构的优化设计， 尤其是承重结构和楼层、地板结构的优化设计。 其次， 相比钢混结构，木结构建筑对生态影响更小，维持室内温度所需能源更少。 因此，通过 推广木结构建筑，提高CLT的使用占比，可以有效降低建筑对生态环境的影响。 在奥地利的这份案例研究中，展示了木结构建筑建造住宅的诸多生态优势，这一研究将为奥地利建造更多生态建筑提供理论依据和数据参考，也将为全球各地城市的建筑发展指明方向。

奥地利维也纳错落木盒公寓

?Hertha Hurnaus

研究报告来源：

Submission received: 28 February 2023 / Revised: 29 March 2023 / Accepted: 6 April 2023 / Published: 7 April 2023

引用：

·UNEP. 2022 Global Status Report for Buildings and Construction: Towards a Zero-emission, Efficient and Resilient Buildings and Construction Sector; UNEP: Nairobi, Kenya, 2022.

·Duan, Z.; Huang, Q.; Zhang, Q. Life cycle assessment of mass timber construction: A review. Build. Environ. 2022, 221, 109320.

·Felmer, G.; Morales-Vera, R.; Astroza, R.; González, I.; Puettmann, M.; Wishnie, M. A Lifecycle Assessment of a Low-Energy Mass-Timber Building and Mainstream Concrete Alternative in Central Chile. Sustainability 2022, 14, 1249.