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一、澳大利對(duì)石材產(chǎn)品隱含能的研究
南澳大學(xué)的科技人員對(duì)建筑物用裝飾石材的隱含能問(wèn)題進(jìn)行了研究，主要研究的內(nèi)容是石材生產(chǎn)過(guò)程中所使用的能量，即隱含能，這項(xiàng)研究是為了證明，相對(duì)來(lái)講天然石材產(chǎn)品要比他建筑材料更具有可持續(xù)性。
這項(xiàng)研究是利用南澳的一座藍(lán)色大理石（一種云母狀片巖）礦山和一座專門生產(chǎn)國(guó)內(nèi)住宅用石材產(chǎn)品的石灰石礦山上的研究成果，來(lái)測(cè)定兩種石材生產(chǎn)過(guò)程中的隱含能，研究結(jié)果證實(shí)了使用天然石材能夠大大降低住宅建筑物中所消耗的隱含能。
這項(xiàng)對(duì)比是和其他建筑產(chǎn)品進(jìn)行的，從可持續(xù)性來(lái)講，對(duì)隱含能的測(cè)量得出的大量數(shù)據(jù)都證明天然石材是一種高檔建筑材料。
1. 研究石材隱含能的重要性
據(jù)估計(jì)，全世界至少有40%的能量和材料都是用于建筑上。有國(guó)外專家曾指出，在建筑業(yè)中的能耗上都占有很大比例：英國(guó)、歐盟和美國(guó)分別占50%，41%和36%。因此，過(guò)去在建筑物上節(jié)能工作就主要關(guān)注能量的保護(hù)措施，因而這也就成了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性的現(xiàn)代促進(jìn)動(dòng)力。與傳統(tǒng)的住宅建筑相關(guān)聯(lián)的能耗，可分為“操作能耗”和“隱含能耗”。前者能量是建筑完工后建筑物當(dāng)前使用所需求的能量，例如，為了取暖所用的能量。 后者是在生產(chǎn)建筑物建造所使用的材料過(guò)程中所耗費(fèi)的能量，包括上游活動(dòng)例如原材料開(kāi)采以及材料加工時(shí)所耗費(fèi)的能量。
隱含能被看作是建造中涉及到這兩種能量成分的最小量。但實(shí)際上這一能量的耗費(fèi)也是可觀的，例如香港的住宅型摩天大樓的生命周期期間能量的消耗達(dá)40%；瑞典的一座兩層有露臺(tái)的公寓樓，隱含碳占整個(gè)50年時(shí)間跨度內(nèi)能量總消耗量的45%；在國(guó)外專家的一份有關(guān)印度的報(bào)告中還表明，生產(chǎn)磚、水泥和鋼材就占了這一能量的絕大部分預(yù)算。因此降低隱含能就成了建筑業(yè)的一個(gè)意義非常重大的課題。
隱含能的研究對(duì)石材行業(yè)是非常重要的，因?yàn)檫^(guò)去和現(xiàn)在石材對(duì)建筑業(yè)都做出了重要的貢獻(xiàn)，并且和其他競(jìng)爭(zhēng)性的產(chǎn)品相比，在其購(gòu)買和加工過(guò)程中的能耗量都明顯是低的。
國(guó)外有關(guān)研究結(jié)果表明，生產(chǎn)磚、室內(nèi)墻體飾面的石膏板以及玻璃，它們的隱含能分別超過(guò)石材的隱含能的3、7.7和20倍。
為了證明石材產(chǎn)品的隱含能和相關(guān)競(jìng)爭(zhēng)性材料相比是有優(yōu)勢(shì)的，就需要大量的數(shù)據(jù)去驗(yàn)證這些有利于可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)點(diǎn)，因此南澳大學(xué)就進(jìn)行了這項(xiàng)研究。

2. 南澳的具體研究案例
（1）研究所使用的石材
在這項(xiàng)調(diào)研中，南澳大學(xué)對(duì)以南澳的兩家石材開(kāi)采和加工公司的產(chǎn)品樣板進(jìn)行了石材隱含能的研究。兩家公司都是主要生產(chǎn)住宅用石材產(chǎn)品，以及外墻和花園建筑產(chǎn)品。 一家公司的石材是Kanmantoo藍(lán)色石材（Kanmantoo Bluestone），這是一種云母狀片巖石材，另一家公司的石材是Bruhn石灰石，這是一種淺色紋理石材，相對(duì)要軟，但會(huì)隨著使用時(shí)間變硬。他們的開(kāi)采和加工作業(yè)都是在礦山上進(jìn)行。
這兩家公司生產(chǎn)用這兩種石材除了生產(chǎn)住宅用石材成品外，其廢料也得到了充分利用，如Kanmantoo 藍(lán)色石材，其無(wú)法整形的荒料，用來(lái)做花園的裝飾件，或磨碎成密實(shí)的骨料用來(lái)鋪路；Bruhn石灰石，將其廢石料粉碎出售以用做鋪路石。此外，還將一部分石灰石廢石料磨粉在當(dāng)?shù)赜米鬓r(nóng)業(yè)土壤添加劑。這樣礦山上所有產(chǎn)品都能利用，而無(wú)廢料。
（2）所使用的隱含能評(píng)估方法
隱含能一般用一數(shù)字系數(shù)進(jìn)行評(píng)估，這一數(shù)字系數(shù)表明的是能耗，用一個(gè)具體單位將其標(biāo)準(zhǔn)化，這一能耗用產(chǎn)品質(zhì)量去除，產(chǎn)品質(zhì)量可以是產(chǎn)品噸量，或是使用的標(biāo)準(zhǔn)面積。系數(shù)測(cè)量單位可以是MJ/kg，或GJ/t、MJ/t以及MJ/m2。
國(guó)外一般有4種評(píng)估隱含能的方法：
a. 根據(jù)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的研究進(jìn)行過(guò)程分析；
b. 根據(jù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)投入—產(chǎn)出圖表進(jìn)行投入—產(chǎn)出分析；
c. 根據(jù)過(guò)程并根據(jù)上述1和2 的數(shù)據(jù)的綜合進(jìn)行混合分析；
d. 根據(jù)投入-產(chǎn)出并根據(jù)對(duì)上述1和2 數(shù)據(jù)最全面的綜合進(jìn)行混合分析。
選擇什么樣的方法直接關(guān)系到對(duì)隱含能的分析是否精確和全面。但實(shí)際上，通過(guò)分析投入-產(chǎn)出得出的隱含能系數(shù)也會(huì)有±20%的誤差，盡管這種分析方法比過(guò)程分析方法更加全面。在這項(xiàng)研究中，對(duì)石材產(chǎn)品的隱含能系數(shù)的評(píng)估就使用了簡(jiǎn)化形式的混合分析法。對(duì)于這項(xiàng)研究對(duì)象的石材開(kāi)采和加工作業(yè)，隱含能的計(jì)算還涉及到：
鑒定在礦山上消耗能的作業(yè)；
測(cè)定每一項(xiàng)作業(yè)的裝飾石材全部年產(chǎn)量；
測(cè)定為生產(chǎn)這一產(chǎn)量的石材產(chǎn)品全年所使用的基本能量。
對(duì)兩座礦山所使用的機(jī)械設(shè)備和所使用的所有種類的能及其使用數(shù)量—包括燃料—都進(jìn)行了鑒定。對(duì)這一部分進(jìn)行的是過(guò)程分析，并測(cè)定了對(duì)進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)的地點(diǎn)所直接供應(yīng)的能量。此外關(guān)于間接能耗，也就是為使用附屬設(shè)備、后勤和工具所耗費(fèi)的能量，采用投入—產(chǎn)出方法進(jìn)行評(píng)估。這一間接能耗，包括了為表達(dá)基本能量消耗數(shù)據(jù)的所有因素。評(píng)估不包括交付到建筑工地的運(yùn)輸能耗。
對(duì)大部分建筑材料，隱含能系數(shù)（MJ/kg）都是按照建筑材料產(chǎn)量單位（公斤kg）消耗（MJ）能量計(jì)算。在這項(xiàng)研究中，除了對(duì)比研究建筑產(chǎn)品外，還計(jì)算了平米墻體，隱含能系數(shù)是以MJ/m2為單位測(cè)定的。

3. 研究結(jié)果
在Kanmantoo藍(lán)色石材礦山，在計(jì)算能耗時(shí)，需要考慮是只是柴油的消耗，計(jì)算出的隱含能系數(shù)為0.3MJ/kg（不包括運(yùn)輸能耗）。關(guān)于Bruhn石灰石的開(kāi)采，使用了柴油和標(biāo)準(zhǔn)汽油，這樣這兩種燃油的比重差異應(yīng)當(dāng)在使用公斤單位時(shí)已經(jīng)考慮到了的。Bruhn石灰石的隱含能的計(jì)算結(jié)果是0.6MJ/kg（不包括運(yùn)輸能耗）。根據(jù)距離，往建筑工地運(yùn)輸，應(yīng)當(dāng)添加的隱含能系數(shù)，當(dāng)?shù)亟回洠?0km）為0.05 MJ/kg，路程遠(yuǎn)的（100km）為0.5 MJ/Kg。但實(shí)際有時(shí)需要交貨的距離比這還會(huì)遠(yuǎn)的多。如果將這些結(jié)果和其他較大的建筑材料相比，結(jié)果很明顯，石材產(chǎn)品是隱含能極低的材料。表1把所有常用建筑材料隱含能進(jìn)行了對(duì)比。表中數(shù)據(jù)來(lái)源多種，屬平均數(shù)據(jù)。所有進(jìn)行對(duì)比的隱含能系數(shù)都不包括運(yùn)輸能耗。

還有一種對(duì)比隱含能的方法就是利用產(chǎn)品密度，這種方法適用于墻體。但如果隱含能需要考慮進(jìn)生產(chǎn)一定量的建筑材料所需要的必要的能量，就不能評(píng)估材料的密度。因此，和高壓釜處理充氣混凝土砌塊相比，1m2建筑石材會(huì)需要消耗大量的材料。包括藍(lán)色石材和石灰石在內(nèi)的一些建筑材料的強(qiáng)度是用下列公式計(jì)算出的：
材料強(qiáng)度=密度（kg/m3）× 墻體的寬度（m）
用這一公式就可以在每m2墻體耗費(fèi)的能量范圍內(nèi)計(jì)算出建筑石材的隱含能，并和其他材料建造的墻體進(jìn)行對(duì)比。關(guān)于這點(diǎn)詳見(jiàn)表2，這份表列出的是澳大利亞和其他地區(qū)使用的其他墻體材料。

4.結(jié)論
研究結(jié)果指出，在隱含能方面，經(jīng)對(duì)比，石材產(chǎn)品狀況要好于其他材料。在所有重型和中等重型材料中，石材墻體在能耗等級(jí)上是最低等。特別是致密性石材墻體上表現(xiàn)最為明顯，如果和燒結(jié)磚相對(duì)比的話，石材產(chǎn)品不像生產(chǎn)磚那樣，無(wú)需任何燒結(jié)處理就可以完善產(chǎn)品。在和木材或其他材料構(gòu)件結(jié)構(gòu)墻體對(duì)比時(shí)，這一優(yōu)勢(shì)也得到了確認(rèn)。
研究結(jié)果的意義啟示人們，石材產(chǎn)品作為“綠色”材料大有推廣的潛力，因?yàn)榭偟膩?lái)講大部分建材產(chǎn)品都是用（直接或間接的）化石性燃料生產(chǎn)的。低隱含能材料溫室氣體排放量低，并且對(duì)氣候變化影響小。
隱含能及其排放量并不是材料的可持續(xù)性發(fā)展的唯一指數(shù)；其他的因素，例如熱性能和再循環(huán)的可能性，也是非常重要的。在這些因素當(dāng)中，石材產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是最可靠的，因?yàn)樗鼈兙哂泻艽蟮臒豳A存能力，和使用的便利性。
使用計(jì)算隱含能的方法以在數(shù)量上表明，和其他建筑材料相比在加工石材時(shí)耗能低，這樣來(lái)推廣使用天然石材是非常有利的。由于全球工業(yè)化，資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)和與利用能源相關(guān)的二氧化碳的排放的擔(dān)憂，這些能量避免流失的統(tǒng)計(jì)工作正變得愈加迫在眉睫。
隱含能的數(shù)據(jù)可以被用來(lái)支持促進(jìn)石材使用的其他可持續(xù)原則。例如，當(dāng)石材作為建筑材料被循環(huán)使用時(shí)，在很多情況下，和磚瓦、金屬和塑料相比，若再利用時(shí)，需求的隱含能很少。此外，除了其他因素 —如壽命、熱質(zhì)量、再利用的便利性和無(wú)毒 — 之外，隱含能還是可持續(xù)性的深層指數(shù)。因此，就需要更加充分地分析石材產(chǎn)品的性能，特別是要分析整個(gè)生命周期的能耗量，以驗(yàn)證這種建筑材料和其他材料對(duì)比的所有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
二、德國(guó)對(duì)天然石材幕墻能耗的研究
德國(guó)天然石材協(xié)會(huì)非常關(guān)注幕墻節(jié)能和環(huán)保問(wèn)題，為此和有關(guān)研究機(jī)構(gòu)合作，開(kāi)展了一項(xiàng)在環(huán)保、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益方面評(píng)估天然石材和玻璃幕墻的可持續(xù)性研究。研究以改用做寫(xiě)字樓的法蘭克福大劇院塔樓為樣板。法蘭克福大劇院塔樓是改用做寫(xiě)字樓的德國(guó)最壯觀的一座建筑物。正是由于使用了天然石材幕墻，從而顯出了在節(jié)能環(huán)保方面天然石材幕墻要比純玻璃幕墻具有優(yōu)勢(shì)，因而這座建筑物獲得了美國(guó)綠色建筑委員會(huì)（Green Building Council U.S.）頒發(fā)的LEED（Leadership In Energy and Environmental Design）金獎(jiǎng)。
這項(xiàng)研究包括：評(píng)估天然石材和玻璃幕墻的整個(gè)生命周期，研究在生產(chǎn)、使用和再利用（生命結(jié)束）方面天然石材和玻璃的性能。這項(xiàng)研究還就基本能量的使用和對(duì)環(huán)境影響對(duì)比了建造幕墻的三種方案。此外還另研究了各種百分比玻璃含量的幕墻建造模式在經(jīng)濟(jì)成本方面的特點(diǎn)。
1. 在節(jié)能和生態(tài)環(huán)保方面的研究結(jié)果
這項(xiàng)研究使用的是LCA法（Life Cycle Assesment 生命周期評(píng)估法），系統(tǒng)地分析了產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期（從開(kāi)始到結(jié)束）中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的效應(yīng)。這包括產(chǎn)品在其生產(chǎn)期間，在其使用期間，以及在其上游和下游流程（從原材料到供貨）中的處置。
（1） 生命周期評(píng)估 第一部分
研究的第一部分析了兩種方案也就是天然石材和玻璃制幕墻在100年的時(shí)間跨度上對(duì)環(huán)境的影響。研究的樣品是1m2的天然石材幕墻—石材飾面背后帶有通風(fēng)隔熱層，通風(fēng)隔熱層建在鋼筋混凝土上—和建造在鋁支撐結(jié)構(gòu)的連續(xù)式玻璃幕墻，以此兩相對(duì)比。
① 第一部分研究結(jié)果
在100年的時(shí)間跨度上，天然石材幕墻表現(xiàn)出了顯著的生態(tài)優(yōu)勢(shì)?？偟膩?lái)講，研究結(jié)果表明，無(wú)論在生產(chǎn)階段還是在使用階段，天然石材幕墻和玻璃幕墻體系相比，其需要的能耗要低的多。
在整個(gè)生命周期期間，玻璃幕墻需要的基本能量是天然石材幕墻所需的3倍（見(jiàn)圖1）。

圖1 100年時(shí)間跨度內(nèi)，天然石材幕墻和玻璃幕墻在整個(gè)生命周期中的能耗量需求對(duì)比（單位：MJ/m2）。圖中淺色圖示代表天然石材幕墻，深色圖示代表玻璃幕墻。
② 玻璃幕墻對(duì)環(huán)境的影響大于天然石材幕墻對(duì)環(huán)境的影響：
—全球變暖潛能值（GWP；CO2當(dāng)量）高2.5倍以上；
—臭氧消耗潛能值（R11；ODP）高1.5倍以上；
—酸化潛能值（SO2當(dāng)量；AP）高3倍以上；
—過(guò)營(yíng)養(yǎng)化潛能值（PO4當(dāng)量；EP）高4倍以上；
—臭氧煙霧潛能值（C2H2當(dāng)量；POCP）高4倍以上。
（2） 生命周期評(píng)估 第二部分
這項(xiàng)研究的第二部分，還是以法蘭克福大劇院塔樓為例，以50年為觀察期，集中研究了下面的幕墻選擇性方案：
—備選幕墻1：
在法蘭克福大劇院塔樓上建造的現(xiàn)有幕墻，由執(zhí)行DIN18516-3標(biāo)準(zhǔn)（33%）的背后通風(fēng)式天然石材幕墻（17%）以及和玻璃構(gòu)件（50%）組合而形成一體而成。
—備選幕墻2：
按照DIN18516-3標(biāo)準(zhǔn)建造的背后通風(fēng)式天然石材幕墻，窗戶比例占50%。
—備選幕墻3：
是玻璃幕墻，包括玻璃構(gòu)件（90%），和執(zhí)行DIN18516-3標(biāo)準(zhǔn)的背后通風(fēng)式天然石材幕墻 （10%）。
① 第二部分研究結(jié)果
在這項(xiàng)研究的第二部分，對(duì)比了各種不同的幕墻選擇性方案，結(jié)果表明在整個(gè)面積為3萬(wàn)m2的幕墻上，天然石材和玻璃構(gòu)件對(duì)比，具有著顯著的生態(tài)優(yōu)勢(shì)。第3種備選幕墻為玻璃幕墻，其基本能量需求是相等的天然石材幕墻（第1和2種備選幕墻）的2倍以上（見(jiàn)圖2）。

圖2 以法蘭克福大劇院塔樓為例，全部使用天然石材建造的現(xiàn)有幕墻、備選的玻璃幕墻和備選的傳統(tǒng)天然石材幕墻的整個(gè)生命周期對(duì)能量的需求對(duì)比（MJ/m2）。
圖中白色圖示代表的是全部采用天然石材建造的幕墻；淺色代表的是備選的天然石材傳統(tǒng)幕墻；深色代表的是典型的玻璃幕墻。
② 在對(duì)環(huán)境的影響方面，玻璃幕墻的能耗超過(guò)用天然石材建造的現(xiàn)有幕墻的能耗的60％?175%?？傊瑥恼麄€(gè)生命周期來(lái)看，玻璃幕墻的對(duì)生態(tài)的損害大大超過(guò)等量的天然石材幕墻對(duì)生態(tài)的損害：
—全球變暖潛能值（GWP；CO2當(dāng)量）高1.5倍以上；
—臭氧消耗潛能值（R11；ODP）高2.5倍以上；
—酸化潛能值（SO2當(dāng)量；AP）高1.5倍以上；
—過(guò)營(yíng)養(yǎng)化潛能值（PO4當(dāng)量；EP）高1.5倍以上；
—臭氧煙霧潛能值（C2H2當(dāng)量；POCP）高1.5倍以上。
2. 天然石材在經(jīng)濟(jì)成本上的優(yōu)勢(shì)
天然石材幕墻不僅僅在生態(tài)保護(hù)方面有優(yōu)勢(shì)，更主要是在經(jīng)濟(jì)成本上有極佳優(yōu)勢(shì)。例如熱傳導(dǎo)系數(shù)，天然石材幕墻的是0.32W/m2，而玻璃幕墻的是1.25W/m2。由于導(dǎo)熱系數(shù)小，所以使用天然石材幕墻的建筑物的熱耗也非常低。此外，這項(xiàng)研究還沒(méi)有考慮進(jìn)由于冬天熱損失和夏天為了冷卻建筑物而使用大量必要的空調(diào)所造成的大面積玻璃幕墻的負(fù)面經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效應(yīng)。
根據(jù)有德國(guó)關(guān)單位所進(jìn)行的另一項(xiàng)研究，一面?zhèn)鹘y(tǒng)的天然石材幕墻，其每m2的年能耗估計(jì)在100到150kWh（kWh/m2a），而上個(gè)世紀(jì)末的沒(méi)做保溫層的玻璃幕墻建筑的基本能耗為每年每m2300?700 kWh/m2a。
更重要的是，建造天然石材幕墻的成本要大大低于建造玻璃幕墻的成本。本項(xiàng)目研究了20面幕墻，巴伐利亞最高審計(jì)法院(Bavarian Supreme Court of Audit)工程到了收尾階段，而由于在建造時(shí)隨著玻璃用量的增加，其投資也隨之大大增加。玻璃含量為35%的鑿孔幕墻，需花費(fèi)400歐元/m2，而玻璃含量為90%的幕墻，則需花費(fèi)1,280歐元/m2。每增加1個(gè)百分點(diǎn)的玻璃含量，正常的成本花費(fèi)就增加16歐元/m2(2006年的建造指數(shù))。同樣，天然石材幕墻的維護(hù)成本費(fèi)用只為玻璃幕墻維護(hù)成本的一半。此外，玻璃表面每年都要清潔一次，這樣其維護(hù)費(fèi)用平均每m2還要增加清潔費(fèi)用1.5歐元/ m2。再具體說(shuō)，鑿孔幕墻的清潔費(fèi)用為1歐元/ m2，標(biāo)準(zhǔn)玻璃幕墻的清潔費(fèi)用是4歐元/ m2。（參照表3）而雙層玻璃幕墻的建筑物，或使用需要經(jīng)常清潔的構(gòu)件或很難接觸的構(gòu)件的建筑物，它們的清潔費(fèi)用還會(huì)更高。

在考量成本時(shí)，這項(xiàng)研究以50年為一完整的生命周期，考察了各種天然石材和玻璃幕墻的經(jīng)濟(jì)效能。研究的內(nèi)容包括生產(chǎn)、維護(hù)、清潔成本，以及在整個(gè)使用時(shí)期內(nèi)為取暖、制冷、通風(fēng)和照明所消耗的能量。為確定制定參照年的整個(gè)季節(jié)周期的各種備選幕墻的能耗性能，進(jìn)行了建筑物和各種設(shè)施的熱模擬測(cè)試。
結(jié)果表明，窗戶比例占50%的天然石材幕墻要比全部都是玻璃的幕墻在成本上有很大的優(yōu)勢(shì)。以面積為14.7 m2外表面的一塊幕墻構(gòu)件為例，在其整個(gè)生命周期中，相關(guān)節(jié)約的費(fèi)用約為15,800歐元。這個(gè)數(shù)字包括了估計(jì)增長(zhǎng)的能耗成本4%。如果能耗成本估計(jì)增長(zhǎng)是6%，那么這個(gè)數(shù)字約為16,400歐元（參見(jiàn)表4）。這一成本差別，都是按照整個(gè)使用期的最低的生產(chǎn)成本和最低的能耗計(jì)算出。

來(lái)源：石材雜志