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木结构建筑能否成为零碳建筑新蓝本?

木结构建筑能否成为零碳建筑新蓝本?

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近日,全球最高的重型木构(Mass Timber)建筑——Ascent公寓建成了。


这是一座位于美国威斯康星州密尔沃基市的25层豪华公寓,高达86.6米,建筑由Korb + Associates建筑事务所主持设计。


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©Archdaily


Ascent公寓以正交胶合木(cross-laminated timer,缩写为CLT)这一高强度、高弹性、高柔韧性和亲自然的板材作为主要承重结构。不仅充分利用了材料的物理特性所带来的功能优势,而且通过尽可能地在室内暴露出木材结构的设计方法,实现了住户在每一个房间都能充分享受到自然的元素。


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 © Nate Vomhof Photography


CLT正交胶合木板不仅可以承担结构和美学的双重功能,降低室内装修成本;也因可以实现使用场外工厂集成预制的柱子和梁,从而大大减少了材料浪费;加之木材的重量比混凝土或钢材轻,进一步降低了施工现场的能源和时间成本,使施工过程加快了约25%。该项目于2020年8月在Kilbourn和Van Buren的交叉口破土动工,木材施工于2021年6月开始。仅仅6个月后,就实现了这座25层创新大厦的封顶,目前建筑已完工并面向公众开放。


相比于钢筋混凝土结构建筑,木结构建筑因其更加自然、减少碳排放、可持续、节能抗震等多重优势正逐渐在世界各地流行。新材料的发展使得木结构建筑不再仅仅局限于低层设计。坚固创新的工程木材产品、现代化的连接方式和施工工艺也使木建筑达到了前所未有的高度。


世界第一高混合木结构建筑

能耗降低50%


科技巨头阿特拉斯西亚(Atlassian)公布了在悉尼新建180米总部的设计方案。该建筑由总部位于纽约的建筑事务所SHoP、澳大利亚本土事务所BVN、以及Eckersley O’Callaghan结构工程公司联合设计。


此项目将成为“世界上最高的混合木材建筑”,这座大楼避免使用大量的混凝土和钢材,并将覆盖一个可以发电的玻璃幕墙,形成具有自发电功能的发电系统,以100%可再生能源运行。


该项目预计将于2025年完工。据预测,与传统的塔楼相比,将钢框架与大量木材内饰相结合,在建筑过程中产生的含碳量将减少50%,与新的传统建筑相比能耗降低50%。且建筑寿命将长达100年。木混合结构将是建筑业未来发展的一大方向!


江苏首栋 “近零碳”木结构建筑

节能率超75%


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江苏省首栋 “近零碳”木结构建筑——江北国际健康城人才公寓社区服务中心,是以“能量山”为设计理念,采用重型胶合木的一种天然装配式建筑,其特点是预制率高、施工周期短、自重轻、保温隔热性能强,实现建筑全生命周期零碳排放。


玻璃为3层中空,能有效保温和隔热。通过内部通风、屋顶天窗设计,让建筑内部对能源的需求大大减少。房屋顶面嵌入数千块光伏玻璃,为建筑投用后提供清洁能源。据测算,该建筑每年可发电24.1万度,在夏季用电富余之时可通过蓄电池储电,以备阴雨天使用。同时,多余电量也可为新能源车充电。


木材回流,代替钢筋混凝土?


建筑业是我国碳排放的主要领域之一,根据中国建筑节能协会发布的《中国建筑能耗研究报告2021》统计,2019年我国建筑全生命周期排放49.97亿吨CO₂当量,占我国能源碳排放总量的50.6%。


建筑业目前的烫手山芋,是钢筋和水泥。2020年我国建材行业总产量约25亿吨,总二氧化碳排放16.5亿吨,其中水泥产量约23亿吨,产生的二氧化碳排放量约13亿吨,约占建材行业总碳排放的80%,是建材碳减排的重点和难点。


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缓解气候变化的最重要的方法之一,是找到从大气中捕获碳的新方法,这对于在全球年度温室气体排放量中占比高达30%的建筑业来说同样显得至关重要。木制品在其生命周期中碳排放量很低,并且可在建筑物中储存碳。


木材:可存储碳的建材


木材属于天然的储碳材料,木材制品只要处于使用状态,固定在其中的碳就基本不再释放,以碳储存库的形式存在。这种功能还不需要额外的赋能维持和经济投入,因此木材是高效廉价的碳封存体。


当木材被加工用来建造房屋时,能够确保CO₂更长久地被固定在木材里。一座典型的木结构房屋可以储存28吨碳,相当于一辆家庭汽车连续行驶5年的碳排放,这是其他材料完全无法达到的固碳能力。


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木构件:低能耗生产加工


木材生产过程能源消耗量小,碳排放水平低,尤其是与钢材、玻璃和水泥等传统建材相比,节能降碳优势明显。


研究显示,生产1吨水泥约排放1220kgCO₂当量,生产1吨钢材约排放6470kgCO₂当量,生产1吨玻璃约排放1870kgCO₂当量,而加工1立方米木材(规格材)仅排放30.3kgCO₂当量。


除此以外,木材作为建筑材料还更为节能,依据国家统计局关于各行业能源消费情况数据,一吨钢生产需要3,780千瓦电力,而每吨木材仅需453千瓦。相同单位材料的加工能耗,木材、水泥、钢铁、铝的比值为1:5:191:791。


施工:装配式建筑,绿色施工


装配式木结构建筑把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行,在工厂生产预制构件,然后运输到建筑施工现场,通过像搭积木一般的方式,在现场完成建筑安装。相较传统现浇方式,装配式建筑在建造地程中,可在建造以及内装修的各个环节实现减碳,每平米节水约20.5%、减碳约7.5%,减少垃圾排放约77.7%。


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运行阶段:低能耗、低碳排放


木结构建筑在生命周期的运行阶段,能耗比轻钢结构低8.61%,比混凝土结构低22.89%;在50年使用期内,我国现代木结构建筑每年每平方米单位建筑面积的碳排放在24.6-31.1kgCO₂当量,每年每平方米平均28.8千克CO₂当量。


助力“双碳”,木结构建筑大有可为!


木结构在建筑的全生命周期内,最大限度地节约资源,保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,并最高效率地利用能源、最低限度地影响环境,对于中国实现碳达峰和碳中和具有重要意义。不难预见,绿色低碳环保的现代木结构建筑市场,未来前景将更为广阔。


【素材来源】

《世界最高重木建筑诞生!25层的Ascent公寓混搭科技与自然》建道筑格

《加拿大又一零碳重型木结构建筑即将竣工》加拿大木业

《助力“双碳”,木结构建筑大有可为》国森装配式建筑

《世界第一高混合木结构建筑——零碳排放的新实践》木构君


延伸阅读:

木结构连接节点构造设计要素 最近研究:全球建设木材城市,到2100年或可减少1000亿吨二氧化碳排放 野奢风向标—木结构,和露营氛围很搭!

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