第 01 节
木材变成了一句口号
近几年,木材出现在所有的讨论里。封面上的一个词、一本宣传册、一张木条立面的图片,一个项目立刻就披上了一层良善的声誉。这个词让人安心。它单凭自己,就成了一种生态的证明,几乎成了一句口号。
让我们把事情摆正。木材是一种很好的建筑材料:轻、可再生、宜人,它储存碳,也便于预制。但它不是魔法棒,也不是处处适用的正确答案。在与水接触时、在承受重荷的大跨度上、在必须抗火的核心筒里,其他材料表现得更好。
所以真正的问题不是"木材还是混凝土"。它是双重的:一栋建筑要花掉多少碳,以及把哪种材料放在哪个位置。一栋建筑不是由单一材料构成的。它有基础、结构、楼板、立面、隔墙。每个部位都有它合适的材料,而且并不总是同一种。
本页诚实地比较主要的结构材料,不偏袒任何一种。对每一种:它最擅长什么、它的碳成本,以及它做不到什么。碳在这里充当指南针,而不是教条。我们只提供信息,不推销任何东西。
最后,一个模拟器让你可以逐个部位地搭配一栋建筑,实时看到它排放什么、储存什么,以及某个选择在什么时候变得不现实。它不认证任何东西:它让你感受到其中的权衡。
最后一个从头贯穿到尾的标尺。一个碳数字从来不是唯一的。它总是取决于两件必须一起说明的事:单位(按每立方米材料,还是按每平方米楼板)和范围(仅出厂,还是完整生命周期)。两项严肃的研究在同一种材料上可能相差 2 到 5 倍,而没有一项是错的 1。因此我们给出的是区间,而不是精确到公斤的确定值。
第 02 节
木材毫不新鲜
在成为一种论据之前,木材是一种非常古老的建造方式,而且它早已在大尺度上屹立不倒。
一种古老的传统
在斯堪的纳维亚,人们用木材建造已有近千年。那些立木教堂,即 *stavkirke*,是其中最壮观的证明。挪威的 Urnes 立木教堂约建于 1130 年:它的承重木材于 1129 至 1131 年间被砍伐,它被列入 UNESCO 世界遗产 2。九个世纪之后,同一地区在工程木材、CLT 和高层建筑上处于前沿。传统并没有消失:它工业化了。
在法国,这个传统同样深厚。木构架,即中世纪的木筋墙(colombage),可追溯到罗马古代,从中世纪早期一直沿用到十九世纪。在 Alsace、Normandie、Troyes 或 Rouen 还留有成千上万座这样的木骨架房屋,木匠的技艺也被列入非物质文化遗产名录 3。屋架则从未中断过。这个时代所增添的,是一种复兴:一条正在成形的法国 CLT 产业,以及一项法规 RE2020,它推动人们转向生物基材料。
在炎热干燥的国家,木材始终有它的位置,常常与土并肩。在 Maroc(摩洛哥),Atlas(阿特拉斯)雪松用于屋架和细木工,而那些镂空木格屏 moucharabieh,几个世纪以来一直过滤着光线和热量 4。老实说:在这些气候下,往往是土在承担结构,而木材在陪伴它。但木材在那里如同在家,这也与我们相关,我们正是在地中海和摩洛哥气候中工作的人。
用当代建筑来证明
如果木材在今天不能在高处、在普通楼房里发挥作用,光有传统是不够的。而它确实做到了。在挪威,Mjøstårnet 塔高 85,4 米,共十八层;它于 2019 年落成,直到 2022 年一直是世界上最高的木结构建筑 5。在 Zurich(苏黎世),Shigeru Ban 设计的 Tamedia 大楼(2013 年)在一副完全由胶合层积木构成的骨架上竖起七层,整副骨架不用一个金属连接件,仅靠简单的山毛榉木销固定 6。纪录被美国刷新:Milwaukee(密尔沃基)的 Ascent 塔高 86,6 米、二十五层,于 2022 年开放,底座和核心筒为混凝土,其余部分为木材 7。这些塔是真实存在的,可以去参观;本节所配的图片就展示了其中一座。
这些建筑并不是孤立的例外。在 Vancouver(温哥华),Brock Commons 学生宿舍早在 2017 年就以木混凝土混合结构立起十八层,即 53 米 8。在 Vienne(维也纳),HoHo 塔高 84 米、二十四层,同样是混合结构,一个混凝土核心筒外披木材 9。它们的共同点不是不惜代价的全木:而是把合适的材料放在合适的位置,在需要质量的地方用混凝土,其余用木材。
法国也不落后。在 Bordeaux(波尔多),Hypérion 塔于 2021 年交付,高 55 米、十六层:它是法国最高的住宅木结构建筑 10。在 Strasbourg(斯特拉斯堡),Sensations 大楼在十一层、38 米的高度上排布 146 套住宅,采用架在混凝土底座上的全木结构 11。这些项目属于一项名为"木造宜居楼房"(Immeubles à vivre bois)的国家计划,该计划在多座城市推出了示范项目 12。所以就原理而言,木材无需再证明什么。真正的问题依然存在,要逐个部位地问:它在什么时候是最佳选择?这正是本页其余部分的主题。
第 03 节
真正的主题是建筑的碳
建造对气候的负担很重。建筑业是地球上最大的排放者之一,既因为它在被居住后消耗的能源,也因为建造它所花费的全部碳。而随着我们把保温做得更好、把供暖做得更清洁,与建造本身相关的那部分反而在增大。材料因此成为一个独立的气候议题。
有一种材料凭借它的用量主导着这个问题:混凝土,尤其是它的胶凝材料,水泥。仅水泥一项就占全球 CO2 排放的约 7 到 8 %,也就是每年大约 2,4 到 2,5 吉吨 CO2 1。原因不是它按每公斤计碳排很高,而是它被浇筑的数量极其巨大:每年大约 140 亿立方米混凝土,是世界上继水之后使用最多的材料。
最棘手的是这些 CO2 从何而来。制造水泥需要煅烧石灰石,石灰石随之变成石灰并释放出 CO2。这个反应,即脱碳酸反应,仅它一项就占了工厂排放的三分之二,大约每吨熟料 520 kg CO2 13。它在化学上是不可避免的:哪怕用一座完全清洁的窑炉,这些 CO2 也照样跑出来。我们能对剩下的三分之一,即窑炉的能源动手,却动不了这一部分,除非捕集 CO2,而这在大规模上还不存在。
这就是为什么"用木材建造"还不足以说问题已经解决。用一种材料替换另一种并不能让问题消失:我们必须诚实地看清每一种方案真正花掉多少碳,逐个部位地看,连同它的单位和范围。本页接下来的部分正是要做这件事。
第 04 节
"建筑的碳"意味着什么
一栋建筑以两种方式排放碳。有运营碳,也就是居住期间供暖、制冷和热水的碳。还有隐含碳,也就是为制造材料和建造而一次性花掉的碳。随着建筑消耗的能源越来越少,这部分隐含碳成为决定性的部分。本页谈的正是它。它的第一块砖,是生命周期评价的 A1-A3 模块:材料的开采、运往工厂和制造,换句话说就是"出厂"。
木材还多出第二笔账,绝不能与第一笔混在一起:生物质碳。树木在生长时从空气中取走了 CO2;这些碳被封存在木构件里。我们用一套专门的标准、根据木材的密度来计算它 14:大约每立方米储存 0,7 到 0,9 吨 CO2。但这份储量是一种延期,而不是消除。只有当森林重新长起、木材长期留在建筑中,它才算作一项收益。一旦被烧掉或任其腐烂,它就会把碳释放出来。
要诚实地评判,就必须走得比出厂更远。完整生命周期还要加上运输和施工、数十年的维护,然后是寿命终结以及此后发生的事:这些就是 A 到 D 模块。法国的法规 RE2020 甚至走得更远,它给每一笔排放标注时间:早储存碳、晚释放碳会被计入正面价值,这有利于生物基材料 15。不过,要承认这份储存,还得有一份真实产品的环境声明,登记在国家数据库里 16。
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正是在这里,数字开始起舞。有两件事让它们变动。首先是范围:"出厂"(A1-A3)的数字和"完整生命周期"(A 到 D)的数字无法相比,后者更重,因为它加上了工厂之后的一切。其次是单位:"按每立方米材料"的碳比较的是材料,"按每平方米楼板"的碳比较的是建筑,而一平方米楼板所含的材料远少于一立方米。把两者混淆是最常见的错误 1。
有一个陷阱值得点名,因为它奉承了木材。如果把计算停在 A 模块,就会把负值的生物质储量留下,却从不计入它在寿命终结时的释放。木材于是看起来"碳为负",而这只是范围造成的假象。有些声明因此按每立方米给出很负的数值:它们把储量算了进去,却掩盖了未来的欠债。一份诚实的核算会一直算到 C 和 D 模块。
下面的示意图把这一切摊开来看。它把一栋建筑的碳分解成三部分:制造的隐含碳、储存的生物质碳和运营碳,并展示所选范围会带来什么变化,从仅生产(A1-A3)到完整生命周期(A 到 D)。
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第 05 节
逐一审视材料,不偏袒
这就是主要的结构材料,逐一来看,不给任何一种加冕。
下面的表格汇集了它们的隐含碳区间。请谨慎阅读:它混用了单位(按每立方米材料和按每平方米构件或楼板)和范围。这些数值是用于比较的数量级,而不是法规声明。各方案之间的排序是稳固的;确切数值则会因来源不同而变动 1。
| 材料 | 储存碳 | 最擅长 | 主要局限 |
|---|---|---|---|
| 木材 实木、CLT、胶合 | 是 | 结构、楼板、预制 | 水与火,跨度受限 |
| 混凝土 普通钢筋 | 否 | 基础、核心筒、大跨度 | 水泥的碳,不可避免 |
| 混凝土 低碳 | 否 | 同样的用途,碳更低 | 资源(矿渣、粉煤灰)稀缺 |
| 石材 实体 | 否 | 承重墙与立面 | 重,运输,不能做楼板 |
| 砖 烧结黏土 | 否 | 墙体、热惯性、湿度调节 | 煅烧耗能,重 |
| 生土 夯土、土坯、BTC | 有纤维则是 | 填充、隔墙、舒适 | 承重弱,怕水 |
| 混合 木混凝土 | 部分 | 楼板、上部结构 | 复杂,难以重复使用 |
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木材(实木、胶合层积木、CLT)
木材很轻:它比混凝土或石材轻 3 到 6 倍 1。这种轻质减轻了基础的负担,便于在工厂里预制,并缩短工期。它既能受压也能受拉,这使它成为一种好的结构材料。而且它储存碳:树木从空气中取走了 CO2,只要木构件还留在建筑里,它就把碳保存着。
在生产阶段(A1-A3 模块),它的隐含碳大约为每立方米 60 到 360 kg CO2 eq,视产品和数据库而定 2122。CLT 和胶合层积木由于胶、干燥和加工,比锯切实木更重。另一方面,储存的生物质碳大约为每立方米木材 0,7 到 0,9 吨 CO2,视树种和密度而定 14。当心一个陷阱:有些数据库发布负值,例如某制造商约为每立方米 -762 kg CO2 eq 23,这些数值已经把这份生物质储量算了进去。它们并不度量制造的化石碳,还掩盖了寿命终结时的欠债。
木材做得不那么好的地方。它怕水:没有防水的设计、没有通风,它就会腐烂。它会燃烧,尽管它的炭化缓慢且可以计算;节点和空腔需要严谨的防火设计。单靠它自己,隔声很差,因此要给它加上找平层或楼板面层。最后,它的碳优势只有在森林重新长起、木材长期留在原位时才成立:储量是一种延期,而不是消除。
混凝土(普通与低碳)
混凝土是应对困难场合的材料。它承受重荷和大跨度,它不可燃,它耐水,适用于基础、地下室和核心筒。它的质量带来热惯性,有利于夏季的舒适,也带来隔声。在预制方面,它快速而有竞争力。
它的碳按每公斤计并不高,高在浇筑的体量上。普通钢筋混凝土在生产阶段(A1-A3 模块)约为每立方米 300 到 500 kg CO2 eq,例如一份法国环境声明给出每立方米 471 kg CO2 eq 201。折算到楼板上,一套混凝土结构约为每平方米 185 到 380 kg CO2 eq,一种常见的住宅方案估计约为每平方米 285 kg CO2 eq 18。低碳混凝土宣称可减少 30 到 50 %,主要靠降低熟料的比例;煅烧黏土水泥(LC3)是目前最容易获得的替代方案 24。
混凝土的极限是化学性的。它的水泥有三分之二的排放来自脱碳酸反应,也就是煅烧石灰石这个不可避免的反应 13。我们能降低其余部分,却降不了这一部分,除非以一种目前还不存在的规模去捕集 CO2。混凝土不储存任何生物质碳;它在使用期间通过碳化反应慢慢吸回一部分,据估计在 1930-2013 这段时间相当于工艺 CO2 的约 43 %,但这个数字有争议,而且分摊在数十年之上 25。而最有效的熟料替代物,矿渣和粉煤灰,正在变得稀缺。
实体石材
承重石材正在回归,因为它几乎不经加工:把它开采出来、锯开、砌上去,无需煅烧。它能做出色的承重墙和立面,它不可燃,它带来热惯性,而且几乎可以无限次重复使用。工艺是古老的,工具和规范却是当代的。
由于无需煅烧,它的制造碳很低:大约每立方米 90 到 190 kg CO2 eq,这是从按吨计的重量换算而来的,因此只是一个数量级 26。按每平方米墙体或立面计,当采石场就近时约为每平方米 17 到 21 kg CO2 eq 26。但一切都取决于运输:同一面墙,若石材运输了 1 623 km,就升到约每平方米 89 kg CO2 eq,此时运输占了影响的近 80 %。
石材受压能承重,却不能受拉也不能受弯。所以它能做好墙体,却与楼板和屋架无关,后者仍然用木材、钢或混凝土。它又重又厚,它的低碳要求就近的采石场,而它的凿制仍比普通混凝土更贵、更慢。因此几乎所有当代的石材项目都是混合的。
烧结黏土砖
烧结黏土砖是一条成熟的产业。它耐久、稳定、维护要求低,带来热惯性,调节室内湿度,而且抗火性能好。它有标准可依,投保没有困难,它的环境声明也广泛可得。
它的碳来自煅烧,温度约 900 到 1000 度。在生产阶段(A1-A3 模块),根据窑炉技术,约为每公斤砖 0,18 到 0,24 kg CO2 eq 2720;别处流传着高得多的数值,但那是无法相比的范围。要比较,最好按每平方米墙体来算:常规版本约为每平方米 26 到 30 kg CO2 eq,用燃气煅烧的低碳砖约为每平方米 18,3 kg CO2 eq 28。
砖不储存生物质碳,而煅烧仍是它排放最大的环节:它的脱碳有赖于更省能的窑炉,而这些还有待出现。它很重,单靠自己也不隔热,因此才有多孔砖或另加的保温层。最后,黏土是从采石场开采的,在人类的尺度上是一种不可再生的资源。
生土(夯土、土坯、压缩土砖 BTC)
生土和砖用的是同一种黏土,只是不经煅烧:湿着施工,任其在空气中干燥。它是生产阶段最省碳的材料。它带来真正的湿度舒适、热惯性,而且能毫无废弃地回到土壤。用作填充、隔墙、蓄热的室内墙和抹面,它都很出色。
它的制造碳非常低:未稳定化的夯土约为每立方米 47 kg CO2 eq,土坯约为每立方米 3 kg CO2 eq 1。该产业的声明例如给出一块挤出成型土板约为每平方米 1,58 kg CO2 eq,一层土抹面约为每平方米 0,24 kg CO2 eq 29。在一百年的尺度上,它的核算可以接近零,若混合料里含有生物基纤维,甚至可以低于零 30。
但生土承重能力弱:它的抗压强度低,跨不了大跨度,也盖不高。它对水非常敏感,因此有"好靴子和好帽子"这条规矩,即防水的墙脚和宽大的屋檐挑出。用水泥稳定化能给它增加强度,却可能让它的碳增加 50 % 以上,从而抹掉它的优势 1。它的施工缓慢,而它的标准化,除抹面之外,还要与保险公司逐案商定。
木混凝土混合结构
混合并不试图处处用木材替换混凝土:它把每种材料放在它最合适的地方。混凝土留在底部、留在核心筒里,以及需要质量的地方(防火、防水、隔声);木材承担上部结构和常规楼板,那里看重的是它的轻质、它的碳和它的预制。木混凝土组合楼板是其中的明星案例:一块薄混凝土板通过连接件与木材连成整体,既提高了跨度和隔声,又减少了混凝土。
它的核算,合乎逻辑地,介于全混凝土和全木材之间。一栋七层的混合建筑测得约为每平方米 122 到 125 kg CO2 eq,相当于等效钢筋混凝土的约 60 %(范围:结构,含生物质碳)1。它的表现主要取决于成功去掉了多少混凝土:在组合楼板里,是混凝土在核算上占大头,所以我们的目标是做出跨度和隔声所允许的最薄的板。
这种折中的代价是复杂。两种材料、两套欧洲规范、要计算的连接件,以及要处理的时随行为:木材的徐变和混凝土的收缩。在木材上湿浇往往要求在凝固期间设置支撑。而一块湿连接的组合楼板在寿命终结时很难拆解,这让重复使用变得复杂。最后,由于木材比全木方案少,混合结构储存的生物质碳也更少。
然而,一张按材料排列的表格并不能道出一栋建筑的真相。真实的碳首先取决于所用材料的数量,也就是取决于设计:起主导作用的因素是结构的重量(Hart 2021 31)。这就是为什么木材的轻质,它比混凝土或石材轻 3 到 6 倍 1,是一项常被遗忘的间接碳优势:它减轻了基础和所有埋在地下的主体工程的负担。所以真正的主题不是材料本身,而是它的分配,逐个部位地分配。下面的示意图恰恰展示了把合适的材料放在合适的位置:基础、结构、楼板、立面、填充。
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第 06 节
研究者们怎么说
在一点上,研究界高度一致。功能相同的前提下,一套木结构所承载的隐含碳(材料的生产,即 A1 至 A3 阶段)通常少于钢筋混凝土结构或钢结构。生命周期评价的综述把一套木结构定在每平方米楼板约 119 到 200 kg CO2 eq/m2(中位数,A1-A3 生产),而混凝土结构则大致在 185 到 380 kg CO2 eq/m2 之间 1。区间很宽,且在上端已经彼此接触:木材并非神奇地干净,它只是起点更低。
第二个共识:木材储存碳。树木在生长时捕获 CO2 并把它固定在自身的物质里。只要木材还留在建筑中,这些生物质碳就不在大气里:大约 每立方米 0,7 到 0,9 吨 CO2,视树种和来源最高可达约 1 吨 1。第三个共识更为温和:在工厂里制造而不是在工地上(预制)能减少废料、噪声和湿气,并缩短工期。到此为止,都没有争议。
在继续之前,一个许多文章都忽略的区分:作为能源烧掉的木材和作为建筑用的木材并不等同。被烧掉的木材立刻释放它的碳;结构用的木材则把碳保存数十年。EASAC 早在 2017 年就提醒,把一切森林生物质都当作碳中性过于简单化,而对于 1,5 摄氏度的目标,只有回收时间短于约十年的才配得上"可再生"这个词 32。这番话主要针对木质能源:要记在心里,但不要把它硬套在屋架木材上。
第一个诚实的争议:木材的碳欠债及其回收时间。砍倒一棵树,就撤走了一个本会继续吸收 CO2 的碳汇;因此在今天的排放和随着重新生长而来的再捕获之间存在一段错位。Ter-Mikaelian 等人测得皆伐之后的回收时间视森林而定为 44 到 104 年,对成材木而言持平来得更快(在快速生长的森林中约 22 年)33。一篇综述表明,各项研究之间,这些时间的变动长达 200 年 34。我们不下定论:其幅度取决于森林经营、最终用途和所选的时间尺度。
第二个争议:法国的森林碳汇在退缩。下面的示意图描绘了这一下降。根据 IGN 的清查,法国森林如今每年吸收约 39 到 43 Mt CO2,而前一个十年约为 63 Mt,也就是下降了约 38 到 50 %;在干旱、小蠹虫和真菌的作用下,树木的死亡率视时段和测法上升了 +80 到 +125 % 3536。在全球尺度上,一项研究甚至把 2010-2050 年木材采伐的碳成本估计为每年约 3,5 到 4,2 Gt CO2 eq,其方法有争议 37。这个信息不下定论也成立:为了建造而采伐得越多,就越是压在一个本已脆弱的碳汇上。
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第三个争议,也是被操弄得最厉害的:替代因子,也就是用木材替换混凝土或钢时所避免的 CO2。下面的图表显示各项研究分歧有多大。Sathre 和 O'Connor 得出的中位数是每吨木材中的碳可避免 2,1 吨碳,但离散度非常大 38。Leskinen 等人较新的综述给出低得多的平均值,约为 1,2 39。而 Harmon 指出,视假设而定,这些收益可能被高估了 2 到 100 倍 40。替代效应确实存在,方向也没错,但那些惊人的数字建立在乐观的假设之上。
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总的来说,在方向上共识是稳固的(木材承载的碳更少、它储存碳、预制有帮助),而在幅度上争论依然敞开(回收时间、碳汇的前途、替代因子)。木材是一个好的碳答案,但有两个条件:一片被可持续经营、不至枯竭地重新恢复的森林,以及一栋朴素而耐久、能长久保存其物质的建筑。它不是魔法棒。这正是为什么碳应当充当指南针,而不是教条。
第 07 节
碳是指南针,不是教条
隐含碳是一个指南针。它给出方向:减少一栋建筑为了存在而排放的东西。但它并不取代其他成就一栋好建筑的准则:真实的耐久、成本、夏季舒适、抗火、耐水、维护、重复使用的能力。一栋不加维护、或三十年后就被拆掉的低碳建筑,输掉了它的赌注。指南针指出一个方向;它并不画出这个项目。
也不存在一份绝对的材料排行榜。一种材料的名次取决于所选的准则(仅生产还是完整生命周期)、要跨越的跨度、语境(防火、防水、地震、本地资源)以及所选的时间尺度。只要改动其中一个变量,排名就会移动。一种在某情形下夺冠的材料,到了另一情形下就变得不合适。这在工程上稀松平常,可当人们只是说"用木材建造"时,恰恰忘了它。
决定真实碳的,首先不是材料的名字,而是设计和所用材料的数量。用数字来证明:一套优化良好的混凝土结构在 A1-A3 生产阶段可以降到 35 到 140 kg CO2 eq/m2,而一套木结构则大致在 119 到 200 kg CO2 eq/m2 左右 1。换句话说,这些区间大幅重叠:一套精心设计的混凝土可以低于一套笨重或设计糟糕的木结构。材料并不包办全部工作。
下面的示意图展示同一栋建筑设想出的三个版本。2000 年代的全混凝土:约 285 kg CO2 eq/m2,落在 250 到 380 的区间内。合理的混合:约 180,在 120 到 230 之间。优化的木材加生土:约 140,在 110 到 190 之间 1。三条宽带,边缘彼此交叠。储存的生物质碳被单独展示,从不从这些数值中扣除。我们读到的是一个数量级和一份排序,而不是精确到公斤的结果。
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于是这个结论无需口号也能成立。一个好的木材项目胜过一个糟糕的混凝土项目;一套精心设计的混凝土可以胜过一套设计糟糕的木材。不存在普世的良善材料,只有把合适的材料放在合适的位置、合适的语境里。而我们对各方案排序的了解,胜过对它们确切数值的了解:这是一切碳计算的极限,也正是这一点让问题变得有趣。
第 08 节
我们的做法
我们的立场一句话就能说清:我们不是某种材料的建筑师,而是合适情形的建筑师。当地点和时代召唤木材时就用木材,常常如此但并非总是,绝不出于教条。热爱木材,也意味着懂得何时更该选别的东西。真正的主题不是木材对抗混凝土,而是建筑的碳,以及每处该用哪种合适的材料。
在实践中,最诚实的答案往往是合理的混合:在水和荷载传递需要的地方用混凝土(基础、核心筒),用木材来承重、跨越和覆顶。我们的项目证明了这一点,仅凭它们的结构组成即可。Revin 的 Jean Moulin 中学是一座 70 / 30 的木混凝土混合建筑:结构和屋顶为木材,只有承重内墙为混凝土。Kaskade 为 80 / 20,木结构加混凝土核心筒。Arcueil 的 Ecotone 走得更远,90 / 10:结构和楼板为木材,核心筒为混凝土。Tour A10(80 / 20,木楼板,混凝土核心筒)、Marcel Paul(80 / 20,木结构,混凝土核心筒)、L'Arbre de Vie(80 / 20 木混凝土办公楼)、Tour d'Asnières(60 / 40 混合)和 Pixel Tour(木混凝土混合结构)遵循同样的逻辑:把木材放在它最合适的地方,在混凝土仍不可或缺的地方保留混凝土。
这个跨度其实从全木一直延伸到仅仅一层外皮。在 Boulogne,Seine Gourmande 项目是一处 100 % 木材的扩建,并把立面翻新为木材。在 Mille Arbres,用木材建造的是"村庄",约占整体的 30 %。在 Flying Garden,没有木结构:只有立面,约 20 %。每一次,木材的比例都不是一句宣言,而是一个项目选择,由跨度、高度、防火和用途所决定。
材料只是故事的一部分。排放最少的建筑始终是那栋不去建造的:因此我们力求修复而不是拆除,力求把能重复使用的都重复使用,并用更少的材料来建造。我们偏爱就近的木材和短产业链,只要它们存在:给活着的森林赋予一份经济价值,也是推理的一部分,而不只是墙体的碳。
还有一个更含蓄的理由让我们善用木材:居住的舒适。多项关于亲生物设计的研究提示,一个木质房间会降低心率和神经紧张。我们用有保留的语气来表述:这是一种尚待巩固的效应,一种被部分测量的直觉,而不是一份证据。当项目允许时,我们让木材外露,只为它的温暖和它的可读性,而不把它当作推销的卖点。
最后要坦白我们还没做到的事。我们尚未对已交付的建筑开展碳测量:因此我们不发布任何按项目计的碳数字,因为缺乏可靠的来源。我们所做的,是从设计之初就优化(混合、低碳混凝土、材料的节省),并把我们接下来的项目记录得更好。我们想通过证明来改变事情,而不是通过宣告。
第 09 节
我们的木材与混合项目
二十多年来,我们一直在使用木材,一个项目接一个项目,在它有意义的地方。这六个已交付或在研究中的项目,展现出不同程度的投入:从全木扩建,到混凝土仍保留其角色的混合结构。每一种组成首先回应的是地点,而不是某种教条。
第 10 节
在约束下搭配一栋建筑
作为收尾,是一个工具而不是一番言论。它叫"在约束下搭配一栋建筑"。你在其中逐个部位地搭配一栋建筑(基础、结构、楼板、立面、填充),为每个部分选一种材料。实时地,你看到这栋建筑排放什么、储存什么,以及某个选择究竟在哪里变得不现实。从头贯穿到尾的信息是:不存在完美的建筑,我们是在约束下做优化。
读到的东西很简单。一个标尺给出总的隐含碳,单位为每平方米楼板的 kg CO2 eq,上面标着 RE2020 的参照线。它要当作一条带、一个区间来读,而不是一条精确的线。储存的生物质碳显示在旁边,用一种不同的颜色,绝不悄悄地从所排放的碳里扣除:储存不等于避免,而且储量是暂时的。最后,当某个选择对于所要求的跨度、高度或语境不合理时,一些护栏会亮起:可达的跨度、抗火、对水的敏感性、相对成本。
一句明明白白的提醒:这个工具不做认证。它处理的是通用的材料类别,而不是带 FDES 的真实产品。它不做建筑的工程量清单,而且主要覆盖材料的生产。它既不取代一份碳研究,也不取代一家设计事务所,更不取代 RE2020 的合规证明。它比较各种方案以帮助理解其中的权衡;它并不为一个项目背书。
第 11 节
本研究的局限
展开局限(9)
- 生命周期评价的多变性。同一栋建筑,用两个数据库、两种范围或两种寿命终结假设来计算,得到的碳并不相同。两项严肃的研究在同一种材料上可能相差 2 到 5 倍,而没有一项是错的 1。因此我们给出的是数量级,绝非精确到公斤的真理。
- 寿命终结是不确定的。一栋建筑的核算是在数十年的尺度上决定的,但我们今天并不知道五十年或一百年后会怎样处理它的材料:木材是被烧掉、被填埋、被重复使用,混凝土是被破碎还是被回收。寿命终结的假设分量很重,而它们建立在情景之上,而非事实之上。
- 森林碳汇的未来是敞开的。储存在木材里的碳只有在森林重新长起、并保持为碳汇时才有意义。然而这个碳汇在法国正在退缩,每年约 39 到 43 Mt CO2,下降了约 38 到 50 %,同时树木死亡率大幅上升 3536。把木材的储量计入其中,前提是一片被可持续经营、能重新恢复的森林:这是一个假设,而不是一个确定。
- 反弹效应。造得排放更少,可能诱使人们造得更多、或更大,从而抵消一部分收益。碳最低的那一平方米,始终是不去建造的那一平方米。一个只优化每平方米碳的工具看不到这个问题。
- 数据有缺失,而且不均衡。有些类别几乎没有 FDES:重复使用、生土、本地产业链和地方材料。施工和使用阶段的数据往往是默认值。拿有充分记录的去和记录欠缺的相比,可能会扭曲排序。
- 碳并不能道出一切。生物多样性、夏季舒适、健康与空气质量、社会成本、维护、未来的可重复使用性:这么多品质都是碳指标捕捉不到的,而它们恰恰决定着一栋建筑的价值。把一个项目简化为它的碳核算,将是另一种犯错的方式。
- 我们自己的建筑还没有被测量。我们从设计之初就优化碳,但尚未对已交付的作品开展 ACV 测量。因此我们不发布任何按项目计的碳数字:只发布我们所了解的结构组成,即木材和混凝土。
- 模拟器处理的是通用类别。它既不知道真实产品也不知道它们的 FDES,不做工程量清单,也不出具任何合规证明。它对各方案排序并让权衡可见;它并不取代一份法规研究。
- 我们对排序的了解胜过对确切数值的了解。各方案彼此之间的名次是稳固的;它们精确到公斤的数值则不然。这是一个面向大众的工具能够诚实展示的唯一东西,也正因如此,标尺要当作一条带来读,而不是一条线。
第 12 节
词汇表
本页的技术词汇,用简单的方式解释,并按照观念展开的顺序排列:先是碳以及测量它的方式,然后是材料及其性质,最后是森林、土、水泥和法规。一个从头保持到尾的标尺:一个碳数字从来不是唯一的。它总是取决于单位(按每立方米材料,还是按每平方米楼板)和范围(仅生产,还是整个生命周期)。两项严肃的研究在同一种材料上可能相差 2 到 5 倍,而没有一项是错的。
展开词汇表(41 个术语)
隐含碳
为制造、运输和安装一栋建筑的材料,加上它们的更换和寿命终结所排放的 CO2。这是包含在材料本身之中的碳,与此后为供暖和维持建筑运转所花费的碳相对。它也被称为建造碳。
运营碳
一栋建筑在使用中各项消耗所产生的 CO2:供暖、制冷、热水、通风、照明。随着我们把它降低(保温、清洁能源),隐含碳成为核算中决定性的部分。正是这一转折让本页变得有用。
生物质碳
一株植物在生长时从空气中取走、并被封存在物质里的 CO2:木材,还有麦秸或大麻。只要木构件还在建筑中,这些碳就不在大气里。一立方米木材储存的量大约为 0,7 到 0,9 吨 CO2,视树种和密度而定 14。
暂时储存
生物质碳并不是被永远封存的:在寿命终结时(燃烧、分解),除非重复使用或梯级利用,它会重新回到空气中。所以这是把排放在时间上延后,而不是消除。把它算作一项永久收益就言过其实了:这正是关于木材的争论的核心。
ACV(生命周期评价)
把一件产品或一栋建筑在其整个生命中的各种影响相加起来的方法,从材料的开采一直到它的寿命终结。本页的碳数字正是由它得出。它的结果完全取决于所选的数据和给它划定的边界。
功能单位
一次 ACV 为自己设定的比较基准:一平方米墙体、一立方米材料,在某个使用年限之内。只有在功能单位相同时,比较两个数字才有意义。把按每立方米计的碳和按每平方米计的碳弄混,是最常见的错误。
A1-A3 模块
ACV 的头三个阶段:原材料开采(A1)、运往工厂(A2)和制造(A3)。这是生产碳,也称出厂碳。本页大多数用于比较的数字都停在这里,以保持易读。
A 到 D 模块
完整的生命周期,分为四大族:生产和施工(A)、建筑的存续与使用(B)、寿命终结、拆除和废弃物处理(C),以及此后的收益或负担,如重复使用或所避免的能源(D)。一个停在 A 模块的木材数字奉承了木材,因为它保留了储量却不计入它在寿命终结时的释放。一份诚实的核算会一直算到 C 和 D 模块。
灰色能源
在一种材料的周期上(开采、制造、运输、寿命终结)所花费的全部能源。它是隐含碳的近亲,但它度量的是能源,而不是 CO2。两者不可互换:一个灰色能源的数字和一个碳的数字既不能相比,也不能相加。
动态 ACV
ACV 的一种变体,它按每笔排放发生的年份给它加权:今天避免的 CO2 比五十年后排放的更重。因此它把早储存、晚释放计入正面价值,这有利于生物基材料。法国的 RE2020 采用它;其他一些框架仍然是静态的,只有一个数字。
FDES(环境与健康声明表)
法国一件建筑产品的环境身份证,由第三方核验。它逐个阶段地给出它的碳,采用一个清晰的单位。只要它存在,它就是参考数据;没有它时,就只能用通用的数量级来工作。
INIES
法国托管建筑产品 FDES 的公共数据库。RE2020 要求在 INIES 里有一份单独的 FDES,才承认一件木制品的碳储存。人们正是去那里寻找一个可靠的数字,而不是一个目录里的平均值。
实木
直接从树干上锯下、不用胶的木构件:柱、梁、板、厚板。它是隐含碳最低的木制品,因为它免去了胶合、深度干燥和加工。它的尺寸受树木尺寸的限制。
胶合层积木
沿同一方向层层胶合在一起的木薄板,用以制成比实木更大、更规整的梁或柱。它能跨越大跨度,但胶、干燥和压合让它的隐含碳比原锯木稍高一些。
CLT(正交胶合木)
交叉层叠、层与层之间成直角胶合的木板,形成用作墙体和楼板的大板。这种交叉赋予它在两个方向上的刚度。和胶合层积木一样,由于胶和制造,它的碳比实木稍高一些。
木骨架
一种承重墙,由木立柱和横档组成的骨架构成,中间填以保温材料,外面封上面板。它是住宅中最轻、最常见的木构体系。它的轻质也减轻了基础的负担,这是一项常被遗忘的间接碳优势。
跨度
一块楼板或一根梁从一个支座到另一个支座、中间没有承重点所跨越的距离。它是最快让一种方案出局的参数:跨度越大,就越需要更厚的截面,或另一种技术。此外,大跨度对一块木楼板和一块混凝土楼板并不具有相同的价值。
牺牲截面
木材抗火的方式:它的表面以一个已知的速度炭化,而这层炭壳保护着内芯,内芯得以保持强度。因此我们把构件加大一个愿意舍弃的厚度,即牺牲截面。木材会燃烧,但它能以可预测的方式撑住。
使用等级
一个从 1 到 5 的等级,按木构件对湿气的暴露程度给它分级,从始终有遮蔽的干燥木材(1 级)到与水长期接触的木材(5 级)。它决定树种的选择和可能的处理。把一块等级不足的木材放到与水接触的地方,就是判它死刑。
徐变
一种材料在长期维持的荷载下慢慢累积的变形。木材的徐变比混凝土更大:一根第一天尺寸做得很好的梁,可能随着年岁而下挠。我们在大跨度和承受重荷的楼板上会把它考虑进去。
收缩
一种材料失去其水分时的尺寸变化。木材在干燥时会缩小,尤其是横纹方向,这就要求采用让材料得以活动的节点。混凝土在硬化时也会收缩,因此才有它的伸缩缝和收缩裂缝。
替代
这样一个观念:一种低碳材料替换一种排放型材料,比如用木材代替混凝土或钢,就避免了后者的排放。这种效应平均而言是真实的,但视语境而高度离散,且部分研究者认为它被高估了。要谨慎对待:它不是一张空白支票。
碳欠债
砍倒一棵树,就撤走了一个本会继续吸收 CO2 的碳汇:因此在今天的排放和随着重新生长而来的再捕获之间存在一段错位。这段错位就是木材的碳欠债。它的幅度取决于森林的经营和木材的用途,是耐久的结构还是燃料。
碳回收时间
重新生长的森林补偿与采伐相关的碳所需要的时间。各项研究估计皆伐之后为 44 到 104 年,各研究之间甚至长达 200 年 33。这场争论主要针对作为能源烧掉的木材,而不是把碳保存数十年的结构用木材。
碳汇
一个吸收的 CO2 多于它排放的环境,比如一片生长中的森林。其反面是碳源。如果死亡和采伐超过了生长,一片森林可以从碳汇翻转为碳源:这正是今天威胁着法国森林碳汇的东西。
营林
森林的种植与经营:植林、间伐、采伐、更新、树种选择。正是它决定一片森林是否仍是碳汇,以及采下的木材是否真的可再生。把木材的储量计入其中,前提是一种能重新恢复的可持续营林,这是一个假设,而不是一个确定。
皆伐
一次性砍倒一块林地上所有的树。这是碳欠债的争论所围绕的做法,因为它一下子把碳汇掏空,让核算依赖于重新生长的速度。要与通过逐次间伐来采取的经营方式区分开。
生土
湿着施工、随后在空气中干燥、不经煅烧的土。它的生产碳几乎为零,但它承重能力弱,怕液态水,而且施工缓慢。用作填充、隔墙、蓄热的室内墙和抹面时极佳,用作承重时要审慎,并且始终要留给合适的语境。
夯土
把湿的生土在模板里夯实、砌成厚墙。它极其省碳,带来热惯性并调节湿度,但施工缓慢,墙脚对水敏感。那条古老的规矩把它概括得很清楚:一双好靴子和一顶好帽子,即防水的墙脚和挑出的屋檐。
土坯
一种把生土模压成型、随后在阳光下晒干、不进窑炉的砖。它是碳最省的生土形式之一。和一切生土一样,它承重能力弱,需要与水保持距离。
BTC(压缩土砖)
一种用机械压制的生土砖,比手工模压的土坯更致密、更规整。压制改善了它的性能,却从未达到煅烧材料的水平。它仍然是生土:碳很少,但承载能力和耐水性有限。
熟料
水泥中耗碳的成分,通过把石灰石加热到约 1450 度得到。普通水泥的绝大部分都是它。我们用熟料系数来度量它的比例,这是主要的减碳杠杆:它越低,混凝土的碳就越少。
脱碳酸反应
一个化学反应,受热的石灰石借此变成石灰并释放出 CO2,是制造水泥的必经步骤。它约占工厂排放的三分之二,即便用清洁的窑炉也无法避免。这就是为什么用混凝土建造无法仅靠可再生能源来抵消。
低碳混凝土
一种通过降低熟料比例或更换胶凝材料来减少碳的混凝土。这个词既是商业用语也是技术用语,涵盖好几个层次:宣称约减少 30 到 50 %,却不保证一个唯一的数值。始终要问清数字和它的范围。
LC3
一种用煅烧黏土和石灰石替换一部分熟料的水泥。它把碳减少约 30 到 40 %,还有一个决定性的优势:黏土在水泥需求增长最快的地方广泛可得,这与正在变得稀缺的矿渣和粉煤灰不同。
碳化反应
在使用期间,混凝土慢慢地重新吸收一部分因脱碳酸反应而释放的 CO2。一项研究估计它在数十年间抵消了工艺 CO2 的约 43 % 25,但这个数字有争议:它分摊在时间之上,不应被用来在建造之时淡化其足迹。
RE2020
法国针对新建建筑的环境法规。在碳方面,它给建造的足迹设定上限并逐级收紧,这让结构的选择变得越来越决定性。它是一个活的法规对象,其阈值和时间表都在演变。
Ic construction
RE2020 中度量一栋建筑隐含碳的指标,折算到每平方米,不含运营能源。它的阈值通过一系列节点逐步收紧,大约从 640 降到每平方米 300 kg CO2 eq 1。阈值降得越低,结构这个分项就越具有决定性。
预制
在工厂里而不是在工地上制造构件。通过掌控湿度和节点,它把工期减少约 30 到 40 %,也减少废弃物、噪声和废料。这是木构建造的一项经典优势,但并非木材独有。
重复使用
把一个既有构件原样地用到一个新项目里,而不重新制造。它的碳非常低,因为它免去了一次全新的生产,而且延长了材料的寿命。碳最低的那一平方米始终是不去建造的那一平方米:节省、修复、重复使用。
第 13 节
参考文献
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第 14 节
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