Ляпидевская О.Б.
Кандидат технических наук, доцент кафедры "Строительное материаловедение". Московский Государственный Строительный Университет.
Экономическая и экологическая эффективность строительных материалов с низким содержанием углерода
Строительный сектор является крупнейшим мировым потребителем материалов, а здания являются сектором с наибольшим потреблением энергии в мире. Говорят, что изменение климата является результатом глобального потепления из-за быстрого строительства. Глобальное потепление и климат являются следствием более 60% выбросов парниковых газов, особенно выбросов CO 2[1]. Увеличение выбросов CO 2 как значительного парникового газа вызвано строительной деятельностью человека и представляет собой глобальную проблему сокращения выбросов CO 2. Выбросами CO 2 необходимо эффективно управлять, чтобы стабилизировать концентрацию ПГ и сократить выбросы.
Глобальная забота об экологической устойчивости проявляется в растущем общественном мандате, а стратегия развития во многом зависит от того, вызывает ли устойчивый экономический рост ухудшение состояния окружающей среды или же такой рост достаточен для компенсации экологических издержек производства или процесса развития. Тем не менее, истощаемые природные ресурсы служат входом в процесс производства или развития.
Население и экономический рост повлияли на выбросы углекислого газа (CO 2 ) в мире и потребление энергии из-за развития строительного сектора. Таким образом, преобразование низкоуглеродных строительных материалов в строительный сектор может помочь в сокращении выбросов углерода [3].
Выбросы CO 2 можно контролировать путем широкого использования технологий возобновляемых источников энергии. Оценка жизненного цикла (ОЖЦ) может применяться в строительной практике, а также в повседневном проектировании для оценки воздействия зданий на окружающую среду. Применяя этот метод оценки, можно количественно определить потребление энергии и ресурсов в течение всего жизненного цикла. ОЖЦ необходимо применять на ранних стадиях проектирования здания, включая требования к расчетам и другие методологические альтернативы, которые включают применение на основе ОЖЦ и могут быть полезны для оценки воздействия строительства на окружающую среду.
В жизненном цикле зданий есть три критически важные части, такие как строительство, этап эксплуатации, а также снос. Большая часть воздействия на окружающую среду в жизненном цикле здания приходится на этап эксплуатации. Важно понимать степень осведомленности общественности для решения проблем, с которыми сталкиваются специалисты в области строительства при внедрении низкоуглеродных строительных материалов. Таким образом, это исследование направлено на расширение использования низкоуглеродных строительных материалов профессионалами в области строительства и на изучение барьеров, мешающих строительным профессионалам выбирать строительные материалы с низким содержанием углерода [6].
Доказано, что строительный сектор является одним из источников увеличения выбросов CO 2 и других парниковых газов. Соответственно, выбросы углерода необходимо регулировать путем расширения использования строительных материалов с низким содержанием углерода в как можно большем количестве строительных проектов. Чтобы расширить использование строительных материалов с низким содержанием углерода в строительных проектах, каждый строитель играет важную роль в мониторинге и выборе лучших материалов для проекта.
Воплощенная энергия была определена как энергия, которая возникает на основе строительных материалов и методов, используемых в строительстве. Как правило, при строительстве здания используются железобетонные каркасные конструкции, а для облицовки и проемов часто выбирают стекло и алюминий. Такие материалы, как алюминий, сталь, бетон и кирпич, считаются материалами, способствующими высокому уровню воплощенной энергии [5].
В настоящее время мир сталкивается с серьезными экологическими проблемами, такими как истончение озонового слоя, глобальное потепление и т. д. Из предыдущих исследований, проведенных несколько лет назад, исследователи доказали, что климат во всем мире резко меняется. и меняется со временем. Следовательно, эти проблемы необходимо решать быстро, чтобы предотвратить разрушение окружающей среды в результате деятельности человека. Осведомленность об этих экологических проблемах среди девелоперов и строительных компаний, особенно в отношении воздействия на окружающую среду, является жизненно важным вопросом в управлении развитием строительного сектора.
Стремительное развитие строительного сектора привело к увеличению выбросов парниковых газов во всех странах мира. Существует два типа выбросов ПГ: промышленные и городские, коммерческие и жилые. Выбросы парниковых газов, которые представляют собой выбросы CO 2 , будут возникать больше с ростом экономической активности.
В последние годы растет потребность в количественной оценке воздействия деятельности человека на окружающую среду, чтобы помочь управлять изменением климата. В настоящее время углеродный след можно увидеть после создания многих систем экологической сертификации. Таким образом, он повышает осведомленность об экологических проблемах. ОЖЦ был стандартизирован для оценки воздействия продуктов и услуг на окружающую среду в течение их жизненного цикла. Метод ОЖЦ широко используется в строительной отрасли, и было проведено множество исследований для определения экологического профиля зданий, а также для поиска решений по управлению воздействием на протяжении жизненного цикла здания.
Текущие глобальные рыночные условия и благоприятный финансовый климат снизили спрос на инновационные низкоуглеродные строительные материалы, при этом владельцы строительных объектов обычно отдают приоритет стоимости проекта, времени, практичности и эстетике. Эта ситуация создает очевидную дилемму для практиков и заинтересованных сторон, поскольку выбросы углерода, связанные с использованием строительных материалов, должны уменьшиться [4].
Ряд факторов препятствует выбору инновационных материалов. Это отсутствие краткосрочных и среднесрочных коммерческих выгод, отсутствие эффективного маркетинга и распространения информации о новых материалах среди практикующих инженеров, а также отсутствие вспомогательных данных о характеристиках материалов и полномасштабных демонстрационных проектов. Авторы утверждают, что с этим можно бороться, добавив рекомендации по дизайну наряду с эффективным маркетингом и привлечением заинтересованных сторон.
Даже в тех случаях, когда имеется достаточно информации и демонстрационных проектов, выбор материалов обычно определяется другими приоритетами. Международное исследование проектных групп, проведенное в 2012 году компанией Arup для Всемирного совета предпринимателей по устойчивому развитию (WBCSD), показало, что, хотя многие факторы влияют на выбор материала, стоимость была главным приоритетом, а критерии устойчивости материала часто оказывали меньшее влияние, чем личные знания. и прошлый опыт команды проекта.
Пригодность и устойчивость конкретного материала в значительной степени зависят от факторов, специфичных для места и проекта. Решение с самым низким содержанием углерода будет варьироваться в зависимости от типа конструкции и от проекта к проекту. Конечной целью политиков и сторонников низкоуглеродного строительства должно быть продвижение наиболее подходящего варианта для каждого конкретного проекта. Поэтому необходимо одновременное продвижение самых разных материалов. Это требует развития навыков и законодательства, учитывающего и поддерживающего это множество вариантов. Поэтому, хотя для исследований крайне важно оценить барьеры для принятия конкретных материалов, также важно определить общие точки воздействия и вмешательства, которые поддерживают несколько решений [7].
Этот подход был принят при проведении онлайн-опроса и серии последующих интервью, оценивающих барьеры для входа на рынок нетрадиционных строительных материалов в Великобритании. Отдельные авторы опросили 70 британских строителей, чтобы узнать их мнения и мнения об альтернативных материалах, о том, как часто эти материалы использовались и что повлияло на их использование.
Результаты показали, что осведомленность о многих альтернативных материалах, таких как утрамбованная земля, поперечно-слоистая древесина и наполнитель из соломенных тюков, была высокой, но их использование оставалось низким. Более половины респондентов не рассматривали возможность использования нетрадиционных материалов. Основными препятствиями, выявленными в этом исследовании, были высокая стоимость, отсутствие технических знаний и незнание клиентов [3].
В инновационных строительных материалах используются материалы с низким уровнем выбросов углерода, и есть возможность повторного использования обычных материалов, таких как камни, почва и древесина/биомасса. Однако такие натуральные материалы имеют недостатки, особенно в отношении качества и прочности. Подготовка и транспортировка природных материалов включает в себя потребление жизненных сил, что приводит к выбросам углерода. Чтобы ограничить отток углерода, необходимо добиться прогресса в создании строительных материалов и предметов с меньшими показателями использования энергии. Некоторые типы низкоуглеродных строительных материалов рассмотрены ниже [6].
1. Сборные многопустотные плиты. Сборные многопустотные плиты обычно используются в системах бетонных перекрытий в инновационных строительных проектах. Они образуют самонесущую систему с превосходной обработкой нижней поверхности и могут быть быстро установлены на месте. Этот материал имеет гарантированное заводом качество, которое предлагает многочисленные преимущества для его конструкции с добавленной стоимостью. Сборные многопустотные плиты могут широко использоваться в таких проектах, как офисные и учебные здания, склады и фабрики, торговые комплексы и квартиры, а также в стеновых панелях.
2. Сборные полуплиты. Сборные полуплиты представляют собой предварительно напряженную систему плит, на которую наносится бетонная плита. По сравнению со стандартным бетоном они обладают высокими структурными характеристиками с точки зрения контроля прогиба и образования трещин. Это связано с контролируемой на заводе средой во время производственного процесса.
3. Стальная каркасная система. Стальная опалубка обычно состоит из панелей, изготовленных из тонких стальных пластин, укрепленных по краям небольшими стальными уголками. Панели скрепляются с помощью соответствующих зажимов. Панели могут быть изготовлены любой формы и размера. Стальная опалубка обычно используется в строительстве высотных зданий. Он также используется для тяжелых бетонных работ, и с ним следует обращаться с разумной осторожностью, чтобы обеспечить его долговечность, поскольку он имеет высокие первоначальные затраты и затраты на обработку.
4. Сборная деревянная каркасная система. Каркасные системы часто используются в современном строительстве. Скелетная конструкция создается для поддержки нагрузки и веса древесины. Основной функцией этих систем является передача нагрузок через большие пролеты. Следовательно, эта система будет использоваться для строительства складов, мостов и промышленных зданий. Древесину делят на четыре группы: группа А – особо прочная; Группа Б – очень сильная; Группа С – сильная; Группа D – слабая. Группы A и B включают древесину из Малайзии, такую как бакау, ченгал, кекатонг, мата улат и бекак; однако также включены пиломатериалы из других стран, такие как дуб, клен, красное дерево и тик.
5. Клееный брус. Клееный брус (клееный брус) представляет собой композит из отдельных твердых клееных досок и дает широкое поперечное сечение древесины. Преимущество использования клееного бруса заключается в его поддержке окружающей среды. Материал поступает из земли, но не требует добычи. Glulam предлагает гибкость в размере и форме и может быть изготовлен на заказ в соответствии с требованиями. Помимо уникального внешнего вида, он также придает зданиям ощущение комфорта и тепла. Кроме того, клееный брус подходит для строительства зданий, так как обладает превосходной прочностью, в полтора-два раза превышающей прочность стали.
6. Молотый гранулированный доменный шлак. Измельченный гранулированный доменный шлак (GGBS) представляет собой метод предотвращения потерь, поскольку он может заменить материал, используемый в бетонных смесях. Состоящий из отходов доменных печей, используемых для производства чугуна, GGBS может использоваться в товарном бетоне, поскольку он имеет более высокую удобоукладываемость, что облегчает процессы укладки и уплотнения. Риск коррозии арматуры может быть снижен за счет высокой устойчивости к проникновению хлоридов, что обеспечивает устойчивость. GGBS хорошо использовать с обычным портландцементом (OPC), потому что его твердение происходит очень медленно. Таким образом, композиция из 50% GGBS и 50% OPC является отличной комбинацией, придающей бетону большую прочность.
7. Зола пылевидного топлива. Зола пылевидного топлива (PFA) – это еще один тип портландцемента, который является побочным продуктом угольных электростанций. Это также пример пуццоланового материала, который можно добавлять в цемент на протяжении всего производственного процесса. Преимущества PFA в том, что он очень экономичен, экологически безопасен, так как отходы промышленности эффективно используются для создания качественных строительных материалов, а также в том, что он имеет микроскопические частицы, которые делают бетон очень плотным и снижают его проницаемость. Таким образом, он может повысить прочность зданий.
8. Необожженный кирпич. Необожженный кирпич также известен как земляная кладка. Обычно в его состав добавляют некоторые добавки для повышения прочности. При возведении стен используется необожженный кирпич. Для сокращения расходов на строительство предпочтительная толщина стен была уменьшена примерно до 100 мм (стандартная толщина для бетонных блоков и обожженных глиняных кирпичей). Уменьшенная толщина стен помогает свести к минимуму структурную нагрузку и увеличивает полезное пространство здания. Преимуществом этого кирпича является его гигроскопичность по экологическим нормам. Это широко используемый в строительстве материал с низким содержанием углерода.
9. Этилен тетрафторэтилен. Этилентетрафторэтилен (ЭТФЭ) – это материал, который можно использовать в качестве облицовки зданий, обеспечивая 95% светопропускание и гибкость. Оценка значений воплощенной энергии в ЭТФЭ находится в диапазоне от 26,5 до 210 МДж/кг. ETFE представляет собой пластик на основе фтора и может считаться надежной высокопрочной версией политетрафторэтилена (PTFE).
10. Геополимерный бетон. Геополимерный бетон изготавливается из ГГБС и летучей золы. Таким образом, это помогает сократить выбросы углерода и потери запасов за счет сокращения использования портландцемента. Обладает низкой водопроницаемостью, что делает его уязвимым для агрессивных сред. Он также имеет низкую теплоту гидратации по сравнению с цементным бетоном.
Использование низкоуглеродных строительных материалов может быть обусловлено факторами, которые должен учитывать каждый профессиональный строитель в этом секторе. Необходимость повышения осведомленности о низкоуглеродных строительных материалах жизненно важна для ознакомления профессионалов в области строительства с концепцией устойчивого развития и сокращения выбросов углерода. Частота использования материалов определяет сходство профессионалов-строителей в использовании низкоуглеродных строительных материалов в строительстве. Строительные материалы с низким содержанием углерода должны были использоваться в каждом строительстве, чтобы сократить выбросы углерода и обеспечить лучшую окружающую среду для общества [8].
В будущем требуется больше демонстрационных проектов с использованием альтернативных материалов для расширения использования низкоуглеродных строительных материалов в строительстве. Барьер, который больше всего мешает специалистам в области строительства использовать низкоуглеродные строительные материалы в строительстве, заключается в необходимости иметь больше информации о характеристиках материалов и дизайне.
Библиографический список:
1. Скобелев Д.О., Федосеев С.В. Политика повышения ресурсоэффективности и формирования экономики замкнутого цикла // Компетентность. 2021. № 3.
2. Трибельская Е.Г., Турсунбаева Т.Ж. Современная практика проектирования низкоуглеродных городов // Системные технологии. 2021. № 1 (38).
3. Ahmed Ali K.; Ahmad M.I.; Yusup Y. Issues, impacts, and mitigations of carbon dioxide emissions in the building sector. Sustainability 2020. № 12. Р. 7427.
4. Mahidin M.U. Current Population Estimates, Malaysia, 2016–2017; Department of Statistics Malaysia: Kuala Lumpur, Malaysia, 2017. Р. 1-4.
5. Omar W.M.S. A hybrid life cycle assessment of embodied energy and carbon emissions from conventional and industrialised building systems in Malaysia. Energy Build. 2018. № 167. Р. 253-268.
6. Neupane K. High-strength geopolymer concrete: Properties, advantages and challenges. Adv. Mater. 2019. № 7. Р. 15.
7. Oluwole Akadiri P. Investigating factors influencing building materials selection in Nigerian construction industry. Am. J. Civ. Eng. Archit. 2018. № 6. Р. 154-157.
8. Zhang, S.; Xiang, X.; Ma, Z.; Ma, M.; Zou, C. Carbon neutral roadmap of commercial building operations by mid-century: Lessons from China. Buildings 2021. № 11. Р. 510.
Стать представлена в журнале "Альманах Крым" № 34. 2022.