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吸碳耐高温 新式木质建筑成应对气候变化"主角"

2019年08月08日 星期四 来源:网易科技 我来说两句 保存为书签

环球大发2分彩—大发时时彩网讯:市面上用于建筑的材料很多,像钢材、砖、混凝土等都是比较常见的材料。但从应对气候变化的角度来看,木质结构建筑才是未来大势所趋木质结构能帮助我们从空气中吸收碳,并将其储存在我们的家里和办公室里,这使得许多人相信木结构才是建筑的未来。

钢筋混凝土带来沉重环境负担

英国作家蒂姆·斯梅德利(Tim Smedley)站在伦敦东部一个看似普通的办公楼工地上。这座七层楼高的建筑大约完成了三分之二,基本结构和楼梯已经就位,抹灰和布线才刚刚开始。但当他四处走动时,有些不同的东西慢慢地呈现出来。

这个建筑工地既安静又干净,而且有股好闻的气味飘荡,那里堆放着大量的木材。与现在工地通常以混凝土为主材料不同,这里木头才是“主角”。

建筑师安德鲁·沃(Andrew Waugh)表示:“因为木结构建筑的重量只是混凝土建筑的20%,重力负荷大大降低。这意味着我们需要的地基更小,不再需要大量的混凝土地面。我们以木材为建筑核心,有木墙和木地板,所以我们把钢材数量减少到最低限度。”

在大多数大型现代建筑中,钢材通常用于形成主要的内部支撑或混凝土加固物。然而,在这座木结构建筑中,钢材结构相对较少。剩下的部分可以像麦卡诺积木(Meccano)那样固定,很容易在建筑物的使用寿命结束时(或期间)拆开。

从房屋到体育场馆,我们对混凝土和钢材的依赖带来了沉重的环境代价,混凝土占全球二氧化碳排放量的4%到8%。它仅次于水,是地球上使用最广泛的物质,约占所有采矿业的85%,甚至导致沙子都即将枯竭。在全球范围内,每年浇筑的混凝土足以覆盖整个英格兰。

因此,像安德鲁这样的建筑师主张,重新将木材作为我们的主要建筑材料。优良林场出产的木材实际上是在储存碳而不是排放碳:随着树木的生长,它们从大气中吸收大量二氧化碳。根据经验,每立方米木材含有大约1吨二氧化碳,相当于350升汽油的排放量。

与制造过程增加的二氧化碳相比,木材从大气中吸收的二氧化碳更多,而且通过取代混凝土或钢铁等碳密集型材料,它对降低二氧化碳的贡献也增加了一倍。最近提交给报告发现:“木材被用作建筑材料既可储存碳,又替代高碳水泥、砖和钢铁时,生物质能减少的温室气体水平最高。”

在英国每年新建的房屋中,有15%到28%使用的是木结构建筑,其结果是每年捕获超过100万吨的二氧化碳。报告的结论是,增加建筑用材量可能使这个数字增加两倍。利用新的工程木材系统,例如正交胶合木(CLT),在商业和工业部门也可能节省同样数额的开支。

新式工程木材或取代传统材料

CLT是东伦敦建筑工地使用的主要材料。因为它被描述为“工程木材”,所以人们最初以为它类似于刨花板或胶合板。但实际上,CLT看起来就像普通的3米厚木板,上面布满了打结孔和碎片。

巧妙之处在于,CLT木板被粘合成三层,三层相互垂直,从而变得更坚固。安德鲁表示,这意味着CLT“不会弯曲,它具有两个方向的整体强度。这样的木墙支撑着上面的地板,其水平强度足以承载上面的荷载,就像长梁那样,这改变了建筑行业。”

安德鲁已经使用CLT技术超过10年,他相信这种材料可以实现任何混凝土和钢铁建筑的质量,甚至犹有过之。他说,CLT是上世纪90年代发明的,部分原因是为了应对“家具和造纸工业的消亡”。奥地利60%的土地是森林,他们需要找到新的销售渠道,为此想出了CLT技术。

其他工程木材,如胶合板和中密度纤维板(MDF)含有10%左右的粘合剂(胶水),通常是脲醛,在回收或焚烧过程中会产生有害化学物质。然而,CLT黏合剂含量低于1%,通常使用生物大发2分彩—大发时时彩。木板在高温和压力下粘合起来,利用木材的湿气熔化少量的粘合剂。无论是外观、气味还是触感,都与纯粹的木材毫无二致。

在奥地利,许多CLT工厂甚至使用可再生的生物质能来提供动力,这些生物质能来自于植物的下脚料、树枝和细枝。有些工厂生产足够的电力供应周围的社区。

虽然CLT是在奥地利发明的,但安德鲁所在的伦敦建筑事务所Waugh Thistleton是第一个使用它建造多层建筑的公司。默里格罗夫(Murray Grove)是一栋普通的九层公寓楼,外立面是灰色的,在2009年建成时,在奥地利引起了震惊和恐慌。

CLT只被用于建造“漂亮而简单的两层楼房屋”,而任何更高的房子都恢复到混凝土和钢材结构。但对于默里格罗夫,一楼以上的整个结构都由CLT面板组成,包括所有的墙壁、楼板和电梯,就像蜂窝块一样。

该项目启发了数百名建筑师使用CLT建造高楼,从加拿大温哥华55米高的Brock Commons Tallwood House,到奥地利维也纳目前正在建设的84米高、24层高HoHo Tower。

成熟树木不吸收反而释放碳

最近有人呼吁大规模植树,以捕获二氧化碳并遏制气候变化。然而,虽然年轻的树木可以有效吸收碳,但成熟的树木并非如此。地球维持着平衡的碳循环:树木(以及所有其他植物和动物)利用碳来生长,它们最终会衰老和死亡,然后再次释放出碳。

当人类发现古代以煤和石油的形式储存的碳能够燃烧时,这种平衡就失去了作用。煤和石油是在以前的碳循环中被捕获的,燃烧后产生的二氧化碳被释放到大气中,其速度远远超过目前的循环所能应对的速度。

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许多松树森林,如欧洲云杉,需要大约80年达到成熟,在成长过程中不断吸收碳。不过成年后,它们通过分解松针和树枝释放曾经吸收的碳。就像上世纪90年代奥地利的情况一样,对纸张和木材的需求急剧下降,导致全球范围内大片林场被废弃。

这些树木没有回到原始的荒野,而是用酸性松针和枯枝覆盖着森林的地面。例如,由于成熟树木不再被积极砍伐,自2001年以来,加拿大的庞大森林实际排放的碳比它们吸收的要多。

可以说,碳封存的最佳形式是砍伐树木,恢复我们可持续的、受到管理的森林,并将由此产生的木材用作建筑材料。经森林管理委员会(FSC)认证的管理森林通常每砍伐一棵树就会种植两到三棵树,这意味着对木材的需求越多,森林覆盖率和渴求二氧化碳的幼树的生长就越快。

野生化和保护原始森林是必不可少的。但是,缺乏管理的单株植物对任何人都没有帮助,而且满是干松针的地面也是引发野火的主要原因,北美和世界上许多地方现在每年都会经历这种情况。有秩序地砍伐森林会大大降低这种风险。

美国联邦森林服务管理局的梅丽莎·詹金斯最近表示:“我们的森林有点儿过密:如果发生野火,森林可能会被迅速点燃,我们需要做出更多的努力灭火。如果我们可以构建市场对于这些木制品的需求,林场主将更有可能以可持续的方式管理林地。”她特别强调,CLT有可能帮助降低“野火风险,并支持农村经济发展和就业”。

市场似乎也同意这一观点。CLT技术登陆美国还不到五年,现在美国大陆几乎每个州都有CLT项目。更重要的是,与目前全部CLT都需要进口的英国不同,美国正在投资国内CLT制造。

美国在蒙大拿州和俄勒冈州设有工厂,并计划在缅因州、犹他州、伊利诺伊州、德克萨斯州、华盛顿州、阿拉巴马州和阿肯色州开设更多工厂。亚马逊在明尼阿波利斯新建的“技术中心”大楼是由钉层压木材(类似CLT,但使用钉子而不是胶水)建成的。

使用木质材料的建筑也往往更快、更容易建造,因此减少了劳动力成本、运输燃料和现场能源使用。基础设施公司Aecom的董事艾莉森·沃林(Alison Wring)证实,利用CLT,约200套公寓的住宅小区只需16周时间即可建成,而使用混凝土框架建造至少需要26周时间。

同样,建筑师安德鲁说,他最近设计的、占地16000平方米的CLT大楼,仅框架就需要1000辆水泥卡车运送。为了交付所有木材料,他们需要92次交付。

其他国家也在转向木材建筑。为CLT工厂生产印刷机的奥地利-斯洛文尼亚公司Ledinek Engineering的销售工程师莫妮卡·莱本尼克(Monika lebeninik)的订单显示,其业务可以追溯到2013年。首先是来自奥地利和斯堪的纳维亚的少量订单。但从2017年起,日本、法国、澳大利亚、拉脱维亚和加拿大突然加入了这一行列。

莱本尼克解释称:“CLT的年度产能从25000立方米增至50000立方米。”数据显示,1000立方米的正交胶合木相当于500棵树木提供的木材。因此,加工5万立方米CLT的工厂每年要捕获2.5万棵树木吸收的碳。

CLT抗震防火耐高温

CLT甚至还有其他优势,使得这种材料对日本等国特别有吸引力,因为人们发现它在地震测试中表现良好。意大利和日本的联合研究小组建造了一座七层高的CLT大楼,并在一个“振动台”上进行了测试。

他们发现,它可以承受1995年日本神户大地震的强度,那次地震摧毁了5万多栋建筑。安德鲁称,由于机缘巧合,“作为马歇尔计划的一部分,美国人在日本种了很多树,那是60多年前的事了,现在这些树正走向成熟。”

更令人感到惊奇的是,CLT在火灾中也表现得很好。它的设计能够承受高达270摄氏度的高温,然后才开始炭化。而且外部的炭化作用就像一层保护层,保护其内部木材的结构密度。相比之下,在相似的温度下,混凝土会发生剥落和裂缝,刚才也会失去强度。

然而,并不是每个人都相信建筑的未来是CLT。当被问及木材能否取代混凝土成为我们的主要建筑材料时,伦敦帝国理工学院材料资源工程学教授克里斯·奇斯曼(Chris Cheeseman)坦率回答称:“不会,这是不可能的。你必须认识到混凝土的大量使用,以及混凝土对基础设施和社会的巨大重要性。鉴于其功能性和坚固性,它是一种非常好的材料。”

知否|吸碳耐高温 新式木质建筑成应对气候变化主角图6:用CLT建造的建筑物比混凝土建筑建造起来要快得多

还有一个关于“生命终结”的问题。只要建筑物屹立不倒,或者在其他建筑物中被重复使用,碳就会被困在木头里。可是如果它腐烂或者被燃烧为能源,那么所有储存的碳就会被释放出来。

特许工程师、建筑可持续发展顾问道格·金(Doug King)称:“除非我们关注木质材料在使用寿命结束时的处理,否则无法保证整个循环过程对社会产生积极的效益。”

Arup公司2014年之前的研究工作估计,半数的建筑木材最终被填埋,36%被回收,剩下的14%被用作生物质能源。尽管存在这些问题,但安德鲁仍然雄心勃勃。木质建筑的平均寿命是50到60年,他认为,对于建筑师和工程师来说,这意味着他们有足够的时间来解决再利用和回收问题。将其转化为生物炭可能是一种解决方案。安德鲁的建筑易于拆卸,供子孙后代重复使用。

从根本上讲,安德鲁和越来越多的国际建筑师相信,大规模采用CLT是对抗气候变化的一个重要武器。他说:“这不是一种时尚,英国最大的商业开发商刚刚买下了这栋楼。对我来说,这就是你想要的,我想让CLT成为主流,每个人都应该用它来建设。”

那么,让我们重新回到最初的问题:我们是否可以真的将木材作为主要建筑材料?安德鲁认为:“这不仅符合现实,而且是大势所趋。”

 
 
 
 

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