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为什么绿色建筑青睐不锈钢材料?

  • 发表时间:2020-05-25 11:33:11
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可持续发展的理念涉及我们日常生活的方方面面,它对建筑设计,施工建造和产品制造的影响也日益扩大。当前,对建筑材料的可持续性进行评估和比较越来越普遍。评估的深度和要求随着业主(公共和私人)的长期需求、绿色建筑评价体系LEED(美国)、BREEAM(英国)和绿星(澳大利亚)以及某些建筑规范的的发展而变化。


一个完整的生命周期评估(LCA)需考虑项目的寿命要求,预期的材料使用寿命和材料对环境的影响。在室外和其他腐蚀性较强的应用环境中,材料耐腐蚀性能的优劣与维护成本的高低和长期可持续的性能表现之间有直接的联系。腐蚀会破坏建筑的美观,造成结构损坏和材料的过早更换,还可能带来严重的财产损失和环境后果。材料的生产需要消耗能源并产生排放。欧洲、美国、澳洲和世界其他地区已经开发了生命周期清单(LCI)数据库,决策者可以据此来评估每种材料的环境影响。当没有相关数据时,各个公司和特定地区的行业协会的环境产品声明(EPD)也可提供LCI信息。这些数据应经过第三方认证,并且必须是针对材料出产地的,因为不同地区能源的来源和环境法规不同。


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越来越多的国家和地方政府以及私人业主已设定了建筑结构最低使用寿命的要求,利用LCI数据库可进行更完整的环境评估。如果整栋建筑完成了生命周期评估(LCA),则可以在当前使用最广泛的绿色建筑评估体系(美国绿色建筑委员会LEED,英国BREEAM,澳洲Green Star等)中获得额外的加分。LEED和BREEAM评估体系的最低设计寿命为60年。国际绿色建筑规范(IgCC)作为国际建筑规范的一个补充,它要求建筑的使用寿命至少为75年,倡导整个建筑做生命周期评估(LCA)。


建筑的生命周期评估标准ISO 21931-1和EN 15978给出了生命周期每个阶段(或模块)的指导原则。制定了实施规程ASTM E2921(比较建筑规范, 标准和评级系统中所用的整个建筑生命周期评估最低标准的标准实施规程),目的是确保建筑LCA之间的可比性,并采用至少75年的使用寿命和生命周期清单(LCI)数据。国际绿色建筑规范和美国绿色建筑委员会的LEED均采用它。


各种对比性分析表明,不锈钢始终是当今最环保的材料之一。不锈钢在建筑、结构、运输,医疗保健,电力,供水和食品等各个领域都为可持续的世界做出了贡献。

不锈钢为可持续设计带来哪些优势?

1、耐腐蚀性能优异


材料的耐腐蚀性能直接影响其可持续性。腐蚀会造成材料的损坏和过早更换,进而增加了能源消耗和废物排放。空气污染、酸雨和融雪盐/海盐等腐蚀性环境加速了很多建筑材料的腐蚀和磨损。如果暴露在含盐和有污染环境中,铜和铝的腐蚀率通常是不锈钢的10~100 倍。镀锌钢依赖涂层,需要不断地重涂维护。比如,在德克萨斯州沿海地区工业污染的环境中,一个经涂层处理的镀锌钢板屋面使用3年即发生穿孔。


而不锈钢如果选用和维护得当,可数十年甚至几个世纪后依然完好无损。不锈钢在使用期间没有任何金属损失,不需要用纯新材料来替代,因此由于金属损坏更换而对环境产生的负面影响得以最小化。


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2、回收再生成分比例高


不锈钢可以100%回收再利用,不管循环利用了多少次,都无需降级回收。因此它可以无限次回收再生来制造出更多的不锈钢。不锈钢生产商在生产不锈钢过程中都尽可能多地使用回收废料。国际不锈钢论坛(ISSF)估算全球不锈钢中,回收材料的使用比例约为60%。北美特钢行业协会(SSINA)公布的数据表明,北美生产的300系不锈钢如316不锈钢中,再生成分的比例为75%-85%。某些不锈钢生产商生产的最常用不锈钢牌号里回收废不锈钢的比例高达90%(见下表)。


3、寿命结束后回收率高


由于不锈钢残余价值较高,至少80%的不锈钢在使用寿命结束后被回收,再生为新的不锈钢。耶鲁大学工业生态中心的研究人员和日本筑波市的国家环境研究所的研究人员深入研究了国际上不锈钢的生命周期,包括典型的使用寿命和使用终了时被回收的比例。在建筑和基础设施领域,估计92%的不锈钢在使用寿命结束后都被回收进行再生利用(见下表)。

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4、帮助建筑降低能耗


不锈钢屋面和墙面板可减少建筑物的能耗,降低城市热岛效应。不带涂层的不锈钢能够满足美国绿色建筑委员会的LEED评估体系提出的降低热岛效应的要求(可持续性加分第7.2 项:对于>1:6的坡屋面或外墙,要求太阳能反射指数SRI≥29)。比如,现今流行的低反射无涂层不锈钢产品的SRI 值为39~61(奥氏体不锈钢如304 和316以及经济型双相不锈钢均适用)。抛光的不锈钢板材,例如符合ASTM A480 的No.4 表面SRI 值更高。No.4 表面不锈钢的SRI 值约为60。


带涂层的不锈钢和其它涂层金属的SRI 值没有明显区别。涂层不锈钢可以满足LEED 对低坡屋面SRI>78的要求。涂层不锈钢优于其他涂层金属的地方在于其抗腐蚀能力优异,较低的腐蚀率有助于保持合格的SRI 值长久不变。


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5、保护环境


不锈钢有利于保护资源,减少对环境的影响。不锈钢用于屋面、外墙和遮阳板,能使建筑的能耗最低。不锈钢不需要涂层来防腐,不会释放挥发性有机化合物。不锈钢的清洁不使用危险化学品,不会对环境造成危害。例如,对80年前建造的不锈钢外立面大厦,仅使用温和的洗洁剂和水清洁,就使建筑焕然一新。


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不锈钢也不会产生有害径流。有多个项目对各种屋面(比如沥青、金属、瓦)的雨水径流是否有毒进行了研究。瑞典的一项研究将不锈钢与其他金属屋面材料进行了对比(下表) 。径流中不锈钢的镍、铬释放量极低,甚至低于检测限,均在饮用水金属含量的限制范围内,而径流中锌和铜的释放量较高,锌是潜在的生物灭杀剂。澳大利亚、华盛顿和俄勒冈州也进行过类似研究(下表)。因此,不锈钢可在生态环境敏感的地区使用。


瑞典金属屋面径流研究
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澳大利亚、俄勒冈和华盛顿多种屋面径流中金属含量 (微克/ 升)

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6、长期性能优秀


尽管不锈钢是相对较新的建筑材料,但它对世界建筑设计的影响是巨大的。不锈钢已经在很多著名建筑上使用了50-100年,外表美观依旧,材料无需更换。


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不锈钢的诸多优势使其成为最环保的金属之一,是保护环境并创造舒适、美观经久耐用的建筑结构的绝佳选择。

建筑常用的不锈钢牌号

欧洲、美国、澳大利亚和日本的建筑设计规范都对不锈钢进行了规定。在建筑中应用较多的不锈钢牌号是:304/304L,316/316L,444,2205双相不锈钢。304不锈钢适用于大多数室内环境和温和的室外环境。但在污染程度较高、存在融雪盐或海盐以及酸雨的地区,建筑材料可能发生较快速的损坏。含钼不锈钢,如316和444不锈钢以及耐腐蚀性更好的2205双相不锈钢,具备应对这些环境所必要的耐腐蚀性能和美观。
关于如何根据不同的环境选用适合的不锈钢牌号,参见:建筑用不锈钢选材指南。


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