芬兰案例研究：木结构和混凝土公寓的低碳排放与成本

在低碳建筑领域，环境评估贯穿建筑物的整个生命周期，有利的生态影响被量化为碳手印，而不利影响被量化为碳足迹。碳手印由负数值表示，而碳足迹由正数表示。碳足迹越小，碳手印越大，建筑则越低碳、越环保。建筑材料的选择在影响建筑物整体生命周期的碳足迹、碳手印方面起着至关重要的作用，因此，天然负碳的木材成为了建筑界的新宠儿，利用木结构建筑和木材产品也成为了目前世界各国减少温室气体净排放量的关键措施。

芬兰政府提出于2035年实现碳中和目标。木结构建筑具有在建筑物内封存碳的潜力，能够有助于扩大芬兰现有碳汇，促进碳中和工作的进展。在芬兰，木材主要用于建造单户住宅（80%为木结构）和排屋（60%为木结构）。目前，在现有文献中明显缺乏专门研究芬兰境内木结构和混凝土公寓建筑产生的碳足迹、碳手印、承重结构成本等数据。本研究的目的是分析和计算两者的碳足迹、碳手印与综合成本，为芬兰进一步推进木结构多高层公寓促进碳中和提供理论依据。

研究的样本为一栋多层公寓建筑，建筑名为Laajasalo，位于芬兰的赫尔辛基市。该住宅综合体的开发是赫尔辛基市发展公寓建设计划的一部分，计划占地面积为 11250㎡。本次研究将围绕着该建筑的开发，评估混凝土框架和木结构框架两种解决方案的碳排放和成本。

Laajasalo住宅综合区的地理位置

公寓楼底层分布图

计算以50年为限，在确定了五层楼和屋顶的材料重量、碳足迹和碳手印后，采用了建筑碳足迹计算工具。这些计算结合了来自芬兰环境研究所建筑排放数据库版本 1.01.000（日期为 2023 年 6 月 29 日）的材料数据，其结果如下。

木结构和混凝土结构对碳足迹和碳手印的影响

从计算结果可知，木结构形式的公寓楼其碳足迹为830223kgCO2，碳手印为-4542907kgCO2；混凝土形式的公寓楼其碳足迹为3064849kgCO2，碳手印为-872634kgCO2。这表明，木结构公寓楼对生态环境的不利影响远远小于混凝土结构，是更加低碳、环保的选择。

在以上数据的基础上，专家们取整数进行了两种结构的对比计算，如公式1所示。混凝土框架将产生3,060,000公斤的二氧化碳，与木结构框架830,000公斤的二氧化碳排放量相比，二氧化碳排放量增加了270%。

公式1

如公式2所示，与选择混凝土承重结构相比，选择 CLT结构，在50年的分析期内，其产生的积极气候效益明显，比混凝土结构高420%。

公式2

两位经验丰富的施工工程师为两种结构进行了建造成本估算。根据混凝土结构建筑组件的成本估算，混凝土公寓楼（包括五层楼和屋顶结构）的成本估算约为 8,150,000 欧元， CLT木结构公寓楼的成本估算约为 9,110,000欧元。同时，根据对比计算中的碳排放数据计算可得，混凝土的碳排放成本为9.34 欧元/千克 CO2e，而CLT木结构的碳排放成本为2.01 欧元/千克CO2e。混凝土与木结构相比，其碳排放成本明显更高，比CLT木结构的碳排放成本高约365%。

基于以上的计算数据，该案例最终将选择以木结构来建造，并引入更加明亮和开阔的半开放式设计，从而创建一个不可思议的开创性木结构低碳项目。同时，考虑到结构创新，楼层空间设计和碳封存的巨大潜力等因素，设计师们更倾向于采用交叉层压木材（CLT）结构解决方案，让建筑的整个生命周期内产生更大的生态效益。

木结构的详细排放数据

本次研究，展示了施工方法及建筑材料的选择对生态环境及综合成本的影响，揭示了传统混凝土和CLT结构碳足迹和手印的巨大差异。研究显示，CLT在这碳足迹和碳手印及碳排放成本等方面都优于混凝土，两种材料之间碳排放的鲜明对比也凸显了木结构显著的生态效益。这些发现将为建筑设计和材料选择提供理论依据。随着法规的制定和对可持续发展要求的不断提高，这项研究将引领芬兰及其他国家未来的建筑实践朝着更环保、更具成本效益的木结构解决方案迈进。

芬兰Keravanjoki 多功能大楼

©Aukusti Heinonen, Jarkko Översti

研究报告来源：

Submission received: 26 March 2024 / Revised: 14 April 2024 / Accepted: 20 April 2024 / Published: 23 April 2024

引用：

·Andersen, C.E.; Hoxha, E.; Rasmussen, F.N.; Sørensen, C.G.; Birgisdóttir, H. Evaluating the environmental performance of 45 real-life wooden buildings: A comprehensive analysis of low-impact construction practices. Build. Environ. 2024, 250, 111201.

·Tuppura, A.; Palomäki, K.; Grönman, K.; Lakanen, L.; Pätäri, S.; Vatanen, S.; Soukka, R. Communicating positive environmental impacts–User experiences of the carbon handprint approach. J. Clean. Prod. 2024, 434, 140292. 

·Räihä, J.; Clarke, S.; Sankelo, P.; Ruokamo, E.; Kangas, H.L. The importance of organization type: Construction sector perceptions of low-carbon policies and measures. Environ. Sci. Policy 2024, 151, 103602. [Google Scholar] [CrossRef]