对加拿大500多座新建住宅的两份报告证实了早期的研究，即建筑材料的选择极大地影响着住宅建筑对气候的影响，在房屋建成后的几十年里，它的重要性超过了能源效率。

研究结果表明，在短期内降低碳排放方面，建筑商和设计师对地基、绝缘材料、覆层和其他材料的选择远比运营房屋所需的能源重要。科学家们警告说，在未来几十年里，大幅减少碳排放至关重要选择低碳材料能比建筑对全球变暖和气候变化产生更大的影响吗零能源的房子．

研究人员调查了不列颠哥伦比亚省和多伦多地区的537所建成的房屋，并分析了住房价格体现碳在建造它们的材料上。住房单元代表了各种风格和大小，以及不同的能源效率水平。

帮助开展这项研究的“气候行动建设者”组织的克里斯·马格伍德说，在过去几年里，隐含碳的重要性已经成为人们更加关注的焦点，但与建筑物运行相关的排放仍然很大。

他在电话中说:“我一直想传达的总体信息是，请不要把这两件事看作孤立的指标，尤其是对正在考虑这一问题的市政当局。”“你不能只追求一个而不考虑另一个，反之亦然。它并不总是关于能源效率，也不总是关于材料。这总是一种两者之间的游戏。”

在任何人搬进新房子之前，这栋建筑平均要排放30到40吨温室气体。全电动新房子的物质碳排放将超过60年左右的运营排放;Magwood说，在大约15年的时间里，用天然气加热的新房子的物质相关排放将超过其运营排放。

该结果反映了早期的工作，包括加拿大自然资源部2021年的一份报告，该报告发现，在电网相对清洁的地区，建筑材料中的隐含碳(在报告中被称为材料碳排放或MCE)可以超过运营碳排放(OCE)长达一个半世纪。随着联合国政府间气候变化专门委员会和其他机构继续警告即将到来的气候危机，这些发现得到了更多的关注。

“加拿大的减排目标在2005年的基础上减少40% - 45%，时间非常短2030要求我们考虑住房部门的所有排放影响，并把精力集中在那些对我们剩余的碳预算有最大直接影响的排放来源上，”两份报告之一的前言说。

这是两项研究中规模较小的一项，分析了美国的34个家庭纳尔逊以及附近的不列颠哥伦比亚省卡斯特勒加，他们担心建造高性能房屋的一些材料可能会导致大量温室气体排放。例如，用大量喷涂聚氨酯泡沫隔热的房屋，取暖和制冷用的能源更少，但碳排放的价格却很高。

研究人员发现，节能建筑不一定能预测碳含量。马格伍德说:“有的高效建筑中含有低嵌入碳，有的低效建筑中含有高嵌入碳。”“更重要的是，你选择的材料使建筑更高效，而不仅仅是更节能。你可以在不提高嵌入碳含量的情况下达到这些性能水平，但你必须使用合适的材料。”

成本和碳含量之间也不一定有直接联系。选择对全球变暖影响小的材料不一定会让建筑商或业主多花一分钱。对碳影响最大的材料是混凝土、包层和绝缘材料的标准混合物。低碳替代是可行的。

这项工作是如何进行的

多伦多的研究人员称他们的研究EMBARC，以进行住宅建筑材料排放基准评估。他们调查了已建成的住宅单元，包括独立住宅、半独立住宅和联排住宅，这些住宅代表了该地区每年建造的16400套新住宅。这项研究涵盖了原材料的提取和运输以及将其加工成建筑材料的过程中的碳排放，被称为“从摇篮到大门”的核算。

使用标准化的环境产品声明(EPDs)和碳估计工具称为梁在美国，研究人员研究了来自8个开发商的59个样本住宅方案，以计算503套住宅单元的总物质碳排放量。

并不是所有进入新房的东西都被计算在内。研究人员排除了机械系统、电气和管道，以及油漆、木制品、固定装置和电器。在某些情况下，研究人员没有产品的epd。在另一些地方，没有对材料进行有意义的替代。就涂料和表面饰面而言，这些材料没有达到25年的最低使用寿命。总的来说，被排除的材料所代表的碳量与被计算的材料所代表的碳量一样多。

温室气体排放量以单位材料(如立方米或平方米)的千克二氧化碳当量(kg CO2e)表示。BEAM计算方法计算了某些农业或森林产品的碳储量，但它没有计入木材等原始森林产品的碳储量，因为目前的计算方法存在“重要且尚未解决的问题”。其中包括伐木作业时从土壤中释放的碳，从树根和磨坊废料中释放的碳，以及树木被砍伐时损失的碳储量。

为了整理结果，研究人员不仅观察了碳排放总量(MCE)，还观察了材料碳强度(MCI)，即碳排放总量除以建筑面积。这使得研究人员可以比较不同大小房屋的碳含量。

研究人员还提出了另一种衡量标准——碳使用强度(Carbon Use Intensity)，它结合了物质碳排放和操作碳排放。多伦多的报告说，考虑这两个因素“对于理解新住宅产生的更完整的排放情况至关重要。”

研究人员发现

在多伦多的研究中，单个家庭最低的MCE是9.5吨二氧化碳，而最高的是827.1吨二氧化碳当量。这503个家庭平均每家排放40吨二氧化碳。如果将这些数字外推到整个大多伦多地区，新房的MCE总量为84万吨，相当于18.3万多辆汽车的排放量。

报告称，近四分之三的材料碳排放可以追溯到三件事:混凝土(33%)、绝缘(26%)和包层(13%)。但是在现有的产品中，碳的含量是相当广泛的。例如，混凝土样品的全球变暖潜能值从每立方米124公斤二氧化碳当量的低到610公斤二氧化碳当量的高，这取决于矿渣和粉煤灰的比例以及在混合物中使用的水泥的类型。

“虽然混合设计为减少排放提供了机会，”报告说，“但通过减少低等级建筑和/或替代处理过的材料，新住宅有可能使用更少的混凝土。木头基金会．使用墩或销基础建造的高于等级的住宅可以完全消除混凝土的使用。”

隔热是第二大因素，但全球变暖的潜力也涵盖了很广的范围。到目前为止，最大的碳罪魁祸首是挤压聚苯乙烯(XPS)板，其含碳量是玻璃纤维电池的83倍。XPS的新版本全球变暖的可能性要低得多，因为制造它的发泡剂发生了变化)。气凝胶电池和闭孔喷雾泡沫分别排在XPS之后的第二位和第三位。但有些类型的绝缘材料MCE值为负，包括大麻纤维棒，纤维素，木纤维棒，大麻混凝土，木质纤维董事会和草包。稻草捆的储碳能力是大麻纤维的10倍。(在这项研究中，只在房屋中发现了两种储存碳的隔热材料，纤维素和木纤维板。)

保温对建筑设计师提出了特殊的挑战。正如作者所指出的，降低新住宅材料碳排放总量的一个策略是减少材料的使用。“但随着提高家庭能源效率以减少运营排放的需求越来越多(而且越来越重要)，新住宅可能会更多地使用绝缘材料，而不是更少。”因此，当我们推动提高能源性能时，我们可能会推高绝缘的显著MCE。”

低排放的隔热材料也可能具有更低的r值，因此设计师需要计划更多的隔热材料，以在房屋中获得相同的热性能。对于大多数传统的绝缘泡沫板、喷雾泡沫板、矿物棉和玻璃纤维来说都是如此。但是对于储存碳的绝缘材料来说，你使用的越多，就能储存越多的碳。

覆层是研究房屋中使用的第三大碳密集型材料。砖无疑是最严重的罪魁祸首，其碳含量几乎是乙烯基的10倍，而且在研究中取样的所有房屋中，除了一栋以外，都使用了砖。

目前，市场上还没有任何可以储存大量碳的包层选择。但研究人员指出，美国制造商CalStar Brick生产的砖产品的碳含量只有普通砖的十分之一。

材料的替换能做什么

利用BEAM计算器，研究人员还估计了用低碳材料替代高含碳材料的影响。他们研究了两种可能的材料。第一种是“最佳可用材料”，即那些在多伦多市场上现成的、满足当前法规要求的材料。这可能包括使用纤维素棒而不是矿物棉或玻璃纤维棒，使用工程木材包层而不是砖，或改用低碳混凝土混合物。

第二个选择是指定“最好的材料”。这些材料在其他市场上可以买到，在其他地方也符合代码，但在多伦多地区不一定可以替代。这一步可能包括材料，如稻草基绝缘材料，内墙制成压缩稻草板这是一种用压缩的回收饮料盒制成的石膏墙，还有油毡和软木地板。

当为碳强度最低的房子指定“最佳可用”材料时，碳排放量下降了51%。当“最好可能”的材料通过计算器计算时，碳排放量下降了145%。

有趣的是，多伦多研究中MCI得分最低的住宅是一家大型开发商的联排别墅，研究人员推测，该开发商“在设计或建造时并没有打算获得低MCI得分”，这意味着这种性能水平“因此可以被认为是传统和成本竞争建筑容易实现的最低目标”。

报告称，如果多伦多地区所有的新住宅都达到这样的性能，那么将减少多达46.5万吨的碳排放，相当于从道路上减少约10万辆汽车。

成本如何?在竞争激烈的建筑环境已经被供应链问题、高通胀和不断上升的抵押贷款利率所困扰的情况下，建筑商是否能够出于对气候问题的关注而做出这些改变?多伦多报告的作者是这样处理这个问题的:

“虽然准确评论材料替代所涉成本超出本报告的范围，但与几个区域混凝土供应商的通信表明，替代低碳混凝土混合料不会产生任何显著的成本影响。”

工程木质壁板的价格在每平方英尺7至12美元之间，而砖覆层的价格在每平方英尺9至28美元之间。尽管安装费用有所不同，但在研究房屋中，纤维素绝缘材料比已建成的选择更便宜。

“总体而言，”报告称，“最具影响力的碳排放替代措施似乎没有显著的负面成本影响，而且可能成本更低，这是令人鼓舞的。”

研究证实了早期的模型

生产碳与材料碳排放的关系是复杂的。在电网非常清洁的地区，例如，在可再生能源占发电量很大一部分的地区，运行碳可能需要一个多世纪才能赶上材料选择的直接影响。但随着网格越来越脏，差距就会缩小。

萨斯喀彻温省北部的情况就是如此，那里的电网基本靠煤炭运行，冬季气温非常低。在那里，提高能源效率的影响要大得多，因为气候恶劣，发电机使用的是一种非常脏的燃料。可能只需10年或15年，运营碳排放就能达到建筑材料的前期碳排放损失。

根据Magwood的说法，这两项研究证实了早期仅基于建模的工作。批评者可能会抱怨说，计算机模型可以产生研究人员想要的任何结果。“那真正的房子呢?”他们会这样问。

“这些是真正的房子，”马格伍德说，“这是它今天在地面上的实际样子。”

这些研究也有助于确定新建筑的碳水平基线，市政官员可以将其作为写入建筑法规的碳减排起点。据Magwood称，这些最近被研究的房屋的平均碳含量下降在一个相当小的范围内，大约在每平方米150到190公斤碳当量之间。

尼尔森的一所房子每平方米的二氧化碳当量为72公斤，而多伦多的一些房子每平方米的二氧化碳当量约为115或116公斤，这表明建筑商正在建造低碳建筑，即使他们并没有特别想这么做。

“他们只是在生产产品，甚至没有打算建造低碳建筑，”他说，“他们已经比平均水平低了30-40%，所以这些数字应该是真正可以实现的。”115公斤的上限不应该是一个很大的提升。整个行业都可以进行大幅削减，甚至不会像往常一样对业务构成挑战。”

---

斯科特·吉布森是GBA网站的特约撰稿人良好的住宅建筑杂志。