编者注:这篇文章是专家交流系列，一个由编辑指导和专家驱动的平台，围绕前沿的建筑科学原理和项目提供信息和讨论。第四季度的主题——在我们的赞助商*罗克伍尔的支持下——是“为绿色家园选择产品和材料。”查看相关的网络研讨会介绍了为本系列做出贡献的专家。

在我之前的文章中，好建筑的五大要素，我提供了一个概述我的公司的设计和施工理念。简而言之，数据表明，建筑材料及其使用(和来源)对建筑的性能评级有很大影响。长期以来，我们狭隘地将良好的建筑定义为能源效率作为衡量成功的主要指标，有时甚至是唯一指标。我认为成功的定义需要扩展到至少包括五个因素:效率和可再生能源、持久性和弹性、舒适和健康、生命周期碳影响和社会正义。

在本文中，我将探讨如何在五个不同的组合中改变几个关键策略，从而在所有五个类别中产生巨大的差异。为了使这个复杂的主题尽可能易于理解，我将重点介绍高性能住宅的五个关键细节领域:无通风的坡屋顶，无通风的低坡屋顶，外墙，基础和地板系统，以及窗户。

下面的分析是我试图呈现一个“平均”住宅场景，可以在改造、添加或新建筑中找到。我有20年的建筑科学经验，接触过数千栋建筑。分析的重点是不同的绝缘材料，不包括在两种情况下保持不变的材料，如木框架和饰面材料。它使用普遍接受的r值，隐含碳和其他因素的数字。值得注意的是，这些数字已经足够精确，可以进行有意义的分析，但要使这些数字更精确，还需要做一些工作。

在“五因素”范式中，社会公平、持久性和健康的定性程度更高，将使用1-10的指数体系，其中1为最差情况，10为最佳做法。对于效率，我将使用r值作为度量标准，对于生命周期碳;我将使用前期隐含碳(EC)，也称为物质碳排放(MCE)。R-value将尽可能保持一致，以关注MCE的变化幅度，同时实现大致相同的性能。

内含碳数据

本分析中使用的大部分隐含碳数据来自于这篇GBA文章布莱恩·贾斯特。他发现并求平均值环保产品声明(EPDs)的绝缘产品概述如下。但是，由于kgCO2e/m2 RSI-1不是一个清晰有效的讨论单位，我将数据转换为lbsCO2e/CF。一立方英尺(CF)大约是一个篮球的大小，所以很容易将lbsCO2e/CF视为每个篮球的重量。是的，一些篮球实际上是负重量的，这就是储存碳的绝缘材料的情况。

的EC3数据库有公开的EPDs，是我发现的试图减少混凝土碳影响的最佳来源;这里的具体数字是从这个来源得出的。

的建筑排放核算材料(BEAM)估算器“建筑商气候行动”是一种宝贵的新资源，可用于估算住宅建筑的前期碳影响。在我看来，任何新的住宅或能源改造都应该进行BEAM分析。(本文使用了BEAM的一些MCE数据进行分析。)

值得注意的是，EC数字在类别内的特定产品之间有很大程度的可变性。然而，对于有意义的分析来说，一个产品类别的平均值已经足够准确了。随着时间的推移，随着数据的改进，生命周期碳分析将变得更加精确。

例如，在上图中，使用HFC发泡剂的XPS刚性板具有最高的每立方英尺绝缘的隐含碳。使用HFO发泡剂的XPS显著降低了碳影响，但每立方英尺的碳影响仍然最高。

好了，现在来看前面提到的五种常见的组装…

无通风的坡屋顶

无通风屋顶系统目前很受欢迎，特别是在高性能住宅建筑商中。事实证明，这种组装要么符合最佳实践，要么就是噩梦般的场景。五要素的成功取决于从基本材料向优质材料的升级。(另一个成功的关键因素是屋顶和外部保温层之间的通风通道，它可以减少传导热量传递，并使任何屋顶系统都能更好地干燥。)

在基本场景中，基于泡沫的绝缘材料创造了不错的能源效率水平，但它们具有重要意义前期碳排放在健康、耐用性和社会公正方面排名较低。

在良好的情况下，天然绝缘材料可以产生大致相同的能源效率，以及碳储存，健康的室内环境，耐用性和支持的社会正义概况。

缓坡屋顶

低坡屋面由于排水不良和高暴露，是一种危险的屋面系统。然而，人们喜欢“平”屋顶，所以我们需要解决它们。不幸的是，这样的组件经常强制使用不太理想的材料，例如用于外部绝缘的硬质泡沫板-尽管可以通过使用EPS而不是XPS来减少嵌入碳。类似地，将内部绝缘从闭孔喷雾泡沫升级为带有可变蒸汽膜的松散填充自然绝缘可以导致前期净碳存储。

外墙

连续的外部保温可以提供更好的舒适、健康和效率。然而，如果使用像XPS刚性板这样的蒸汽封闭、高含碳隔热材料，则有可能增加与潮湿相关的故障风险和生命周期碳影响。另一方面，可透气性、储碳的外部绝缘材料，如软木或木纤维，安装起来既昂贵又耗时。出于这些原因，在我的公司，我们正在试验一种新的外墙系统，包括赤裸Tstud组合框架采用天然隔热，红色List-free控制层和通风包层。

基础和地板

这个例子展示了2700平方英尺。空调楼面面积440平方英尺。英尺的茎壁表面积，是为了说明减少混凝土使用的重要性。如果茎杆壁可以从8-10英寸减薄，就会产生很大的不同。降到6英寸。此外，使用粉煤灰混凝土还可以减少30%左右的前期碳排放。这个例子也展示了一个常见的“碳计算错误”，它来自于没有考虑到厚外墙如何迫使使用更大体积的混凝土作为茎墙。有很多很好的理由选择双螺柱墙但人们需要考虑的是，10 + in还需要多少具体内容。阀杆壁支撑双螺柱壁。

由于白蚁的威胁，我们在亚利桑那州看到的大多是平地建筑。然而，通过使用优质材料的活动地板系统，在所有五个类别中都有一些改进。我们正在研究如何在西南部正确地做到这一点。

窗户

窗户都很昂贵，这里分享的基本的和好的选择都含有高含量的碳。因此，尽我们所能使窗户使用几十年是至关重要的。在我的公司，我们将窗口细节设计分为两个阶段:1。2.粗糙的开业准备;窗口集成。粗开口准备阶段的重点是创建一个密封，防水，大部分蒸汽渗透的开口(窗台通常是蒸汽封闭的，除非它有很高的坡度)。第二步是将窗口整合到准备好的粗开口中。

在基本施工中，除了丁基沥青窗台胶带外，通常很少有粗糙的开放准备。然后，窗户集成了嵌缝和泡沫，由于劣质产品，引入了毒性，降低了防水和气密性的耐久性。基本材料的窗户细节需要经常维护，通常在大约10年内需要完全更换。

对于良好的窗户细节，我建议使用红色名单免费密封剂，自然绝缘，并在头部和窗台上适当闪光。一个例子是将羊毛塞进垫片空间，两侧用红色名单免费密封胶带密封。像这样一个好的窗户细节应该可以使用几十年，几乎不需要维护。

运用好建筑的五要素

一些关键点适用于所有这些组件，它们可以用我们的“优秀建筑的五个因素”分析进行总结:

效率和可再生能源

好的材料通常能创造更高的效率，同时也由可再生资源制成。隔热材料尤其如此。

耐久性和弹性

一般来说，好的材料通过透气性降低了组件失效的风险，这支持了干燥潜力。当安装正确时，它们由气封和防水膜保护，确保更大的耐久性。基本材料往往是蒸汽封闭的，这意味着它们可以促进湿润和阻止干燥。水的积聚是建筑最大的风险之一，所以基本材料应该仔细考虑。

健康与舒适

好的材料可以提供更大的舒适性和更好的室内空气质量。天然绝缘材料有助于调节湿度水平，这在乘员舒适度方面与空气温度一样重要。此外,天然绝缘材料比合成材料更能调节温度；他们的声音管理也很好。

生命周期碳

基本绝缘材料的碳排放量总和大致相当于建造整个房屋的隐含碳排放量。然而，如果我们改用良好的绝缘材料，我们可以预先储存成吨的碳。(在我看来，健康、天然、高性能绝缘材料的碳储存能力是我们对抗气候危机的隐形武器。)

社会正义

从社会公正的角度来看，要想成为一篇好材料，有几个关键的要求。首先，材料来源的社区不能受到损害。第二，制造材料的工人不能以任何频率接触有毒材料，安装材料的工人也不能。第三，所有社区和工人的贡献都必须得到公平的补偿。最后，材料不能使建筑居住者暴露于毒性。

强调碳

碳影响是一个紧迫的问题可以量化比以往任何时候都好。虽然能源效率仍然是减少运营碳排放的关键，但很明显，更有意义的碳减排发生在材料的生产阶段。换句话说，如果我们要致力于低碳建筑，我们就需要使用低碳材料，尤其是隔热材料。

下面的图表总结了基本材料和优质材料的对比情况，以及单个家庭住宅的前期隐含碳的平均值，大概是10万磅适用于所有系统，包括基础、框架、绝缘和饰面。对于本文探讨的两种情况，只有绝缘和混凝土被包括在“总”影响中。

这里的关键是，使用基本材料来建造高性能住宅可以导致高生命周期的碳影响。能源效率降低了建筑的运行碳，但实现这种效率所需的前期碳排放需要仔细考虑。

*在文章发表前，赞助商没有机会审阅文章，也没有机会编辑作者的文字。

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Lucas Johnson, MESM, BPI BA, CPHT，是Vali Homes的首席建筑宅男。图片由作者提供。