东非可持续木材建筑：供需研究

了解更多 这是东非可持续木材建筑供需研究的简版。如需讨论此报告或获取包含更多关于方法、情景、住宅类型研究以及供需模型的详细内容的完整版，请联系Caroline Ray，邮箱：caroline.ray@arup.com。 实现建筑业繁荣的脱碳化 到2050年，将有十亿更多的人居住在非洲城市，他们都需要体面的住房、学校和工作的场所。如果巴黎协定要实现将全球气温上升限制在工业化前水平以上1.5°C的目标，那么就需要紧急采取一系列解决方案来脱碳即将到来的建筑热潮。 作为一种天然低碳材料，木材在替代钢铁和混凝土等碳密集型材料方面可以发挥的作用正受到越来越多的关注。最近的一项研究表明1建议在中层木质建筑中容纳全球不断增长的90%的城市人口，到2100年可以防止1060亿吨的碳排放。这相当于美国过去20年的碳排放量。 方法 我们的研究集中在三个主要因素上：环境因素、供应和需求。对于环境因素和需求的研究集中在肯尼亚，而供应方面则考虑了肯尼亚、坦桑尼亚和乌干达。 数据收集基于利益相关者映射、文件审查和访谈。随后，我们开发了三个情景的定性描述，作为展示实现每个情景所需变革的方式。 大规模的物料转换将产生前所未有的对木材的新需求，这反过来又引发了关于是否能从管理良好的植物园可持续供应木材，同时不对自然森林造成不利影响的担忧。 我们同时开发了一个供需模型，以更好地理解和洞察供应链。供应方面追踪从种植园到窑炉的产量，分离出对工程木材所需的前置步骤。需求方面专注于住宅领域，特别是工程木材在中高层住宅建筑中的应用，以及锯材在单户住宅中的应用。 本项研究呈现了关于建筑用可持续木材，尤其是大规模工程木材（MET）供需研究的结果。它包含了在三种情景下20年内的变化预测：现状延续、现实的“木材转型”和乐观的“木材复兴”。 为了构建指示模型，我们进行了一座中层住宅木结构建筑的概念设计。这使我们能够探索针对内罗毕的成本、碳、防火工程和建筑保险。虽然所选类型相对典型，但它并不一定等同于平均设计，因此在对需求模型进行此类类型放大时产生的数字应谨慎对待。 鉴于我们面临的挑战规模，需要在环境和社会需求之间取得平衡，我们的乐观情景或“林业复兴”是有意为之的雄心勃勃，需要促进环境、供应链和建筑行业的系统性变革。 研究结果 营造有利环境 截至目前，国家激励措施，如对原木进口的税收减免，一直未能得到一致应用。肯尼亚的需求政策没有明确促进木材在建筑行业中的应用，尽管正在采取一些措施来推广绿色技术，例如通过EDGE认证。金融机构正在提供贷款和债券以支持绿色建筑，这些贷款和债券往往与使用IFC EDGE作为框架/目标挂钩，这为影响材料选择提供了机会。理想情况下，这将通过国家级的碳税制度和对排放目标的政府战略整合得到支撑。目前，肯尼亚有一个活跃的自愿碳交易市场，主要用于国际买家，但本地市场的需求也在增加。这些项目中大多数涉及林业行业，这表明此类机会已经在被积极寻求。 在撰写本文时，肯尼亚国家建筑规范2020年仍处于草案阶段。如果获得批准，它将通过欧洲规范套件支持木材设计，但在此之前，尚无针对工程木材的规范。草案中未包括碳排放目标。一旦获得批准，下一步将是编写肯尼亚的欧洲规范国家附录，用于木材和MET的设计与施工，包括当地的实证木材设计值。 初步咨询表明，当将MET作为结构材料使用时，建筑保险费率将是普通的三到四倍。建筑保险费率基于规模经济，如果这项技术变得更为常见，这种保险费率很可能降低。 可持续木材在建筑中使用的促进环境目前尚未开发，治理、政策、激励和法规方面存在空白。 尽管肯尼亚林业服务机构与肯尼亚木材制造商协会分别代表种植者和制造商，但目前尚无行业机构致力于可持续木材在建筑领域的使用。成立此类机构将为推动该领域的各项举措提供一个焦点。坦桑尼亚国家木材产业发展规划是一个重要参考，为肯尼亚开发类似框架可能是此类机构的一项优先行动。 18%2016-2020年，内罗毕增长最快的行业——建筑业的年增长情况 建筑物保险和火灾风险常被提及为采用建筑技术（尤其是在高层）的障碍。为了将MET作为结构性建筑材料使用，需要采用基于性能的火灾工程方法。保险公司对新技术的开放态度，但可能会要求额外的设计文件，如火灾生命安全策略报告。对建筑设计的关键影响是喷淋器的需求。根据我们的类型学研究，与传统建筑相比，这可能会使整体建筑成本增加高达18%。 23亿美分3预计2020年全球锯材需求量 政策在肯尼亚国内以及与从乌干达进口相关方面均不利于供应。肯尼亚的伐木禁令导致国内制造业供应链受到压制。相比之下，欧盟资助的SPGS项目在增加乌干达预计的松木产量方面已证明有效。从乌干达和坦桑尼亚的进口成本将对未来需求和区域协调与合作产生重大影响。 供应 需求 尽管乌干达的种植园总面积最小，但它拥有最大的良好管理、FSC认证的种植园资源。 松木，一种软木材，是该地区最常见的一种木材，其次是硬木桉树。松木非常适合用于建筑，无论是锯材还是工程木材。坦桑尼亚在该地区拥有最大的木材种植面积和相应的木材供应量，预计在所有三种情况下都将保持这一状况。 对MET和结构级锯材的需求目前都很低，正如炉子和MET工厂的缺乏所证明的那样。在建筑中使用锯材时，通常是“新鲜”（未经炉子干燥的木材），目前的需求估计为500,000立方米。3. 预应力混凝土（MET）由于预制和轻质材料的潜在节省，非常适合城市地区中高层住宅建筑的需求。胶合层积木（Glulam）适用于较长的梁或柱，而预制交叉层压板（CLT）通常用于地板和墙体，允许省略柱子并节省现场施工时间。 内罗毕的人口增长率为4.7%，在非洲地区增长率中居高位。在2016年至2020年期间，建筑行业增长最快，年增长率达到18%。 增强。指接生产能力也非常低，尽管认为建立起来很容易，因此不应成为投资MET时的瓶颈。相比之下，锯木厂和加工能力更大，但注意到肯尼亚以外的锯木厂数据缺失。 通过将石头和钢筋混凝土等重型材料替换为木材，您可以减少建筑物的重量，这将进一步降低支撑梁、柱和地基的设计节约，从而进一步减少所需的混凝土量。 乌干达有面积最小的种植园，仅105,000公顷，但得益于成功实施SPGS（可持续产林项目），预计未来十年将有大量松树原木涌入市场。这远远超过了乌干达市场的加工或利用率，因此需要出口木材以避免国内木材价格的大幅下跌。 肯尼亚需要建设大约 每年新增20万套住房单元仅在城市里待了一年，就是为了保持与人口增长同步火箭般上涨的需求，根据一份世界银行研究报告。 在“照常营业”情景下，该地区预计仅产生超过200万立方米。3锯材。一旦考虑了FSC认证、质量和烘干窑容量，体积降至仅有63,000立方米。3. 与此相比，英国生产了三百万兆瓦3. 重要的是，任何进一步的需求增长都应通过足够的供应来满足，以防止对材料流动的干扰。这项研究表明，在“照常营业”的情况下，这些人工林将有足够的木材供应来支持建筑用材的增加，但“照常营业”的制造能力将阻止这一点。在“木材转型”情景中，年度可持续采伐量略有增加，主要与肯尼亚木材采伐禁令解除和KFS人工林（15万公顷）投入生产有关。在“木材复兴”情景中，假定该地区私人人工林（18万公顷）将得到扩张。需要进一步研究以了解KFS重新种植、私人肯尼亚小土地所有权的可行性，以及此类人工林面积增加对区域土地可用性和生物多样性的影响。 大学和其他教育机构被认为不教授木材设计。材料一般性地进行研究，但不是特别针对木材或MET。已知的结构木材项目在结构和防火设计方面都依赖于国际专家。相比之下，木匠是肯尼亚的主要行业之一，有近15,000名注册木匠，尽管他们主要专注于家具、门和窗户。这为提升技能提供了一个重要基础，认识到对于锯材的结构使用以及肯定需要专业技能和工具进行制造和组装的工程木材，还需要额外的培训。 投资需要沿着供应链进行，而不仅仅是建立MET工厂，因为目前实际上这些工厂没有产能。MET在粘合过程中需要严格的品质控制和专业检测以确保质量。一些大型公司，例如GreenResources和The New Forests Company，已经安装了窑炉来干燥来自他们锯木厂的木材，这将允许这些木材用于制造工程木材产品。 一个胚胎期的绿色建筑市场存在，并且预测也将增长，非洲制造业评估指出，低成本住房和公寓楼是锯材的两个最大市场。 全球对锯材的需求预测将达到23亿立方米。320202，其中大部分需求由建筑业驱动。工程木材供应仅占其中的一小部分，美国和欧洲合计约占500万立方米。3或0.2%。住房和尤其是单户住宅是全球和区域对锯材需求的关键驱动力，尤其是在屋顶的桁架和檩条制造中使用。 在“木材复兴”情景下，锯材年产量增加到四百多万立方米。3具有足够的窑炉容量来干燥近一百万立方米3并且MET容量约为0.5百万立方米3窑炉产能应超过MET产能，以确保为其他用途（如桁架）提供结构级锯材的供应。相比之下，美国目前产量约为1000万立方米。3此情景假定超过40%的多层住宅和商业市场需求由工程木材建筑（混合或全木材）满足。 关于FSC认证，尽管乌干达的总种植面积最小，但它拥有最多精心管理的FSC认证种植园。肯尼亚没有FSC认证的种植园。该地区目前FSC认证种植园的总面积是47,000公顷，占7%。 工程木材必须在窑干至适当的尺寸和质量后才能进行粘合。FSC认证几乎肯定是另一项前提条件，因为那些打算使用MET（机械处理木材）的客户、开发商和消费者将需要得到保证，所使用的木材是可持续来源的。窑容量、FSC认证以及森林管理实践（因此包括质量和适用于建筑的适宜性）均需要 成本将是克服对新技术如MET的怀疑并在建筑行业普遍推动木材需求的关键。 尽管使用轻质木材建造中高层建筑可以在结构的其他部分节省成本，但它也带来了额外的要求，例如防火保护，这有助于抵消节省。在“木材复兴”情景中，假设的速率是600美元/米。3对于工程木材，其价格位于南非较低端的价格区间，而南非的价格又低于全球平均水平，这进一步说明了在成本竞争中面临的挑战。 自实施伐木禁令以来，肯尼亚锯材的成本已经翻倍，远高于乌干达的成本。从乌干达进口锯材会带来显著的额外成本，有时甚至是不可预知的成本。该地区工程木材的制造能力非常有限，因此当地采购的工程木材目前成本极高。南非的胶合木和CLT制造商在全球范围内具有竞争力，并且通常比欧洲制造商便宜。从南非进口MET到肯尼亚可能至少会增加20%的成本。 木材越来越多地被提出作为建筑去碳化的努力的一部分。我们的中高层住宅类型研究表明，与在内罗毕使用的传统建筑材料相比，可节约高达40%的碳足迹。在制造供应链中采用最佳实践的环境方法可以将这种节约增加到约50%。 这表示，到2040年，在我们“木材转型”和“木材复兴”的方针下，多层住宅部门将实现234,000吨二氧化碳当量（tCO e）的实体碳减排量和2,970,000吨二氧化碳当量（tCO e）的减排量。22场景分别。 建筑物由不同材料组成，这些材料带来不同的品质，这些品质在组件层面上不一定可以直接比较，因此评估整体建筑成本非常重要。我们的中层住宅类型表明，在“照常营业”的情景下，混合型和完全MET选项的成本都显著高于传统建筑（分别高出38%和66%）。值得注意的是，以喷淋系统形式存在的防火保护占整体建筑成本的15-18%。相比之下，坦桑尼亚的开发商CPS报告称，目前CLT比标准建筑贵15%至25%，但完全免税。 利用自愿碳市场可能为提高木材建筑的成本竞争力提供一个机会。我们的研究确定了每吨二氧化碳当量碳价为330-500美元，以弥合建筑成本差异。2超出当前市场平均水平。 住宅类型学研究 一个假设性的中层塔楼在设计阶段采用了木材材料，并与传统的钢筋混凝土塔楼以及第三个混合设计进行了比较。 木材的碳足迹节省是显著的，通过模仿欧洲MET制造商的效率和可再生能源标准，可以在“木材复兴”情景下将一个全木结构建筑的碳足迹减少40%。 对于“木材复兴”情景，混合结构的整体建