全生命期綠色建筑碳排放探究范文

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［摘要］筆者從建筑全生命期碳排放計算方法出發，結合天津市建筑設計院新建業務用房項目實例，介紹了降低建筑碳排放的適宜技術，研究了建筑全生命期各階段的碳排放水平，以期為推進綠色低碳建筑發展提供參考依據。

［關鍵詞］建筑碳排放；綠色建筑；全生命期

一、引言

自《巴黎協定》簽訂以來，氣候變化涉及的科學問題越來越受到人們的關注。從工業革命開始的兩百多年間，人類社會的發展越來越依靠化石能源的消耗，快速城市化進程與碳排放同步增長，自1990年至今，全球碳排放總量增長了約50%，碳排放已成為影響全球氣候變化的主要因素。75%的碳排放來自城市，目前全球已有7000多個城市制定了碳減排目標。作為世界第一大碳排放國，我國政府承諾2030年單位國內生產總值二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%。為實現節能減排的巨大挑戰，在占全社會碳排放總量約1/3的建筑領域，低碳城市與綠色建筑研究成為遏制全球氣候變化的重要途徑，對建筑碳排放進行準確的量化評估與分析則是考量減排效果的基礎。

二、建筑全生命期碳排放計算方法

建筑全生命期碳排放是指把建筑產品的全生命期看成一個系統，計算該系統由于消耗能源、資源向外界環境排放的總碳量。建筑碳排放計算方法主要分為過程分析法和投入產出分析法。過程分析法以建筑全生命期的實際過程為基礎，具有較高的數據精度，尤其適于建筑單體的碳排放研究。投入產出分析法使用投入產出表進行估算，屬宏觀層面，數據相對粗糙。建筑碳排放計算宜優先采用過程分析法，在數據不充分時可采用投入產出分析法進行補充。過程分析法碳排放計算涵蓋了建筑全生命期的建材生產階段、建材運輸階段、施工階段、使用階段和建筑拆除廢棄階段五大階段。其中，使用階段包括建筑運行和維護更新，建筑拆除廢棄階段包括建筑拆除和廢棄物處理。

三、綠色建筑設計實踐及碳排放分析

（一）工程概況天津市建筑設計院新建業務用房項目于2015年建成，是一棟高層辦公建筑，總建筑面積為20560平方米，地上主體10層，高度41.9米，地下一層為設備用房，采用現澆鋼筋混凝土框架結構，設計使用年限為50年。年均使用時間約5431小時，使用人數約930人。天津市建筑設計院新建業務用房項目已獲得國家綠色建筑三星級運營標識和健康建筑二星級設計標識（見圖1～圖3）。

（二）綠色低碳技術遵循“被動優先、主動優化”的設計原則，天津市建筑設計院新建業務用房項目從設計初期，就因地制宜地將可持續設計、建筑信息模型化（BIM）全過程應用、智能化集成平臺建設以及低影響開發等與建筑設計結合，并充分利用可再生能源，采用了近三十項綠色建筑技術，設計能耗指標為72千瓦時/平方米•年。采用的被動式節能技術主要包括：建筑布局、朝向與體型系數控制，圍護結構節能設計，自然通風，自然采光，建筑遮陽，立體綠化和消能減震結構等。采用的主動式節能技術主要包括高效暖通空調系統、高效照明系統、能源管理平臺和運維管理平臺以及可再生能源利用。高效暖通空調系統：冷熱源采用槽式與平板式太陽能集熱供冷、供熱系統耦合埋管地源熱泵供冷、供熱系統，各子系統制取的熱水并聯后，直接供應建筑空調系統，間接供應建筑生活熱水系統（見圖4）；空調系統總冷負荷1370千瓦，總熱負荷1135千瓦，冬季生活熱水熱負荷50千瓦。高效照明系統：采用節能燈具和智能照明控制系統。能源管理平臺和運維管理平臺：能夠完成對能源消耗的信息采集、分析、展現和管理，提高建筑物綜合能源管理水平，并實現對綠色建筑內多個子系統信息的集成和綜合管理?？稍偕茉蠢茫撼卦礋岜孟到y、槽式與平板式太陽能集熱供冷、供熱系統以外，在項目配套的附屬綜合樓屋頂還設有并網光伏發電系統，峰值總裝機容量21千瓦。

（三）建筑低碳指標水平1.建材生產階段碳排放。建材生產階段包括原材料開采運輸和建材生產，主要計算內容為各類建材生產階段碳排放因子和實際工程中建材的用量。計算應包含建筑主體結構材料和建筑圍護結構材料，所選主要建筑材料的總重量不應低于建筑中所耗建材總重量的95%，重量比小于0.1%的建筑材料可不予考慮。天津市建筑設計院新建業務用房項目建材生產階段的二氧化碳排放量為551.76公斤/平方米，按照設計使用年限為50年計算，二氧化碳排放量為11.04公斤/平方米•年。所選主要建筑材料的總重量約為建筑實際所耗建材總重量的99.25%。2.建材運輸階段碳排放。建材運輸階段是指建材從生產產地運輸到施工現場的階段，該階段的碳排放值取決于運量、運輸距離、運輸工具類型。天津市建筑設計院新建業務用房項目建筑材料大部分取自天津本地及周邊地區，因此整體運輸二氧化碳排放量相對較低，約為26.80公斤/平方米，按照設計使用年限為50年計算，二氧化碳排放量為0.54公斤/平方米•年。3.施工階段碳排放。施工階段的能耗主要包括各種機械設備用電以及柴油、汽油等液體燃料。當已知施工過程用能統計數據時，可用能耗實測法進行精確計算，即對建筑施工現場的能源使用加以統計，得出各類能源用量，再根據每種能源不同的碳排放因子，計算出二氧化碳排放量；當施工用能數據無法獲得，但已知施工造價時，可用投入產出法根據施工費用進行估算；天津市建筑設計院新建業務用房項目采用了多項節能措施降低施工能耗。由能耗實測法，施工階段二氧化碳排放量為4.91公斤/平方米，按照設計使用年限為50年計算，二氧化碳排放量為0.10公斤/平方米•年。4.使用階段碳排放。建筑使用階段包括建筑運行和維護更新。其中，建筑運行碳排放量涉及暖通空調、生活熱水和照明等系統能源消耗產生的碳排放量及可再生能源系統產能的減碳量、建筑碳匯的減碳量計算；建筑各系統的碳排放量根據各系統不同類型能源消耗量和不同類型能源的碳排放因子確定。筆者根據統計，天津市建筑設計院新建業務用房項目2017年能耗情況如表1所示。華北區域電網碳排放因子為0.4506。根據表1總能耗數值，初步可計算天津市建筑設計院新建業務用房項目運行二氧化碳排放量為34.55公斤/平方米•年。維護更新碳排放是指建筑物經常性維修、更新、改造施工、使用機械、設備以及運輸工具消耗能量所導致的二氧化碳排放，包含每年的維護、特定年限對非建筑主體結構工程的全面更新。筆者根據相關研究，天津市建筑設計院新建業務用房項目建筑維護每年的二氧化碳排放量按非建筑主體結構工程建造階段二氧化碳排放量的1%估算；建筑更新的二氧化碳排放量則按每20年對非建筑主體結構工程全面更新的數據計算；每年維護的二氧化碳排放量為0.47公斤/平方米•年，每年更新折合的二氧化碳排放量為1.87公斤/平方米•年。因此，維護更新二氧化碳排放量為2.34公斤/平方米•年。天津市建筑設計院新建業務用房項目使用階段二氧化碳排放量為36.89公斤/平方米•年，按照設計使用年限為50年計算，二氧化碳排放量為1844.50公斤/平方米。5.建筑拆除廢棄階段碳排放。建筑拆除階段碳排放主要來自建筑拆除過程的現場施工、廢棄物運輸和填埋。筆者根據相關研究，天津市建筑設計院新建業務用房項目建筑拆除階段的碳排放按施工過程能耗的90%計算，加上廢棄物運輸及填埋碳排放，二氧化碳排放量約為11.81公斤/每平方米，按照設計使用年限為50年計算，二氧化碳排放量為0.24公斤/平方米•年。6.小結。天津市建筑設計院新建業務用房項目全生命期二氧化碳排放量約為48.81公斤/平方米•年，各階段統計如表2所示。

四、結論

在建筑全生命期內，使用階段碳排放所占比例最高，是建筑碳排放總量控制的關鍵環節。建材生產階段的碳排放位列第二，根據原材料性質不同，在各類型建筑中會有較大差別。通過科技創新與產業轉型升級，將有效降低建材生產階段能耗與碳排放；通過綜合采用多種被動式與主動式節能技術，并充分利用場地條件為建筑提供可再生能源，可顯著降低建筑使用階段的碳排放。天津市已于2010年7月被列為低碳城市試點，天津市建筑設計院新建業務用房項目為建筑碳排放的定量分析與評價提供了經驗，為天津實現低碳發展目標做出了積極貢獻。

作者：陳奕 張建 宋晨 謝鵬程 單位：津市建筑設計院建筑師