傳統(tǒng)和現(xiàn)代住宅建筑外墻體的碳足跡評估

胡晶捷

(中冶南方工程技術(shù)有限公司，武漢 430072)

建筑產(chǎn)品生產(chǎn)和建造階段的大多數(shù)溫室氣體來自于鋼筋混凝土工程、金屬結(jié)構(gòu)工程和砌筑工程，其中來自材料生產(chǎn)的直接和間接排放占總排放的絕大多數(shù)。因此，在建筑項目規(guī)劃和決策中要納入對碳足跡的評估，重點是對建筑材料的選用進行考察和把關(guān)。

目前計算和評估建筑物碳足跡的方法已有許多，高鑫等人[1]采用基于過程的清單分析法和排放系數(shù)法，構(gòu)建了裝配式混凝土建筑物化階段碳足跡測算模型。不少人用碳排放系數(shù)法計算建筑物在施工階段的碳排放量[2-4]，并分析該階段的碳減排措施。張時聰?shù)热薣5]結(jié)合單體建筑最優(yōu)設(shè)計方案，討論了建筑物全生命周期碳排放的計算方法。徐西蒙等人[6]對世博生態(tài)城低碳中心的碳足跡進行了核算,結(jié)果表明該建筑的碳足跡主要來源于材料生產(chǎn)階段。毛潘等人[7]結(jié)合案例，對四種不同種類保溫材料的典型墻體構(gòu)造，進行全生命周期的碳排放核算與對比，得出不同要求下相應的墻體構(gòu)造方案。在進行建筑全生命周期的碳排放核算中，既要突出重點又要簡潔和準確，并充分利用那些定量的數(shù)據(jù)，從節(jié)能減排方面判斷建筑、材料及建造的適用性和先進性，進而優(yōu)選建筑設(shè)計方案，這方面的相關(guān)研究還相對較少。該文以湖北省恩施州某住宅建筑項目為例，重點對同一建筑的傳統(tǒng)和現(xiàn)代的兩種不同材料的外墻體進行分析比較，計算和評估外墻體的碳足跡，判斷兩種住宅外墻體及其材料的適用性，以此進一步優(yōu)化和確定后續(xù)的建筑設(shè)計方案。

1 計算與評估方法

“碳足跡”是指某一個生產(chǎn)過程或生產(chǎn)產(chǎn)品的整個生命周期中排放的二氧化碳和其他溫室氣體(甲烷、氧化亞氮等)的總量。其它溫室氣體基于100年的全球變暖潛勢值轉(zhuǎn)化為二氧化碳當量進行統(tǒng)一計量。

自20世紀末以來，發(fā)達國家政府和國際組織，如聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署、國際標準化組織、世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會、美國供熱制冷空調(diào)工程師協(xié)會、德國可持續(xù)建筑協(xié)會、英國政府等，已先后建立了碳排放計算標準。例如英國政府建議采用《政府住宅能源評級的標準評估程序》評估住宅建筑的碳足跡，英國環(huán)境保護署推出了“碳排放”專用計算器。

碳足跡算法中較好的是全生命周期評估方法，它被稱為“從最初開始到最終消失或結(jié)束”的整個過程的計算方法。我國國標《建筑碳排放計算標準》中考慮了建筑全生命期。

應用全生命周期評估方法開展建筑能源使用及環(huán)境影響評價的研究，主要在3 個方面:一是比較建筑材料的環(huán)境影響，以支持綠色建材; 二是評價建筑生命周期各階段的能源使用效率和環(huán)境影響，進而提出優(yōu)化方案; 三是對單體建筑或區(qū)域內(nèi)建筑系統(tǒng)開展全生命周期評估，著重于量化其環(huán)境影響，識別關(guān)鍵影響因素和提出政策建議。

建筑材料全生命周期碳足跡評估的五個步驟：1)明確研究對象及定義、計算范圍或計算邊界，根據(jù)建筑元素材料的功能、特性及適用性，選擇適合分析和比較的建筑元素及建筑材料；2)考慮每一種材料的特征、特性及用量，包括材料生產(chǎn)、運輸、施工制造、使用壽命及運行特征等；3)選擇合適的計算方法和計算標準，建立數(shù)據(jù)庫；4)對碳足跡從最初開始到最終消失的全生命周期進行量化評估與影響評價；4)進一步分析和解釋，提出改進建議，優(yōu)化建筑設(shè)計方案，優(yōu)選合適的低碳材料和低碳建造方式等。

計算建筑物碳足跡的實質(zhì)是將建筑物從無到有再到無的相關(guān)過程中消耗的煤、油、燃氣、電力、可再生能源等轉(zhuǎn)化為當量二氧化碳排放。建筑全生命周期碳足跡，包括材料生產(chǎn)及運輸階段的碳足跡、施工建造階段的碳足跡、運行維護階段的碳足跡、建筑拆除回收階段的碳足跡。各階段的碳排放量均為材料、能源和機械臺班清單等與相對應碳排放因子的乘積，可參考文獻[8]和英國的《政府住宅能源評級的標準評估程序》等。

2 案例與分析

2.1 案例概況

案例為湖北省恩施州某住宅項目，恩施州是少數(shù)民族自治州，少數(shù)民族特色明顯，當?shù)孛窬佣喟胧怯脗鹘y(tǒng)磚砌塊砌筑房屋，磚內(nèi)有一層隔熱材料。項目附近有一個混凝土工廠，方便就地取材。另一方面，新材料新技術(shù)的發(fā)展使得現(xiàn)代金屬鋁板等材料的使用成為可能。

該文重點考慮其中的一套住房，七層樓，面積106 m2，層高3.0 m，對同一套住房進行傳統(tǒng)和現(xiàn)代的兩種不同材料的外墻體分析比較，考慮外墻體的功能和材料的適用性與特殊性，包括墻體材料的工廠生產(chǎn)，運送到工地，在工地的施工建造、場地運輸、運行維護和拆除回收過程等，見表1。

表1 兩種不同類型墻體的主要特征及比較

墻體主要用于保溫隔熱，根據(jù)住宅建筑能效設(shè)計標準，不同材料的使用標準是它們在建筑中應提供相同的熱舒適的能力，墻體的物理量導熱系數(shù)U值應相同,見表2。

表2 兩種不同類型墻體的主要材料特性及材料用量

2.2 碳足跡計算與評估

依據(jù)建筑全生命周期理論和《建筑碳排放計算標準》及英國的《政府住宅能源評級的標準評估程序》，分別計算兩種不同類型外墻體材料的碳足跡并進行評估。

1)材料生產(chǎn)階段的碳足跡

分別計算兩種不同類型外墻體的材料在生產(chǎn)階段(從材料生產(chǎn)并運到施工建造工地門口)的碳足跡的量，見圖1。

2)施工建造階段的碳足跡

分別計算兩種不同類型墻體在施工階段(建造工地現(xiàn)場)的碳足跡的量，見圖2。

3)運行階段和拆除階段的碳足跡

該文主要是考慮外墻體的碳足跡，房屋在運行維護階段的暖通空調(diào)、生活熱水、照明及電梯等未包括其中；一般外墻體在生命周期中較少進行大的修復和翻新，相應的碳足跡占比較少。

在拆除回收階段，可能會用到少量的設(shè)備或人工拆除墻體，并運輸?shù)交厥請龌蛱盥駡觯紤]到運輸距離較短，兩種墻體材料拆除階段相應的碳足跡占比也較少或相差不大，因此在下面的總碳足跡中未包括運行階段和拆除階段的碳足跡。

由圖1可見，在該項目中，現(xiàn)代金屬鋁板外包墻體在生產(chǎn)階段的碳足跡比傳統(tǒng)磚砌塊砌筑墻體的要多1倍左右，其中磚材的碳足跡占總數(shù)40.7%；鋁材的碳足跡占總數(shù)92.0%，鋁材的材料生產(chǎn)的占比耗能較大，鋁材工廠到工地的距離較長，耗能較多。由圖2可見，在該項目施工建造階段，人員數(shù)量和運輸?shù)奶甲阚E起主要作用，但是施工階段碳足跡比生產(chǎn)階段的要小很多。在該項目中，材料生產(chǎn)包括運輸?shù)奶甲阚E消耗起主導作用。在整個階段中，傳統(tǒng)磚砌塊砌筑墻體中材料生產(chǎn)(包括運輸)的碳足跡消耗占82%；現(xiàn)代金屬鋁板外包墻體中材料(包括運輸)的碳足跡消耗占96%，占比很高。

從上面的碳足跡計算、評估和比較中，很容易得到兩種不同材料的外墻體的碳排放優(yōu)劣的判斷，該案例中，傳統(tǒng)磚砌塊砌筑墻體比現(xiàn)代金屬鋁板外包墻體的碳足跡要少很多，傳統(tǒng)磚砌塊就地取材，材料臨近施工現(xiàn)場，大大節(jié)約了運輸能源，而且，還能提供良好的熱舒適性，其顏色和質(zhì)感也給予居住者歸屬感和親切感。

但是，如果進一步改進現(xiàn)代金屬鋁板的生產(chǎn)方式，如果現(xiàn)代金屬鋁板的生產(chǎn)工廠距離施工工地很近，總碳足跡會大幅減少，而且，現(xiàn)代鋁板外包可以給居住者帶來新的居住感受，滿足人們對現(xiàn)代生活方式的品質(zhì)需求和符號化的心理滿足；現(xiàn)代鋁板外包施工階段的碳足跡較少，板材裝配式施工方便，施工人數(shù)較少，工期較短，越來越受到歡迎。

3 結(jié) 論

a.對兩種不同類型外墻體碳足跡進行定量計算、比較和評估，為進一步優(yōu)選外墻體設(shè)計方案及低碳建材、低碳建造提供了技術(shù)依據(jù)。

b.碳足跡計算結(jié)果表明，該案例中傳統(tǒng)磚砌塊砌筑墻體比現(xiàn)代金屬鋁板外包墻體更有優(yōu)勢。由于生產(chǎn)耗能和長途運輸耗能較多，現(xiàn)代金屬鋁板外包墻體的總碳足跡比傳統(tǒng)磚砌塊砌筑墻體的要多41%，其中材料生產(chǎn)(包括運輸)的碳足跡消耗占96%，占比很高。但是，如果現(xiàn)代金屬鋁板的生產(chǎn)工廠距離施工工地較近，如果進一步改進生產(chǎn)方式和施工方式，現(xiàn)代金屬鋁板外包可能會更受歡迎。