基于碳排放量模型的全過程綠色建筑工程管理探究

田麗媛 劉虎民

（1.天津市盛濱建筑工程質(zhì)量檢測有限公司，天津 塘沽 300480；2.中建六局西北建設(shè)有限公司，陜西 西安 710115）

目前，建筑業(yè)仍是國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，其消耗的能源數(shù)量及碳排放量占比較高。碳排放量過高的直接后果就是溫室效應(yīng)，而溫室效應(yīng)將嚴(yán)重制約我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，減少溫室效應(yīng)的有效手段就是減少二氧化碳?xì)怏w的排放量。因此，對建筑物進(jìn)行全生命周期碳排放量評價(jià)研究，提前采取節(jié)能減排措施控制二氧化碳排放過量，對我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長、改善全球環(huán)境的影響至關(guān)重要。張智慧教授建立了建筑工程環(huán)境表現(xiàn)評價(jià)系統(tǒng)，可對建筑物的材料階段、使用階段、拆除階段以及周圍環(huán)境的影響進(jìn)行分析；沈丹丹建立了碳排放量模型，以上海某公共建筑為案例進(jìn)行分析，為設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)行階段提供指導(dǎo)。本文選取濱海文化中心——探索館作為研究對象，采用全生命周期評價(jià)方法，將各階段的碳排放量進(jìn)行核算對比，依據(jù)計(jì)算結(jié)果對碳排放量重點(diǎn)階段采取相應(yīng)措施，進(jìn)行碳排放量控制。

1 計(jì)算模型的建立

本文選取單位建筑每年碳排放量作為評價(jià)指標(biāo)（碳排放量指溫室氣體轉(zhuǎn)化為二氧化碳當(dāng)量后的排放量），碳排放量的計(jì)量單位為千克（kg），選取《IPCC國家溫室氣體清單指南（2006）》提供的碳排放因子數(shù)據(jù)。單體建筑物的碳排放量核算是對建筑物整個過程氣體排放量的核算。將建筑物的全壽命周期匯總得到整個壽命周期的碳排放量：

式中：P為全建筑壽命周期的碳排放量，P1、P2、P3、P4分別為設(shè)計(jì)階段、建造階段、運(yùn)營維修階段、拆除回收處理階段的碳排放量。

2 工程概況

本工程位于天津市濱海新區(qū)中心商務(wù)區(qū)天堿片區(qū)的濱海文化中心項(xiàng)目——探索館，占地面積6 936.9㎡，建筑面積72 730㎡。結(jié)構(gòu)安全等級為二級，抗震設(shè)防烈度為7度，地震加速度值為0.15g，建筑物耐火等級為一級，結(jié)構(gòu)使用年限為50年。探索館基礎(chǔ)屬于長螺旋鉆孔壓灌樁基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)類型為鋼框架-混凝土剪力墻體系，地上5層，地下2層，建筑總高度為28m。

3 全生命周期碳排放量分析

3.1 設(shè)計(jì)階段碳排放量核算

設(shè)計(jì)階段的碳排放量主要是指辦公設(shè)備及用品的能耗，其設(shè)計(jì)耗時、能源消耗與整個壽命周期相比所占比例較小。因此，本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段能耗忽略不計(jì)，對整個生命周期的碳排放量核算也不會有較大影響。

3.2 建造階段碳排放量核算

建筑物碳排放建造階段是指建筑物從原材料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場施工直至竣工交付所經(jīng)過的全部過程。本文借鑒工程造價(jià)的施工定額思路，將各階段繁瑣的核算過程簡化為建筑材料的生產(chǎn)耗能、運(yùn)輸耗能兩大部分。在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)各建材的消耗量、電能、汽油、煤炭等能源的消耗量。建造階段的碳排放量計(jì)算公式為：

式中：P21、P22分別為建筑材料的生產(chǎn)過程碳排放量和運(yùn)輸過程碳排放量。

3.2.1 建材生產(chǎn)過程中的碳排放量核算

研究表明，建筑產(chǎn)品建造階段90%的溫室氣體來自鋼筋混凝土工程、鋼結(jié)構(gòu)工程、砌筑工程。因此，本文在核算碳排放量時，僅對上述建材核算碳排放量，同時，考慮回收利用率。建材生產(chǎn)過程碳排放公式：

式中：n為建材種類，pi為第i類建材排放因子，qi為第i類建材消耗量，ai為第i類建材的回收系數(shù)（鋼材取0.8、鋼筋取0.4），主要建材建造過程碳排放量核算見表1。

表1 主要建材建造過程碳排放量計(jì)算結(jié)果

3.2.2 運(yùn)輸過程中的碳排放量核算

運(yùn)輸過程主要考慮將建材、設(shè)備機(jī)械等物資運(yùn)送到施工現(xiàn)場，并將各種建筑垃圾運(yùn)輸?shù)街付ɡ鴪鲞^程中的碳排放量。運(yùn)輸過程碳排放公式：

式中：qi為第i種運(yùn)輸工具百公里耗油量，Si為第i種運(yùn)輸工具公里數(shù)，pi為第i種運(yùn)輸工具所耗能源的碳排放因子，k為L與kg換算系數(shù)。

本工程施工現(xiàn)場在天津?yàn)I海新區(qū)，選擇的建材均在天津周邊或河北秦皇島，其運(yùn)輸方式主要是公路運(yùn)輸，平均運(yùn)距取100km，公路運(yùn)輸碳排放量按照表2、表3核算（混凝土運(yùn)輸車每車15m3、砌體運(yùn)輸車每車15m3、鋼筋等其他材料運(yùn)輸車每車10t），累加求得總碳排放量。

表2 公路運(yùn)輸碳排放計(jì)算表

表3 運(yùn)輸過程碳排放量表

3.3 運(yùn)營維護(hù)階段碳排放量核算

運(yùn)營維護(hù)的碳排放量主要指煤、電、燃?xì)獾饶茉吹南脑斐傻奶寂欧帕?。運(yùn)營維護(hù)階段碳排放公式：

式中：qi為第i種能源平均消耗量，m為使用年限，pi為第i種能源的碳排放因子。

本項(xiàng)目取單位面積平均耗電60.3kW·h作為核算依據(jù)。

3.4 拆除處理階段碳排放量核算

本項(xiàng)目拆除階段的碳排放量取物化階段的10.1%作為碳排放量，即：

依據(jù)上述公式可以得出各階段在不同設(shè)計(jì)年限下（25年、50年、70年）碳排放量的計(jì)算結(jié)果見表 4。

表4 各階段碳排放量占總排放量計(jì)算表

3.5 全生命周期的碳排放量分析

由表4可以看出，在50年使用周期條件下，濱海文化中心——探索館的碳排放量主要集中在運(yùn)營維護(hù)階段，碳排放量為193 844t，占全生命周期碳排放量的75.3%；物化階段碳排放量為57 660.92t，占全生命周期碳排放量的22.4%；而拆除回收處理階段、設(shè)計(jì)階段分別占全生命周期的2.3%、0%。運(yùn)營維護(hù)階段的碳排放量為施工階段碳排放量的3.36倍?？梢姡\(yùn)營維護(hù)階段為節(jié)能減排的重點(diǎn)階段，相對而言，運(yùn)營維護(hù)階段也是現(xiàn)階段社會各界普遍關(guān)注的節(jié)能減排階段。

目前，我國大部分地區(qū)的建筑均未達(dá)到50年就已拆除，即建筑平均壽命為25～30年。故本文將建筑使用壽命按照我國建筑平均壽命25年、設(shè)計(jì)使用年限50年、國家推薦建筑使用年限50～100年（本文取70年）分別進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明，隨著使用壽命的增加，當(dāng)使用壽命為25年、50年、70年時，建筑運(yùn)營維護(hù)階段碳排放量比例逐漸增大，分別為60.42%（96 922.18t）、75.3%（193 844t）、81.04%（271 382.1t）。因此，延長建筑的使用年限可以作為減少能耗的有效措施。

隨著建筑使用壽命的逐漸降低，即為70年、50年、25年時，建筑使用維護(hù)階段的碳排放量所占比例逐漸減少，而建造階段比例逐漸升高，分別為17.22%、22.4%、33.95%，說明隨著使用壽命減少，建造階段碳排放量比例逐漸增大，而現(xiàn)在采取的措施都是針對運(yùn)營維護(hù)階段，若使用年限減少，從全壽命周期來看，就是把運(yùn)營維護(hù)階段的影響轉(zhuǎn)移到建造階段。

4 結(jié)語

本文通過對建筑的全生命周期分階段進(jìn)行碳排放量核算，建立了建筑工程全生命周期的碳排放量的核算模型，根據(jù)濱海文化中心——探索館在不同使用壽命下碳排放量的結(jié)果分析，對比得到使用維護(hù)階段的碳排放量結(jié)論如下：

（1）當(dāng)建筑的設(shè)計(jì)使用壽命為50年時，建筑物的碳排放量主要集中在運(yùn)營維護(hù)階段，為節(jié)能減排的重點(diǎn)階段。在全過程綠色建筑工程管理過程中，可以在設(shè)計(jì)方案階段提出低碳環(huán)保方案，如采取風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電，禁止使用落地窗，加強(qiáng)高性能維護(hù)結(jié)構(gòu)的使用，使用智能化低能耗電器、循環(huán)水等綠色、低碳環(huán)保措施來減少全生命周期的碳排放量。

（2）根據(jù)不同使用壽命的建筑物全壽命周期的碳排放量對比可知，增加建筑物的使用年限可以降低碳排放量的消耗。因此，在全過程綠色建筑工程管理前期就要增加設(shè)計(jì)使用年限，定期對建筑進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)，盡可能延長建筑結(jié)構(gòu)的耐久性。

（3）隨著使用壽命的減少，節(jié)能減排的重點(diǎn)需集中在運(yùn)營維護(hù)階段和建造階段。因此，在全過程綠色建筑工程管理過程中，除采取運(yùn)營維護(hù)階段的措施外，還應(yīng)在施工過程中采用高性能混凝土、高強(qiáng)度鋼筋、裝配式樓板，減少不必要材料的使用，采用環(huán)保材料進(jìn)行裝修，選取近距離的材料供應(yīng)商等低碳環(huán)保措施，可有效減少全壽命周期的碳排放量。