公共建筑節(jié)能減碳技術(shù)措施分析*

陳業(yè)偉

(中建四局建設(shè)發(fā)展有限公司,福建 廈門(mén) 361006)

0 引言

近年來(lái),公共建筑的規(guī)模日益擴(kuò)大、平均能源消耗強(qiáng)度增長(zhǎng),總能耗在我國(guó)建筑能耗中的占比增大。提升建筑能效,減少建筑碳排放是全球應(yīng)對(duì)氣候變化的重要組成部分。公共建筑是我國(guó)建筑節(jié)能減碳工作的重點(diǎn),通過(guò)建筑領(lǐng)域節(jié)能減碳是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要措施。

根據(jù)IEA(international energy agency)[1]數(shù)據(jù),建筑建設(shè)耗費(fèi)的自然資源和能源占人類耗費(fèi)總量的40%,建設(shè)項(xiàng)目施工過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢物約占固體廢物總量的40%;我國(guó)能源消耗和CO2排放量中約1/3來(lái)自建筑的直接能耗和碳排放;建筑材料的運(yùn)輸和施工也導(dǎo)致了CO2的排放。目前,我國(guó)建筑全生命周期中23%的能源耗費(fèi)來(lái)自施工建造階段,成為建筑碳排放控制中不可或缺的組成部分,低碳施工理念將成為我國(guó)建筑施工企業(yè)未來(lái)發(fā)展的新方向。

低碳施工與傳統(tǒng)的文明施工、綠色施工有所不同,低碳施工是二者的升級(jí)版,是綠色施工的風(fēng)向標(biāo)?！毒G色施工導(dǎo)則》中的綠色施工是指工程建設(shè)中,在保證質(zhì)量、安全等基本要求的前提下,通過(guò)科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)步,最大限度地節(jié)約資源與減少對(duì)環(huán)境負(fù)面影響的施工活動(dòng),實(shí)現(xiàn)四節(jié)一環(huán)保(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護(hù))。雖然綠色建筑涉及碳排放和碳匯含量,但都只是一種附屬產(chǎn)品,并沒(méi)有真正將低碳理念滲透到綠色建筑的過(guò)程中。低碳建筑相對(duì)于綠色建筑來(lái)說(shuō)更偏重于減少CO2排放量。

1 項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)能減碳的常用技術(shù)措施

建筑項(xiàng)目節(jié)能減碳所采用的技術(shù)措施主要有[2-5]:①在項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中,充分結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)建筑方案進(jìn)行優(yōu)化;②在設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬建筑的室內(nèi)外日照、室內(nèi)采光、室內(nèi)外自然通風(fēng)效果等并進(jìn)行優(yōu)化,盡量使項(xiàng)目的日照、自然采光和自然通風(fēng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài);③建筑造型要素簡(jiǎn)約,且無(wú)大量裝飾性構(gòu)件,不超過(guò)規(guī)范要求;④場(chǎng)地內(nèi)人行通道均采用無(wú)障礙設(shè)計(jì);⑤采用土建和裝修一體化設(shè)計(jì)等;⑥采用工廠化生產(chǎn)的建筑預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、配件及圍護(hù)預(yù)制構(gòu)件;⑦采用可循環(huán)再利用建筑材料,主要為金屬材料(鋼材、銅等)、玻璃、鋁合金型材、石膏制品、木材等材料,建筑節(jié)能率可達(dá)到50%以上;⑧外墻采用自保溫技術(shù)體系;⑨公共建筑可變化功能的室內(nèi)空間采用可重復(fù)使用的隔斷(墻);⑩綠化方面采用噴灌方式進(jìn)行節(jié)水灌溉;墻體材料綜合考慮結(jié)構(gòu)安全和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的要求,采用蒸壓加氣混凝土砌塊或ALC預(yù)制墻板;樓梯及電梯間采用輕型加氣混凝土砌體,采用專用粘合劑砌筑等。

2 項(xiàng)目施工時(shí)節(jié)能減碳的常用技術(shù)措施

以碳排放約束為目標(biāo),對(duì)怡山商業(yè)中心項(xiàng)目進(jìn)行全過(guò)程管控和建筑碳排放計(jì)算分析,采取技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理及環(huán)境和社會(huì)可承受的措施降低單位建筑面積的碳排放強(qiáng)度。在施工過(guò)程中采取節(jié)能減碳措施,通過(guò)實(shí)行低碳施工新技術(shù)和改進(jìn)建設(shè)項(xiàng)目施工管理,在確保項(xiàng)目質(zhì)量、安全和進(jìn)度,并滿足相關(guān)合同要求的基礎(chǔ)上,驗(yàn)證建筑施工建造階段減碳的可行性,降低建筑建造階段的碳排放。內(nèi)容包括完成分項(xiàng)工程施工產(chǎn)生的碳排放和各項(xiàng)措施項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程產(chǎn)生的碳排放,更有效、合理地節(jié)約資源、減少能源消耗和CO2排放,保護(hù)環(huán)境,從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境保護(hù)效益的最大化;為我國(guó)早日實(shí)現(xiàn)節(jié)能減碳目標(biāo)提供方向,為推進(jìn)公共建筑碳減排政策提供思路。

怡山商業(yè)中心項(xiàng)目為高層公共建筑,容積率大,且在施工過(guò)程中使用塔式起重機(jī)較多,能耗大,減碳空間大。怡山商業(yè)中心施工建造階段的節(jié)能減碳可通過(guò)創(chuàng)新施工組織策劃、建設(shè)理念和管理程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)怡山商業(yè)中心進(jìn)行建筑碳排放計(jì)算分析,并采取措施降低單位建筑面積的碳排放量。

2.1 建筑碳排放

建筑全生命周期碳排放包括設(shè)計(jì)建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段、建造階段、運(yùn)行階段和拆除階段的碳排放量總和。建筑碳排放總量中有兩部分占比最大:①建材生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)奶寂欧?也稱為建筑固有的碳排放量;②標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行工況的預(yù)測(cè)碳排放量和實(shí)際運(yùn)行碳排放量,也稱為標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行工況下的碳排放量。

建筑碳排放計(jì)算及其碳足跡分析,不僅有助于綠色建筑項(xiàng)目進(jìn)一步達(dá)到優(yōu)化節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材等資源節(jié)約目標(biāo),且有助于進(jìn)一步明確建筑對(duì)我國(guó)溫室氣體減排的貢獻(xiàn)量,并采取措施降低單位建筑面積碳排放強(qiáng)度。

目前用于計(jì)算碳排放的方法主要有物料平衡算法、實(shí)際測(cè)量法、模型法及排放因子法4種。物料化學(xué)成分復(fù)雜的情況不適合用物料平衡算法,復(fù)雜的活動(dòng)過(guò)程和大量的數(shù)據(jù)使分類檢測(cè)難以實(shí)現(xiàn)。測(cè)量方法對(duì)試驗(yàn)條件和數(shù)據(jù)處理方法要求較高,易影響測(cè)量的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)的代表性。只要能得到碳排放的活度數(shù)據(jù)和經(jīng)計(jì)算得出的碳排放系數(shù),碳排系數(shù)的計(jì)算方法就可以變得更直接、簡(jiǎn)單、可靠。

建筑物在材料生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工及拆除、運(yùn)行及維護(hù)等各階段均產(chǎn)生碳排放,對(duì)環(huán)境造成影響[6-8]。GB/T 51366—2019《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》及JGJ/T 449—2018《民用建筑綠色性能計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)建材生產(chǎn)及運(yùn)輸、建造及拆除、建筑運(yùn)行等各環(huán)節(jié)的碳排放計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定,采用全生命周期法(LCA)計(jì)算建筑建材生產(chǎn)、建筑物建造施工、運(yùn)行及最終拆除的全生命期碳排放量,如圖1所示。計(jì)算邊界為與建筑物建材生產(chǎn)及運(yùn)輸、建造及拆除、運(yùn)行等活動(dòng)相關(guān)的溫室氣體排放計(jì)算范圍。建筑碳排放計(jì)算方法步驟為:項(xiàng)目管理(項(xiàng)目地點(diǎn)、類型)→模型建立→標(biāo)準(zhǔn)選擇→耗能計(jì)算→碳排放專業(yè)設(shè)計(jì)→計(jì)算生成報(bào)告書(shū)?？捎糜诮ㄖO(shè)計(jì)階段的碳排放量計(jì)算,或在建筑物建造后對(duì)碳排放量進(jìn)行核算,以全面了解建筑物對(duì)自然界產(chǎn)生的影響[9-10]。

圖1 全生命周期建筑碳排放Fig.1 Building carbon emissions during the whole life cycle

建材碳排放應(yīng)包含建材生產(chǎn)階段及運(yùn)輸階段的碳排放,并應(yīng)按GB/T 24040—2008《環(huán)境管理生命周期評(píng)價(jià)原則與框架》、GB/T 24044—2008《環(huán)境管理生命周期評(píng)價(jià)要求與指南》計(jì)算。建材(生成、運(yùn)輸及回收)階段的碳排放應(yīng)為建材生產(chǎn)階段碳排放與建材運(yùn)輸階段碳排放之和,扣除建材回收的減碳量。

建筑物運(yùn)行階段的碳排放量涉及暖通空調(diào)、生活熱水、照明等系統(tǒng)能源消耗產(chǎn)生的碳排放量及可再生能源系統(tǒng)產(chǎn)生的減碳量、建筑碳匯的減碳量計(jì)算。在建筑碳排放邊界將不同的能量消耗換算為建筑物的碳排放量,并進(jìn)行匯總,最終獲得建筑物的碳排放量。建筑碳匯主要來(lái)源于建筑紅線范圍內(nèi)的綠化植被對(duì)CO2的吸收,其減碳效果應(yīng)在碳排放計(jì)算結(jié)果中扣減。

建筑建造階段的碳排放包括完成各分部分項(xiàng)工程施工產(chǎn)生的碳排放和各項(xiàng)措施項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程產(chǎn)生的碳排放。建造階段可采用建造階段占比估算法或能耗清單預(yù)估法。

1)建造階段占比估算法 根據(jù)相關(guān)學(xué)者研究,建造階段碳排放預(yù)計(jì)占總排放的5%～10%,運(yùn)行階段碳排放預(yù)計(jì)占總排放的70%～80%。

2)能耗清單預(yù)估法 根據(jù)詳細(xì)的項(xiàng)目資料,包括節(jié)能模型、工程造價(jià)預(yù)決算清單、施工圖(建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電)、建材采購(gòu)文件、供應(yīng)商清單等調(diào)整建材用量。通過(guò)預(yù)估現(xiàn)場(chǎng)電力、汽油和柴油計(jì)量,匯總得到建造階段的能源分項(xiàng)能耗,乘以能源碳排放因子計(jì)算得出建造階段的碳排放量。根據(jù)工程預(yù)決算清單、主要機(jī)械臺(tái)班表、實(shí)際施工記錄等提供的臺(tái)班使用量或能源使用量詳細(xì)計(jì)算碳排放量。

建筑拆除階段的碳排放應(yīng)包括人工拆除和機(jī)械拆除消耗的各種能源動(dòng)力產(chǎn)生的碳排放。

進(jìn)行建材(生產(chǎn)、運(yùn)輸及回收)階段、建造階段、運(yùn)行階段、拆除階段的全生命周期碳排放量計(jì)算,同時(shí)考慮可再生能源、綠色植被(碳匯)等節(jié)碳、減碳、碳中和控制措施的優(yōu)化計(jì)算。

2.2 怡山商業(yè)中心項(xiàng)目建材碳排放計(jì)算

怡山商業(yè)中心項(xiàng)目位于廈門(mén)(北緯24.50°,東經(jīng)118.10°),商住建筑;地上43層,地下5層;建筑物高192.450m。

建材生產(chǎn)階段碳排放計(jì)算結(jié)果如表1所示。建材運(yùn)輸階段碳排放計(jì)算如表2所示。

表1 建材生產(chǎn)階段碳排放計(jì)算結(jié)果Table 1 Calculation results of carbon emission in the building materials production stage

表2 建材運(yùn)輸階段碳排放計(jì)算Table 2 Calculation of carbon emission in the building materials transportation stage

2.3 怡山商業(yè)中心項(xiàng)目建筑施工碳排放計(jì)算

張又升[11]對(duì)建筑施工階段的能耗進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)和研究,得出建筑施工能耗和施工過(guò)程中CO2排放量、建筑層數(shù)的相關(guān)簡(jiǎn)化關(guān)系:

Pc=x+1.99

(1)

式中:Pc為建筑施工階段單位面積的CO2排放量(kgCO2/m2);x為建筑物地上建筑層數(shù)。

怡山商業(yè)中心工程地上43層,總建筑面積 89 171.665m2。 建筑施工階段單位建筑面積碳排放量為44.99kg/m2,建筑碳排放量4 011.83tCO2。

公共建筑施工階段CO2排放量占整個(gè)生命周期的比例較低。施工階段節(jié)能減碳的技術(shù)措施主要有:①工程現(xiàn)澆混凝土全部采用預(yù)拌混凝土,建筑砂漿全部采用預(yù)拌砂漿;②合理控制施工現(xiàn)場(chǎng)非必要車輛的使用(不含必要施工機(jī)械);③現(xiàn)場(chǎng)主要臨建用房采用可拆遷可回收的巖棉保溫彩鋼板;④分別計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域用水,安裝水表,現(xiàn)場(chǎng)管網(wǎng)及用水器具無(wú)滲漏;⑤施工現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生間均安裝節(jié)水沖洗控制器;⑥施工現(xiàn)場(chǎng)車輛沖洗用水沉淀后重復(fù)使用;⑦辦公區(qū)、生活區(qū)及施工現(xiàn)場(chǎng),全部采用節(jié)能照明燈具;⑧施工拆除作業(yè)時(shí)間應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工工藝特點(diǎn)合理安排,減少夜間作業(yè)時(shí)間;⑨通過(guò)舉辦企業(yè)論壇、行業(yè)峰會(huì)、國(guó)際交流與合作等方式邀請(qǐng)相關(guān)企業(yè)管理層參與,培養(yǎng)高層管理人員的節(jié)能減碳意識(shí),提高低碳創(chuàng)新能力,督促、獎(jiǎng)勵(lì)低碳建筑的創(chuàng)新和實(shí)施方法。

3 項(xiàng)目運(yùn)行階段的綠化碳匯減排計(jì)算

建筑運(yùn)行階段碳排放計(jì)算,最終匯總后的運(yùn)行能耗及運(yùn)行碳數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 建筑運(yùn)行階段能源消耗碳排放計(jì)算結(jié)果Table 3 Calculation results of energy consumption and carbon emission during the building operation stage

采用綠化碳匯減排的方法來(lái)節(jié)能減碳。計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 綠化碳匯減排量計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculation results of green carbon sink emission reduction

4 結(jié)語(yǔ)

在公共建筑減碳中,高層建筑采用節(jié)能減碳施工措施極為重要。建筑碳排放計(jì)算及其碳足跡分析,不僅有助于綠色建筑項(xiàng)目進(jìn)一步達(dá)到優(yōu)化節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材等資源節(jié)約目標(biāo),且有助于進(jìn)一步明確建筑對(duì)于我國(guó)溫室氣體減排的貢獻(xiàn)量。在項(xiàng)目的施工建造中使用新墻體材料、可再生能源、可再循環(huán)建筑材料等,提高企業(yè)的節(jié)能減碳意識(shí)、能力及強(qiáng)化低碳施工行為,可達(dá)到更好的節(jié)能減碳效果。