建筑全生命周期碳排放計(jì)算案例與減碳對(duì)策

【摘要】降低建筑業(yè)碳排放是減少溫室氣體排放的重要途徑。文中介紹了常見(jiàn)的建筑碳排放計(jì)算方法，根據(jù)碳排放系數(shù)法研究建筑全壽命周期的碳排放量的比例關(guān)系，并分析主要產(chǎn)生碳排放的材料種類及建筑全壽命周期各階段的碳排放情況。通過(guò)實(shí)例計(jì)算，得到建筑生產(chǎn)全壽命周期各階段的碳排放比例，得出建設(shè)項(xiàng)目碳排放主要在材料生產(chǎn)和運(yùn)行階段的結(jié)論，并結(jié)合工程實(shí)際，提出建筑各階段降低碳排放的策略。

【關(guān)鍵詞】建筑全生命周期；碳排放計(jì)算；減排；低碳

【中圖分類號(hào)】TU17 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）08-0037-03

0 引言

溫室氣體排放導(dǎo)致地球氣候變暖，進(jìn)而破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡，加劇地球資源的消耗和污染。為減緩全球氣候變暖，?保護(hù)地球生態(tài)系統(tǒng)，?促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，?以及減少自然災(zāi)害的發(fā)生，必須降低溫室氣體的排放。?在國(guó)內(nèi)，建筑業(yè)作為能源消耗量最大的產(chǎn)業(yè)之一，其碳排放量占全國(guó)總碳排放量的比值超過(guò)了50%[1]。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)第5次評(píng)估報(bào)告預(yù)測(cè)，到2030年，與建筑相關(guān)的溫室氣體GHG排放占全球GHG排放量的30%左右[2]。

1 建筑碳排放計(jì)算模型

1.1 建筑碳排放計(jì)算方法

1）實(shí)測(cè)法。實(shí)測(cè)法是測(cè)算碳排放最基礎(chǔ)，也是最直接的方法。實(shí)測(cè)法是在標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)條件下對(duì)碳排放進(jìn)行直接測(cè)量。

2）物料衡算法。物料衡算法是測(cè)量碳排放的重要方法之一，不僅通過(guò)碳排放來(lái)源測(cè)算排放量，同時(shí)結(jié)合碳排放因子，得出科學(xué)的結(jié)論。

3）投入產(chǎn)出法。投入產(chǎn)出法也是被廣泛運(yùn)用在碳排放測(cè)算領(lǐng)域的重要方法。此方法運(yùn)用數(shù)學(xué)手段，構(gòu)建投入產(chǎn)出模型，并引入環(huán)境和能源流量，能夠在行業(yè)層面對(duì)能源和環(huán)境方面進(jìn)行分析。

4）碳排放系數(shù)法。碳排放系數(shù)法通過(guò)對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)輸、建造、運(yùn)行、拆除階段的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、比對(duì)、校核，綜合分析得出碳排放因子，得到計(jì)算模型，對(duì)全生命周期碳排放進(jìn)行匯總計(jì)算。

根據(jù)IPCC的假定，在使用過(guò)程中認(rèn)為某種能源的碳排放系數(shù)，即碳排放因子（EF）是不變的。碳排放因子是指每一種能源燃燒或使用過(guò)程中單位能源所產(chǎn)生的碳排放數(shù)量，單位通常以噸計(jì)，是用來(lái)量化建筑物在不同階段相關(guān)活動(dòng)的碳排放[3]。

此次研究選擇碳排放系數(shù)法進(jìn)行分析。

1.2 建筑碳排放計(jì)算邊界

建筑全生命周期碳排放包括建材生產(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[4]。

建筑生命周期所產(chǎn)生的碳主要為建材生產(chǎn)和建造期間的電力化石燃料以及運(yùn)營(yíng)階段的水電消耗，因此將建筑的生命周期大致分為四個(gè)階段。

1）建材生產(chǎn)階段。各種建筑材料、構(gòu)件、設(shè)備從原材料生產(chǎn)加工到產(chǎn)品出廠，各個(gè)階段都要消耗能源，即可以看作每個(gè)材料或者構(gòu)配件都是碳排放固化的產(chǎn)物。

2）建材運(yùn)輸階段。主要包括鋼筋、水泥、磚等主要建材生產(chǎn)及從產(chǎn)地運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中的碳排放之和。

3）施工建造階段。此階段主要是把各種建材設(shè)備由工廠車間或者倉(cāng)庫(kù)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，然后組織工人按照工序流程將材料設(shè)備“變成”建筑物的過(guò)程。這個(gè)階段的主要碳排放量為材料設(shè)備運(yùn)輸消耗的化石燃料和電量、現(xiàn)場(chǎng)施工中各種機(jī)械設(shè)備耗電耗水量、施工現(xiàn)場(chǎng)消防用水用電量和現(xiàn)場(chǎng)辦公生活耗費(fèi)的電量及水量。有些項(xiàng)目還包括樣板間運(yùn)行的能耗量。

4）運(yùn)行使用階段。建筑在交付使用后，運(yùn)行使用階段時(shí)間較長(zhǎng)，一般住宅建筑50年生命周期（普通住宅設(shè)計(jì)都為50年，70年是住宅用地使用年限），即使商業(yè)性質(zhì)的公寓也有40年使用權(quán)。建筑在使用過(guò)程中維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)保證各系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行，夏天空調(diào)制冷、冬季采暖供熱、日常照明、用水和用電，都會(huì)造成大量碳排放。因此，此階段建筑物能耗最大，準(zhǔn)確收集數(shù)據(jù)較為困難，只能通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行估算整個(gè)階段的碳排放量。

5）拆除階段。是指建筑物使用到達(dá)設(shè)計(jì)年限需要拆除的階段，主要包括機(jī)械拆除、人工拆除和建筑廢棄物運(yùn)輸所用能耗產(chǎn)生的碳排放。核算方法與建造階段類似拆除時(shí)可以回收的建筑材料，回收系數(shù)在建材生產(chǎn)階段考慮，此階段不再重復(fù)計(jì)算。

文中采用的碳排放計(jì)算邊界如圖1所示。

2 工程基本信息

廈門某大學(xué)博士后公寓總建筑面積26 082.75 ㎡，建筑層數(shù)為地上11層，地下1層，設(shè)計(jì)使用年限50年。建筑結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)、灌注樁基礎(chǔ)、抗浮錨桿、條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)。主要構(gòu)件混凝土采用泵送商品混凝土，墊層等零星構(gòu)件采用非泵送商品混凝土。土石方開(kāi)挖后場(chǎng)內(nèi)用于回填的土方暫時(shí)堆放在運(yùn)距1 km處，剩余部分考慮外運(yùn)運(yùn)距按10 km包干計(jì)取。

3 碳排放計(jì)算方法以及結(jié)果

3.1 建材生產(chǎn)階段碳排放量

在建筑全生命碳排放總量中，建材生產(chǎn)階段碳排放量占比最大。建材生產(chǎn)階段碳排放量包括原材料在入場(chǎng)前的能源消耗量以及生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量總和[5]。工程建材生產(chǎn)階段碳排放總量為940 047.3 tCO2e，占比為82.9%；在建材生產(chǎn)階段當(dāng)中，水泥的碳排放量最大，占比高達(dá)63%；砌體材料，占比28%；鋼筋、金屬總占比為8%，如表1所示。對(duì)此，以排放占比最高的水泥、砌體、鋼筋等為研究重點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和采用創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)碳減排的重大突破。

3.2 建材運(yùn)輸階段碳排放量

建材運(yùn)輸階段碳排放量應(yīng)根據(jù)主要建材消耗量（t）、建材平均運(yùn)輸距離（km）和運(yùn)輸方式下的單位重量運(yùn)輸距離的碳排放因子確定。主要包括垂直運(yùn)輸能源消耗以及水平運(yùn)輸能源消耗量，工程建材運(yùn)輸階段的碳排放總量為123 825.9 tCO2e，占比為10.9%。此階段的占比在全生命周期中雖占比不高，但仍需重視。

3.3 建造階段碳排放量

縱觀建筑全生命周期的碳排放量，建造階段的碳排量只占很小一部分。但是在建造過(guò)程中，大量的高功率機(jī)械設(shè)備同時(shí)開(kāi)始工作，碳排放量集中且單位時(shí)間的碳排放量很高。經(jīng)計(jì)算可得在建造過(guò)程中的碳排放量為36 433.2 tCO2e，占比為3.2%。經(jīng)過(guò)計(jì)算得知建造階段的碳排放量和建造階段不同類型的能源消耗量，如電力、汽油、柴油等，以及二氧化碳排放因子有關(guān)。

3.4 運(yùn)行階段碳排放量

生命周期各階段碳排放的比較。運(yùn)營(yíng)階段碳排放量的影響因素眾多，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人均收入和城市化水平方面都對(duì)運(yùn)營(yíng)階段的碳排放量有著重要的影響。案例工程為住宅工程，設(shè)計(jì)使用年限70年，在廈門的運(yùn)行過(guò)程中主要是夏天的空調(diào)、日常照明、電器使用、液化氣燃燒、用水等方面造成的碳排放，由于住宅單位分散，準(zhǔn)確數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)困難，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)估算碳排放量。據(jù)估計(jì)，運(yùn)行階段碳排放量占建造階段的40%，折合碳排放量為14 572.2 tCO2e。

3.5 拆除回收階段碳排放量

建筑拆除完畢之后，需要考慮廢料外運(yùn)以及外運(yùn)多少，如何外運(yùn)的問(wèn)題。根據(jù)軟件進(jìn)行估算的結(jié)果，拆除階段的碳排放量約占建造和運(yùn)營(yíng)階段碳排放量的10%，通過(guò)計(jì)算，拆除階段的碳排放量為32 789.9 tCO2e。

3.6 全生命周期碳排放量

此建筑物全生命周期碳排放量為1 134 548.4 tCO2e。生產(chǎn)階段的碳排放量為940 047.3 tCO2e，占整個(gè)生命

周期的82.9%；建造階段的碳排放量比較少，只有36 433.2 tCO2e，占整個(gè)生命周期的3.2%；運(yùn)行階段碳排放14 572.2 tCO2e，占1.3%；運(yùn)輸階段的碳排放量為123 825.9 tCO2e，占整個(gè)生命周期的10.9%；拆除階段碳排放量32 789.9 tCO2e，占整個(gè)生命周期的2.9%。因此，得出結(jié)論，生產(chǎn)階段的碳排放量最多，應(yīng)當(dāng)著力于生產(chǎn)階段的減排措施，同時(shí)建造階段也是碳排放的一個(gè)重點(diǎn)，應(yīng)在材料創(chuàng)新、設(shè)備改進(jìn)、優(yōu)化方法等方面實(shí)現(xiàn)施工成本的降低，從而降低碳排放量。

4 建筑工程減碳策略

4.1 建材生產(chǎn)階段

1）使用綠色建材。各種建筑材料的碳排放因子不同而且差別很大。多選用環(huán)境負(fù)荷小、能耗低、碳排放小的綠色建筑材料，如生態(tài)水泥、盈速粒、纖維強(qiáng)化石膏板等。通過(guò)使用低碳建材，來(lái)減少使用如水泥、鋼鐵等碳排放強(qiáng)度大、能耗高、加工程度深的建材。

2）提高建材的回收利用率。建材的回收再利用能夠減少新開(kāi)采資源的能源消耗，從而減少生產(chǎn)階段的碳排放。在選材時(shí)增大重復(fù)利用或可回收建材的比重，如砌塊、木材等，提高資源的利用率，從而降低碳排放量。

3）使用高性能建材。高性能建材具有耐久性高、強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)。相較于一般建材，雖然從短時(shí)間來(lái)看高性能建材碳排放總量更高，但是在全生命周期視角下，高性能建材能減少維修、替換的成本，高性能建材相較于一般建材總用量更小，節(jié)材優(yōu)勢(shì)明顯，能夠做到降低碳排放量。如高性能水泥混凝土、高強(qiáng)度鋼筋等。

4）提高建材生產(chǎn)能力與技術(shù)。粗獷的生產(chǎn)工藝會(huì)造成嚴(yán)重的建材浪費(fèi)，同時(shí)消耗大量的能源，不僅生產(chǎn)流失率高，碳排放量也大大提高。為降低碳排放量和提高經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)能力，有效降低建材生產(chǎn)過(guò)程中的能源、資源消耗，進(jìn)而得到較低的碳排放量。

4.2 建材運(yùn)輸階段

1）使用本地化建材。使用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的建筑材料，使運(yùn)輸過(guò)程中的能源消耗降低，縮短生產(chǎn)地到運(yùn)輸目的地的距離，從而在運(yùn)輸建材階段減少因運(yùn)輸距離及路況而產(chǎn)生的碳排放量。

2）優(yōu)化裝配式構(gòu)件布局。在距離施工現(xiàn)場(chǎng)較近的地方建立預(yù)制裝配式構(gòu)件的廠，縮短構(gòu)件運(yùn)輸距離，降低運(yùn)輸過(guò)程中的能耗，從而在建材運(yùn)輸階段減少碳的排放量。

3）充分利用共享運(yùn)輸工具。隨著社會(huì)的發(fā)展，出現(xiàn)了大量的共享運(yùn)輸工具，比如小件的快遞，大件的物流。通過(guò)利用這些便捷的第三方運(yùn)輸工具，提高了運(yùn)輸工具運(yùn)送效率，減少了運(yùn)輸成本，節(jié)省了人力、物力，優(yōu)化了資源配置。

4）充分應(yīng)用新能源運(yùn)輸工具。近幾年，新能源汽車發(fā)展迅速，這些新能源汽車耗能小，碳排放因子小，大幅減少碳的排放。

4.3 建筑施工階段

1）采用綠色施工工藝。綠色施工主要指在建筑全生命周期內(nèi)，盡量選用降低能耗、提高生產(chǎn)率的節(jié)能操作工具。采用占地面積小、施工簡(jiǎn)便、不會(huì)產(chǎn)生水土流失的機(jī)械設(shè)備，提高水資源的循環(huán)使用，減少用水量的施工工藝。積極推廣構(gòu)配件預(yù)制化，利用工廠化施工降低材料用量，降低噪聲、污水、粉塵等環(huán)境影響，實(shí)現(xiàn)綠色施工。

2）增加綠化面積。植被可吸收大氣中的CO2，減少因土地利用而降低的土地碳匯。加大施工現(xiàn)場(chǎng)的綠化面積，不僅可以降低碳排放，還可以改善生態(tài)環(huán)境。

3）推廣低碳施工新技術(shù)。增加太陽(yáng)能、水能、海洋能等清潔能源在建設(shè)過(guò)程中的使用，減少會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)能源的使用。在建筑施工時(shí)優(yōu)先使用節(jié)能產(chǎn)品，例如利用變頻技術(shù)的節(jié)能施工設(shè)備以及太陽(yáng)能電池板等。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)建筑全生命周期碳排放的情況，為減少溫室氣體排放，本文提出了重點(diǎn)在建材生產(chǎn)階段、建材運(yùn)輸階段和建筑施工階段采取減碳策略。①建材生產(chǎn)階段 ：使用綠色建材、提高建材回收利用率、使用高性能建材、提高建材生產(chǎn)能力與技術(shù)。②建材運(yùn)輸階段：使用本地化建材、優(yōu)化裝配化構(gòu)件格局、充分利用共享運(yùn)輸工具、充分應(yīng)用新能源運(yùn)輸工具。③建筑施工階段：采用綠色施工工藝、增加綠化面積、推廣低碳新技術(shù)。

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[作者簡(jiǎn)介]陳曦（2002—），女，福建泉州人，本科，研究方向：低碳技術(shù)和防滲堵漏技術(shù)。