全生命期绿色建筑碳排放探究范文

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［摘要］笔者从建筑全生命期碳排放计算方法出发，结合天津市建筑设计院新建业务用房项目实例，介绍了降低建筑碳排放的适宜技术，研究了建筑全生命期各阶段的碳排放水平，以期为推进绿色低碳建筑发展提供参考依据。

［关键词］建筑碳排放；绿色建筑；全生命期

一、引言

自《巴黎协定》签订以来，气候变化涉及的科学问题越来越受到人们的关注。从工业革命开始的两百多年间，人类社会的发展越来越依靠化石能源的消耗，快速城市化进程与碳排放同步增长，自1990年至今，全球碳排放总量增长了约50%，碳排放已成为影响全球气候变化的主要因素。75%的碳排放来自城市，目前全球已有7000多个城市制定了碳减排目标。作为世界第一大碳排放国，我国政府承诺2030年单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%。为实现节能减排的巨大挑战，在占全社会碳排放总量约1/3的建筑领域，低碳城市与绿色建筑研究成为遏制全球气候变化的重要途径，对建筑碳排放进行准确的量化评估与分析则是考量减排效果的基础。

二、建筑全生命期碳排放计算方法

建筑全生命期碳排放是指把建筑产品的全生命期看成一个系统，计算该系统由于消耗能源、资源向外界环境排放的总碳量。建筑碳排放计算方法主要分为过程分析法和投入产出分析法。过程分析法以建筑全生命期的实际过程为基础，具有较高的数据精度，尤其适于建筑单体的碳排放研究。投入产出分析法使用投入产出表进行估算，属宏观层面，数据相对粗糙。建筑碳排放计算宜优先采用过程分析法，在数据不充分时可采用投入产出分析法进行补充。过程分析法碳排放计算涵盖了建筑全生命期的建材生产阶段、建材运输阶段、施工阶段、使用阶段和建筑拆除废弃阶段五大阶段。其中，使用阶段包括建筑运行和维护更新，建筑拆除废弃阶段包括建筑拆除和废弃物处理。

三、绿色建筑设计实践及碳排放分析

（一）工程概况天津市建筑设计院新建业务用房项目于2015年建成，是一栋高层办公建筑，总建筑面积为20560平方米，地上主体10层，高度41.9米，地下一层为设备用房，采用现浇钢筋混凝土框架结构，设计使用年限为50年。年均使用时间约5431小时，使用人数约930人。天津市建筑设计院新建业务用房项目已获得国家绿色建筑三星级运营标识和健康建筑二星级设计标识（见图1～图3）。

（二）绿色低碳技术遵循“被动优先、主动优化”的设计原则，天津市建筑设计院新建业务用房项目从设计初期，就因地制宜地将可持续设计、建筑信息模型化（BIM）全过程应用、智能化集成平台建设以及低影响开发等与建筑设计结合，并充分利用可再生能源，采用了近三十项绿色建筑技术，设计能耗指标为72千瓦时/平方米•年。采用的被动式节能技术主要包括：建筑布局、朝向与体型系数控制，围护结构节能设计，自然通风，自然采光，建筑遮阳，立体绿化和消能减震结构等。采用的主动式节能技术主要包括高效暖通空调系统、高效照明系统、能源管理平台和运维管理平台以及可再生能源利用。高效暖通空调系统：冷热源采用槽式与平板式太阳能集热供冷、供热系统耦合埋管地源热泵供冷、供热系统，各子系统制取的热水并联后，直接供应建筑空调系统，间接供应建筑生活热水系统（见图4）；空调系统总冷负荷1370千瓦，总热负荷1135千瓦，冬季生活热水热负荷50千瓦。高效照明系统：采用节能灯具和智能照明控制系统。能源管理平台和运维管理平台：能够完成对能源消耗的信息采集、分析、展现和管理，提高建筑物综合能源管理水平，并实现对绿色建筑内多个子系统信息的集成和综合管理。可再生能源利用：除地源热泵系统、槽式与平板式太阳能集热供冷、供热系统以外，在项目配套的附属综合楼屋顶还设有并网光伏发电系统，峰值总装机容量21千瓦。

（三）建筑低碳指标水平1.建材生产阶段碳排放。建材生产阶段包括原材料开采运输和建材生产，主要计算内容为各类建材生产阶段碳排放因子和实际工程中建材的用量。计算应包含建筑主体结构材料和建筑围护结构材料，所选主要建筑材料的总重量不应低于建筑中所耗建材总重量的95%，重量比小于0.1%的建筑材料可不予考虑。天津市建筑设计院新建业务用房项目建材生产阶段的二氧化碳排放量为551.76公斤/平方米，按照设计使用年限为50年计算，二氧化碳排放量为11.04公斤/平方米•年。所选主要建筑材料的总重量约为建筑实际所耗建材总重量的99.25%。2.建材运输阶段碳排放。建材运输阶段是指建材从生产产地运输到施工现场的阶段，该阶段的碳排放值取决于运量、运输距离、运输工具类型。天津市建筑设计院新建业务用房项目建筑材料大部分取自天津本地及周边地区，因此整体运输二氧化碳排放量相对较低，约为26.80公斤/平方米，按照设计使用年限为50年计算，二氧化碳排放量为0.54公斤/平方米•年。3.施工阶段碳排放。施工阶段的能耗主要包括各种机械设备用电以及柴油、汽油等液体燃料。当已知施工过程用能统计数据时，可用能耗实测法进行精确计算，即对建筑施工现场的能源使用加以统计，得出各类能源用量，再根据每种能源不同的碳排放因子，计算出二氧化碳排放量；当施工用能数据无法获得，但已知施工造价时，可用投入产出法根据施工费用进行估算；天津市建筑设计院新建业务用房项目采用了多项节能措施降低施工能耗。由能耗实测法，施工阶段二氧化碳排放量为4.91公斤/平方米，按照设计使用年限为50年计算，二氧化碳排放量为0.10公斤/平方米•年。4.使用阶段碳排放。建筑使用阶段包括建筑运行和维护更新。其中，建筑运行碳排放量涉及暖通空调、生活热水和照明等系统能源消耗产生的碳排放量及可再生能源系统产能的减碳量、建筑碳汇的减碳量计算；建筑各系统的碳排放量根据各系统不同类型能源消耗量和不同类型能源的碳排放因子确定。笔者根据统计，天津市建筑设计院新建业务用房项目2017年能耗情况如表1所示。华北区域电网碳排放因子为0.4506。根据表1总能耗数值，初步可计算天津市建筑设计院新建业务用房项目运行二氧化碳排放量为34.55公斤/平方米•年。维护更新碳排放是指建筑物经常性维修、更新、改造施工、使用机械、设备以及运输工具消耗能量所导致的二氧化碳排放，包含每年的维护、特定年限对非建筑主体结构工程的全面更新。笔者根据相关研究，天津市建筑设计院新建业务用房项目建筑维护每年的二氧化碳排放量按非建筑主体结构工程建造阶段二氧化碳排放量的1%估算；建筑更新的二氧化碳排放量则按每20年对非建筑主体结构工程全面更新的数据计算；每年维护的二氧化碳排放量为0.47公斤/平方米•年，每年更新折合的二氧化碳排放量为1.87公斤/平方米•年。因此，维护更新二氧化碳排放量为2.34公斤/平方米•年。天津市建筑设计院新建业务用房项目使用阶段二氧化碳排放量为36.89公斤/平方米•年，按照设计使用年限为50年计算，二氧化碳排放量为1844.50公斤/平方米。5.建筑拆除废弃阶段碳排放。建筑拆除阶段碳排放主要来自建筑拆除过程的现场施工、废弃物运输和填埋。笔者根据相关研究，天津市建筑设计院新建业务用房项目建筑拆除阶段的碳排放按施工过程能耗的90%计算，加上废弃物运输及填埋碳排放，二氧化碳排放量约为11.81公斤/每平方米，按照设计使用年限为50年计算，二氧化碳排放量为0.24公斤/平方米•年。6.小结。天津市建筑设计院新建业务用房项目全生命期二氧化碳排放量约为48.81公斤/平方米•年，各阶段统计如表2所示。

四、结论

在建筑全生命期内，使用阶段碳排放所占比例最高，是建筑碳排放总量控制的关键环节。建材生产阶段的碳排放位列第二，根据原材料性质不同，在各类型建筑中会有较大差别。通过科技创新与产业转型升级，将有效降低建材生产阶段能耗与碳排放；通过综合采用多种被动式与主动式节能技术，并充分利用场地条件为建筑提供可再生能源，可显著降低建筑使用阶段的碳排放。天津市已于2010年7月被列为低碳城市试点，天津市建筑设计院新建业务用房项目为建筑碳排放的定量分析与评价提供了经验，为天津实现低碳发展目标做出了积极贡献。

作者：陈奕 张建 宋晨 谢鹏程 单位：津市建筑设计院建筑师