浅谈木结构建筑全寿命期碳排放计算范文

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[摘要]研究依托国家标准《建筑碳排放计算标准》GB/T51366-2019，对七栋现代木结构建筑的全寿命期碳排放进行计算。研究结果显示，在建筑全寿命周期内，建筑在运行阶段碳排放占建筑全寿命期碳排放比例较大，为82.8%-95.4%。由于木材的使用，减少了传统建材的使用量。如果与仅使用钢筋和混凝土的基准建筑相比，从全寿命期的角度来看，木材的使用可节省8.6%-13.7%的二氧化碳排放。

[关键词]现代木结构；全寿命期；碳排放

1研究背景

轻型木结构建筑始于北美，长期以来以其在安全舒适、低碳环保、耐久性能及装配上的优势，被认为是一种较为成熟和先进的建筑构造形式。随着我国经济发展和社会需求的增长，近年来，现代木结构建筑行业在我国发展迅速，具有较大的市场潜力。现代木结构建筑无疑会对减少建筑领域碳排放量具有积极作用。然而，目前有关我国现代木结构建筑全寿命期的碳排放研究较少，且缺乏与传统混凝土建筑相比碳排放量减少的定量分析[1]。本研究对我国七栋现代木结构建筑进行全寿命期碳排放量计算，定量分析其减碳能力。

2建筑全寿命期碳排放计算方法及结果

加拿大TheAthenaSustainableMaterialsInstitute对于现代木结构全寿命期碳排放做了大量研究，并基于欧洲标准委员会标准EN15978对部分加拿大现代木结构建筑全寿命期碳排放进行了计算[2,3]。在我国，虽然已开展有关现代木结构建筑碳排放计算方法的研究[4]，但尚未形成只针对木结构建筑的碳排放计算标准。因此，本研究将依托国家标准《建筑碳排放计算标准》GBT51366-2019和加拿大TheAthenaSustainableMa-terialsInstitute相关木结构构件碳排放建筑研究报告，对我国木结构建筑进行全寿命期碳排放计算。经征集、筛选，研究最终包含7个项目，覆盖寒冷及夏热冬冷气候区，建筑类型包括居住建筑、酒店、办公建筑、养老院、文旅建筑等多种建筑类型。研究对建筑主材类型与数量、建筑围护结构构造、能源系统形式、室内环境设计参数等基本信息进行收集，并从建材生产、建材运输、建造施工、建筑运行以及建筑拆除五个方面入手，对全寿命期不同阶段碳排放进行计算。建筑建造及拆除碳排放占建筑全寿命期比例较少，其构成主要来自能源消耗。对于传统混凝土建筑而言，单位面积建筑建造碳排放从17～168kWh/m2不等[5]，项目间差异很大[5-7]。对于现代木结构建筑而言，已有研究表明，加拿大单位面积建造碳排放约为10kgCO2/m2[2,3]。由于以上7个项目缺少建造过程及拆除能源消耗清单，根据我国的建造业发展水平，假设单位面积建筑建造及拆除碳排放为30kgCO2/m2。其他阶段碳排放方法与国家标准《建筑碳排放计算标准》GBT51366-2019相同，不做赘述。由表1和表2可以看出，我国现代木结构建筑在50年使用期内单位建筑面积碳排放从24.6～31.1kgCO2e/m2a不等，平均为28.8kgCO2e/m2a。根据一幢位于PriceGeorge的木结构建筑研究报告显示，对于使用期同样为50年的一幢4820m2的综合楼来讲，使用期内单位建筑面积的碳排放为40.6kgCO2e/m2a，远大于我国木结构项目的碳排放[2]。其主要原因为建筑运行阶段的碳排放较高。除了气候方面的差别外，不同于发达国家的高舒适度和高保证率下的高能耗，我国建筑能耗特点为低舒适度和低保证率下的低能耗。研究表明，无论是人均建筑能耗还是单位面积建筑能耗，我国目前都远低于发达国家，这主要是由于我国的建筑形式和能源使用方式决定的[8-9]。图1表明了所有木结构建筑全寿命期不同阶段的碳排放占比。建筑运行阶段碳排放占全寿命期碳排放从81.7%-98.8%，平均为88.4%。根据文献调研，建筑运行阶段的碳排放占比较大，约占全寿命期碳排放的80%-85%[10]。加拿大WoodInnovationandDesignCentre项目以及TallwoodHouse项目运行阶段碳排放分别占全寿命期碳排放的89%[2]以及84%[3]。其他阶段碳排放占比较少，建筑建材、运输、建造和拆除阶段碳排放平均占比为7.3%、0.1%、2.1%以及2.1%。Adalberth[11]在研究中同样指出，建筑运行碳排放占全寿命期的主要比例80%-90%，其次为建筑材料碳排放，约为10%-20%，建材运输、建造和拆除阶段碳排放占比较小可以忽略。

3现代木结构建筑节碳能力分析

木结构建筑能有效降低资源能耗，减少二氧化碳排放。从全寿命期的角度来看，建筑运行阶段的碳排放占比最大，但如若木结构建筑与传统钢筋、混凝土建筑的围护结构热工性能相同，使用的能源系统也相同，则运行阶段碳排放没有差别[12]。运输、建造和拆除阶段碳排放可忽略不计，木结构建筑与传统钢筋、混凝土建筑的节碳能力主要体现在建筑材料碳排放环节。研究表明，钢筋和混凝土的碳排放占建筑材料碳排放中的绝大部分[13]。本研究的结果也显示，相较于木材，传统建材的碳排放量较大，除了中加生态示范区枫丹园项目没有混凝土和钢材的使用，上谷水郡会所也仅使用了钢材，没有混凝土消耗，其他项目由于混凝土和钢材产生的碳排放量占建筑材料碳排放的57%-96%不等。木结构建筑在建造过程中由于木材的使用，无疑减少了传统建材的使用，从而减少了二氧化碳排放量。对于传统建筑来讲，钢筋和混凝土的使用量是由建筑的结构形式、建筑类型、抗震等级、混凝土强度等方面决定的，不同建筑差别较大。对于钢材的使用量，谭泽先[14]综合多种统计数据，编制出各类钢筋混凝土结构含钢量的一般范围表。对于混凝土使用量，通过文献调研，单位面积的使用量从0.35-0.88m3/m2不等[6,12,15,16]。考虑到本文研究的的现代木结构建筑以一层和多层为主，因为假设不使用木材，仅使用钢筋和混凝土的基准建筑混凝土消耗为0.5m3/m2；钢材消耗为40kg/m2，可以得到如下结果见图2、表3：从建材生产阶段来看，与仅使用钢筋和混凝土的基准建筑相比，由于木材的使用，可使得碳排放降低48.9%-94.7%，平均为64.5%。其中中加生态示范区的节省能力最强，为94.7%。从全寿命期的角度来看，与基准建筑的碳排放量相较，所有木结构建筑中，由于中加生态示范区枫丹园完全没有使用到混凝土和钢材，因此全寿命期碳排放节省率最高，为12.9%。上谷水郡会所项目由于仅使用到了钢材，未使用混凝土，因此节省率也可达13.7%。其他建筑的全寿命期碳排放节省率为8.6%-11.8%不等。平均而言，木结构建筑中由于木材的使用，可以使得全寿命期的碳排放节省11.0%。

4结论

本研究以木结构建筑为研究对象，基于寿命期评价方法，对其全寿命期进行节能减排效益评估。（1）将寿命期评价方法应用于现代木结构建筑的碳排放研究，把寿命期分为建筑建材生产阶段、建材运输阶段、建造施工阶段、建筑运行阶段以及建筑拆除阶段，并针对各个阶段的清单数据进行搜集整理并根据国家标准《建筑碳排放计算标准》GBT51366-2019提供的方法进行计算。（2）在建筑全寿命周期内，建筑在运行阶段碳排放占建筑全寿命期碳排放比例较大，为82.8%-95.4%。运行阶段碳排放与气候条件、建筑构件的材料和构造形式、建筑能源系统的选择以及使用者的行为习惯等方面有关。控制和减少运行阶段碳排放是减少建筑碳排放的重点和关键。其他阶段碳排放：建筑材料碳排放为0.8%-12.1%、运输碳排放为0.1%-0.3%、建造以及拆除碳排放为1.9%-2.4%。（3）在木结构建筑中，由于木材的使用，减少了传统建材的使用量。如果与仅使用钢筋和混凝土的基准建筑相比，木材的使用可以使建材生产阶段碳排放降低48.9%-94.7%。从全寿命期的角度来看，与基准建筑的碳排放量相较，可节省8.6%-13.7%的二氧化碳排放。

参考文献

[1]孙立新,董宏,周辉,etal.木结构与混凝土结构房屋全寿命周期碳排放对比分析研究——以中加合作项目泰达悦海酒店公寓为例[J].建设科技,2016,5(14-6.

[4]郭伟,姚涛,张时聪,etal.轻型木结构房屋碳排放总量计算方法研究[J].建筑节能,2014,42(9):73-85.

[6]曹新颖.产业化住宅与传统住宅建设环境影响评价及比较研究[D];清华大学,2012.

[8]江亿.我国建筑节能战略研究[J].中国工程科学,2011,13(6):30-8.

[9]杨秀.基于能耗数据的中国建筑节能问题研究[D].北京;清华大学,2009.

[14]谭泽先.钢筋混凝土结构含钢量的一般范围和合理控制方法[J].建筑结构,2007,37(7):17-9.

作者：张时聪 杨芯岩 徐伟 单位：中国建筑科学研究院有限公司