基于节能设计的建筑全生命周期碳排放分析

　　来源：四川建筑 2022年3期

　　作者：孔繁艺; 熊海亭; 严欢

　　[摘 要]：文章以四川省广元市某钢框架建筑群为例，分析基于节能设计的建筑全生命周期内的碳排放强度。结果显示，节能设计能够显著减少该建筑群全生命周期碳排放量，节能减排效果明显。

　　[关键词]：建筑碳排放; 生命周期评价; 节能设计

　　建筑碳排放主要指的是建筑物全生命周期温室气体的排放总量，包括与其有关的建筑设计、建材生产及运输、建造及拆除、运行阶段产生的温室气体排放[1]。建筑碳排放计算方法主要有实测法、物料衡算法、排放系数法和模型法等[2]。通常来说，建筑设计阶段的碳排放量较少，因此住房和城乡建设部发布的GB T51366-2019《建筑碳排放计算标准》[3]忽略了该阶段的碳排放，并基于碳排放因子的排放系数法计算建筑物全生命周期温室气体的排放量。李静等[4]研究了北京市某刚框架结构厂房全生命周期的碳排放强度。陈莎等[1]对比了北京市某办公楼和教学楼全生命周期的碳排放量。王晨杨[5]研究长三角地区某高层办公建筑全生命周期内的碳排放量。葛小榕[6]研究了大连市某大型办公建筑年单位面积碳排放量。李远钊等[7]对比了天津市29栋高层办公建筑生命周期内的碳排放量。秦骜等[8]研究了成都某地铁车站全生命周期碳排放研究。研究发现，不同地区、不同类型建筑全生命周期碳排放差异较大。更为重要的是，近来年各地方相继发布并执行建筑节能设计标准[9-10]，但少有研究分析采用节能设计前后建筑物全生命周期碳排放量的变化，建筑节能设计在建筑碳减排方面的效果难以量化。

　　本文以四川省广元市某钢框架建筑群为研究对象，分别计算该建筑群基于节能设计和基于非节能设计的全生命周期内的碳排放量和构成，以便量化建筑节能设计在建筑节能减排方面的成效。该建筑群包括1座综合办公楼、1座综合倒班楼、1座辅助用房、2座值班室。

　　相关碳排放计算方法及碳排放因子选取主要参考GB T 51366-2019《建筑碳排放计算标准》[3]， 以下统一简称标准。

　　1 建筑碳排放的计算基础

　　1.1 碳排放计算单位

　　根据标准，建筑物碳排放计算应以二氧化碳当量(CO2e)表示。由于不同温室气体导致地球温室效应的强度有所不同，为统一度量不同气体的温室效应结果，将各种温室气体(包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫)按二氧化碳的排放量进行折算。

　　1.2 碳排放因子

　　碳排放因子指的是消耗单位质量能源或者单位体积建筑材料所产生温室气体的排放量，是建筑碳排放计算的基础。本文采用的碳排放因子根据标准附录A～附录E。

　　1.3 碳排放计算边界

　　建筑碳排放计算边界指的是与建筑物有关的建筑设计、建材生产及运输、建造及拆除、运行及维护阶段产生的温室气体排放量之和。

　　2 建筑全生命周期碳排放计算

　　在计算建筑全生命周期碳排放时，将其整个生命周期分为建筑设计、建材生产、建材运输、建筑建造、建筑运行、建筑拆除共计6个阶段分别进行碳核算，并汇总得到整个生命周期碳排放量。需要注意的是，标准规定在评价建筑物碳排放强度时，需要以其全生命周期内单位建筑面积的碳排放量为评价标准。因此，建筑全生命周期碳排放量按式(1)计算：

　　C=CSJ+CSC+CYS+CJZ+CM+CCCA(1)

　　式中：C表示建筑全生命周期内单位建筑面积的碳排放量(kgC02e/m2);CSJ、CSC、CYS、CJZ、CM、CCC分别表示建筑设计、建材生产、建材运输、建筑建造、建筑运行和建筑拆除阶段的碳排放量(kgC02e);A表示建筑面积(m2)。根据标准要求，纳入计算的主要建筑材料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%的建筑材料可不计算。虽然采用节能设计和非节能设计的建筑材料可能有所不同，但生产这些建筑材料过程中的碳排放差异其实不大，因此本文主要考虑建筑节能设计对建筑运行阶段碳排放量的影响，其他阶段的碳排放量相同。

　　2.1 建筑设计阶段碳排放

　　根据标准要求，建筑设计阶段碳排放量忽略不计(CSJ=0)。

　　2.2 建材生产阶段碳排放

　　根据标准要求，建材生产阶段碳排放应按式(2)计算：

　　CSC=∑ni=1MiFi

　　(2)

　　式中：CSC表示建材生产阶段的碳排放量(kgCO2e);Mi表示第i种主要建材的消耗量;Fi表示第i中主要建材的碳排放因子(kgCO2e/單位建材数量)，按标准附录D取值。

　　2.3 建材运输阶段碳排放

　　根据标准要求，建材运输阶段碳排放应按式(3)计算：

　　CYS=∑ni=1MiDiTi(3)

　　式中：CYS表示建材运输过程的碳排放量(kgCO2e); Mi表示第i种主要建材的消耗量(t);Di表示第i种建材平均运输距离(km);Ti表示在第i种建材的运输方式下，单位重量运输距离的碳排放因子[kgCO2e/(t·km)]。

　　2.4 建筑建造阶段碳排放

　　根据标准要求，建筑建造阶段的碳排放量应按式(4)计算：

　　CJZ=∑ni=1EJZ，iEF，i

　　(4)

　　式中：CJZ表示建筑建造阶段的碳排放量(kgCO2e);EJZ，i表示建筑建造阶段第i种能源总用量(kWh或kg);EF，i第i类能源的碳排放因子(kgCO2e/kWh或kgCO2e/kg)，按标准附录A确定。

　　2.5 建筑运行阶段碳排放

　　根据标准要求，建筑运行阶段碳排放量应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，建筑运行阶段单位建筑面积的总碳排放量应按式(5)计算：

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文章名称： 基于节能设计的建筑全生命周期碳排放分析

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