住宅建筑生命周期CO2排放的核算方法

黃志甲，趙玲玲，張 婷，劉 釗

（安徽工業(yè)大學建工學院，安徽 馬鞍山243002）

溫室氣體的排放是引起全球氣候變暖的主要原因。在中國的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程中，建筑業(yè)飛速發(fā)展，勢必造成大量的能源消耗，建筑物碳排放已成為溫室氣體排放的一個重要源頭［1］。建筑在建造、使用和拆除過程中對能源和資源的消耗及固體廢棄物的處理都將帶來巨大的溫室氣體排放量，預計2030年建筑業(yè)產生的溫室氣體將占全社會排放的25%［2］。

目前，國內外對于碳排放的定量計算研究很少，利用生命周期的方法進行計算更是缺乏。本文建立了住宅建筑全生命周期［3］－［7］CO2排放計算模型，針對馬鞍山市某住宅建筑，對各階段CO2排放進行了定量計算。

1 住宅建筑生命周期階段劃分

建筑物的生命周期碳排放不僅考慮到了建筑運行過程的碳排放，還應考慮到建筑材料生產階段和建筑施工階段的碳排放，甚至還考慮到拆除及材料循環(huán)利用階段的碳排放［8］。因此，住宅建筑生命周期包括原材料的開采、建材的生產、運輸、建筑物的建造、運行、維護和拆除，這其中的每個階段都會伴隨著大量的能源消耗和碳排放。本文將住宅建筑生命周期劃分為建筑材料生產運輸階段、施工與安裝階段、日常使用階段、維護修繕階段、拆除階段、廢棄處理階段這6個階段，具體內涵如表1所示。

表1 建筑生命周期階段內涵

2 住宅建筑生命周期碳排放模型

對于碳排放量，通常以產生的CO2量來衡量［9］，住宅建筑生命周期CO2排放總量計算模型為：ET＝EM＋EC＋EO＋ER＋ED＋EA

其中：EM、EC、EO、ER、ED、EA分別為住宅建筑生產運輸階段、施工階段、日常使用階段、維護修繕階段、拆除階段和廢棄物處理階段的CO2排放量。

選取單位建筑面積年CO2排放量LCCO2作為建筑CO2排放量評價指標，單位為kgCO2／（㎡·a），該指標按照公式算。其中A為建筑面積，Y為建筑物使用壽命。各階段CO2排放的計算模型見表2。

表2 建筑生命周期階段的CO2排放計算模型

精算法是由建材的實際使用量及建材單位CO2排放量累算求得［10］，優(yōu)點在于計算出的使用建材CO2排放量十分精確；簡算法是以建筑物的地上層數(shù)預估其產生的CO2排放量，以RC建筑物CO2排放量簡算法為例，該法是建立在評估案例精算值的回歸基礎上，此預估值可能與精算法的計算值有所差異（標準差4.44～30.46，誤差低于10%）。

3 實例計算

3.1 建筑概況

選取馬鞍山市某一棟住宅建筑，該住宅建筑為RC構造建筑，共12層，其中頂層為閣樓，建筑高度34.80m，地上建筑面積3276.54m2，每層3戶，總共33戶。

3.2 主要數(shù)據(jù)來源

研究中設定住宅建筑使用年限為50［11］年，化石能源如原煤、燃料煤、原油、汽油、柴油、天然氣的CO2排放系數(shù)［12］分別 為：1.98kgCO2／kg、2.53kgCO2／kg、2.76kgCO2／L、2.26kgCO2／L、2.73kgCO2／L、2.19kgCO2／m3，電力的碳排放系數(shù)為0.859 2kgCO2／kWh［13］。

生產運輸階段，各類建材的實際使用量來源于工程設計，主要建材的CO2排放系數(shù)來源于林憲德的綠色建筑［14］。日常使用階段，住宅建筑所產生的CO2主要來源于生活用電和天然氣，年用氣用電量參考張樣等人［15］的研究中馬鞍山市年平均用量。

3.3 各階段CO2核算結果分析

3.3.1 案例住宅CO2排放的階段分布

從表3可以看出，精算法和簡算法計算得到的結果存在較大差異，簡算法比精算法CO2排放量多34.28%，即296 042.8kg。原因有二：一是建筑材料使用量的清單僅統(tǒng)計了對環(huán)境影響大且能耗大的主要建材；二是簡算法公式為臺灣學者對臺灣建筑碳排放統(tǒng)計調查，用線性回歸的方法推演的計算公式，應用于大陸可能存在偏差。

表3 住宅建筑CO2排放量（kg）

本文分析結果以精算法為主，有兩種方法計算結果的選取精算法結果。各階段CO2排放量及其比例如表4所示：

表4 住宅建筑CO2排放量（kg）及其百分比

則該住宅建筑單位面積年CO2排放量為

李海峰［12］研究得出上海市某住宅建筑單位面積年CO2排放量為22.8kgCO2／（㎡·a），其LCCO2相對于馬鞍山差別不大。

3.3.2 對比分析 對比日本和臺灣住宅建筑生命周期各階段CO2排放的分布情況，如圖1、圖2所示：

圖1 日本2層輕型鋼住宅30年LCCO2評估

圖2 中國臺灣4層RC住宅40年LCCO2評估

3.3.3 建筑壽命的敏感性分析

若住宅建筑都取30年來計算，CO2排放分布結果如圖3、圖4所示：

圖3 馬鞍山12層RC住宅30年LCCO2評估

圖4 中國臺灣4層RC住宅30年LCCO2評估

從圖1、圖3、圖4可以看出，馬鞍山、臺灣、日本的住宅建筑的CO2都是在日常使用階段占得比例最大，分別為72.26%、56.02%、87.63%。日本住宅建筑日常使用階段的CO2排放量最大，馬鞍山市和臺灣的相差不大，主要是因為日本的建筑結構為輕鋼型，而馬鞍山、臺灣的建筑結構為鋼筋混凝土結構。

4 結 論

1）將住宅建筑生命周期劃分為建筑材料生產運輸階段、施工階段、日常使用階段、維護修繕階段、拆除階段、廢棄處理階段。

2）建立了住宅建筑生命周期CO2排放核算模型，該模型既有精算法，又有簡算法。精算法在收集到相關數(shù)據(jù)資料的前提下計算的結果準確真實；簡算法即經驗公式法計算過程簡單，計算結果與精算法差異不大。

3）計算得出該住宅建筑單位面積年CO2排放量為25.38kgCO2／（㎡·a），建筑材料生產及運輸和日常使用運行階段的碳排放量最多，分別占到整個生命周期階段的20.77%、72.26%。

4）對比日本、臺灣30年住宅建筑生命周期CO2排放量，驗證了核算方法的合理性、科學性。

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