教學(xué)樓全生命周期碳排放測(cè)算與減排策略研究

李前進(jìn)LI Qian-jin；王勇WANG Yong；郭天華GUO Tian-hua

（石家莊鐵道大學(xué)經(jīng)管學(xué)院，石家莊 050043）

（College of Economics and Management，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang 050043，China）

0 引言

近年來(lái)，溫室氣體排放引起的全球升溫，已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的問(wèn)題。根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）公布的數(shù)據(jù)顯示，建筑活動(dòng)中二氧化碳排放量占全球總碳排放量的三分之一。因此，建筑業(yè)作為能耗大戶，其減排潛力巨大。隨著高等教育事業(yè)的高速發(fā)展，各高校招生人數(shù)逐年增加。為滿足正常教學(xué)要求，各高校相繼對(duì)校區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的新建、改建、擴(kuò)建，實(shí)現(xiàn)教學(xué)建筑的低碳化，是建設(shè)綠色校園的重要環(huán)節(jié)。下面以某高校教學(xué)樓工程為例，運(yùn)用全生命周期評(píng)價(jià)理論（Life Cycle Assessment，LCA）計(jì)算教學(xué)樓全生命周期碳排放量，并通過(guò)對(duì)各階段碳排放量比較分析，提出有效的減排策略。

1 教學(xué)樓全生命周期階段劃分及碳源分析

某磚混教學(xué)樓占地面積1448.81m2，建筑面積6065.07m2，共五層，計(jì)有教室44 間，設(shè)計(jì)年限50 年。

1.1 教學(xué)樓全生命周期階段劃分 建筑工程全生命周期指從材料與構(gòu)件生產(chǎn)（含原材料的開(kāi)采）、規(guī)劃與設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)輸、運(yùn)行與維護(hù)直到拆除與處理（廢棄、再循環(huán)和再利用等）的全循環(huán)過(guò)程[1]。首先將教學(xué)樓全生命周期劃分為設(shè)計(jì)階段、建材生產(chǎn)階段、施工階段、使用維護(hù)階段和拆除階段，然后分析各階段的碳源，計(jì)算出各階段的碳排放量。具體階段劃分見(jiàn)圖1。

圖1 教學(xué)樓全生命周期階段劃分

1.2 教學(xué)樓各階段的碳源分析 對(duì)碳排放衡量的碳因子來(lái)說(shuō)，決策設(shè)計(jì)階段的碳因子太少，不好衡量，而且相對(duì)于其他三個(gè)階段碳排放總量來(lái)說(shuō)可以忽略。因此，本實(shí)例不計(jì)算設(shè)計(jì)階段碳排放量，只計(jì)算建材生產(chǎn)階段、施工階段、運(yùn)營(yíng)階段和拆除階段的碳排放量。

表1 納入教學(xué)樓碳排放計(jì)算的建筑材料[2～6]

表2 教學(xué)樓施工機(jī)械臺(tái)班能源消耗

1.2.1 建材生產(chǎn)階段碳源分析 教學(xué)樓工程所需的建筑材料種類(lèi)多、數(shù)量大，選取教學(xué)樓材料明細(xì)表中占材料總值80%的材料納入碳排放計(jì)算范圍，納入的建筑材料見(jiàn)表1。由于缺乏運(yùn)輸工具的數(shù)據(jù)，本例不分析建材運(yùn)輸?shù)奶寂欧牛环治鼋ú纳a(chǎn)的碳排放。由于建材的碳排放因子各不相同，通過(guò)查找文獻(xiàn)并進(jìn)行整理得到建材對(duì)應(yīng)的碳排放因子，見(jiàn)表1。

1.2.2 施工階段碳源分析 教學(xué)樓施工階段的機(jī)械使用數(shù)量較多，運(yùn)輸土方、鋼筋加工、混凝土攪拌、鋼筋焊接、石料切割等施工機(jī)械作業(yè)過(guò)程需要消耗燃料或電能，能源消耗量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

參照IPCC 國(guó)家溫室氣體排放清單指南，汽油碳排放因子0.554kg/kg、柴油碳排放因子0.592kg/kg[7]。電力碳排放因子按照中國(guó)工程院、國(guó)家科委北京項(xiàng)目、國(guó)家環(huán)境局溫室氣體控制項(xiàng)目、國(guó)家科委氣候變化項(xiàng)目、美國(guó)能源部/能源情報(bào)局（DOE/EIA）、日本能源經(jīng)濟(jì)研究所（IEEJ）電力碳排放因子的均值，取定為0.998kg/kW·h。

1.2.3 使用維護(hù)階段碳源分析 教學(xué)樓使用維護(hù)階段的主要碳源包括電風(fēng)扇、日光燈、投影儀的電消耗和冬季集中供暖燃煤。

1.2.4 報(bào)廢拆除階段碳源分析 報(bào)廢拆除階段碳排放量與拆除使用的機(jī)器設(shè)備、施工工藝和拆除數(shù)量有關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)[8]，拆除階段碳排放量可按照施工階段的90%估算。

2 教學(xué)樓全生命周期碳排放計(jì)算與分析

2.1 全生命周期碳排放計(jì)算

2.1.1 建材生產(chǎn)階段碳排放計(jì)算 建材生產(chǎn)階段碳排放量計(jì)算公式：建材生產(chǎn)碳排放量=Σ 第i 種建材消耗量×第i 種建材碳排放因子，依據(jù)表1 中各種建材消耗量及其相應(yīng)碳排放因子，可計(jì)算出教學(xué)樓使用的主要建材生產(chǎn)的碳排放量為1705.829t。

2.1.2 施工階段碳排放計(jì)算 施工階段能源消耗的碳排放計(jì)算公式：能源碳排放量=Σ 第i 種能源的消耗量×第i 種能源碳排放因子，利用表2 中汽油、柴油及電的消耗量合計(jì)，乘上2.2.2 中確定的各種能源的碳排放因子，計(jì)算出施工階段的碳排放量為18.559t。

2.1.3 使用維護(hù)階段碳排放計(jì)算

①電力能源碳排放量計(jì)算。學(xué)校配備了能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可按月統(tǒng)計(jì)每天的電量消耗，但是該節(jié)能平臺(tái)尚存在瑕疵，致使統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)出現(xiàn)漏洞，如：正常的教學(xué)時(shí)間電量為零，假期電量不為零等現(xiàn)象。在剔除此類(lèi)不合理數(shù)據(jù)后，選取了2013 年五月、六月、十月的用電量數(shù)據(jù)。

計(jì)算出五、六和十月份的日用電均值，見(jiàn)表3。

將表3 的三個(gè)日用電均值進(jìn)行平均，得到2013 年每天平均用電量227.3873kW·h。考慮放假，全年按九個(gè)月計(jì)算，則推出2013 年全年的用電量是61394.571kW·h。教學(xué)樓使用壽命50 年，使用階段電能的碳排放量：61394.571kW·h×50 年×0.998kg/kW·h=3063589.09kg=3063.589t。

②采暖碳排放量計(jì)算。該教學(xué)樓為市區(qū)熱電廠集中燃煤供熱系統(tǒng)，采暖能耗統(tǒng)計(jì)值為12.7kgce/（m2·y），該教學(xué)樓每年的碳排放量：12.7kgce/（m2·y）×50 年×6065.07m2=3851319.45kg=3851.319t。

該教學(xué)樓使用維護(hù)階段的總碳排放量：3063.589＋3851.319＝6914.908t。

2.1.4 拆除階段碳排放量計(jì)算 此階段的碳排放量按照施工階段的90%估算，即18.559t×90%=16.703t。

表3 五、六和十月份的日用電均值

2.2 全生命周期各階段碳排放量比例 根據(jù)教學(xué)樓各階段碳排放量計(jì)算結(jié)果，可以計(jì)算各階段碳排放量所占百分比，如表4 所示。

表4 教學(xué)樓全生命周期各階段碳排放量比例

根據(jù)表4，施工階段和拆除階段的碳排放占總碳排放量的0.2%左右，建材生產(chǎn)階段和使用維護(hù)階段的碳排放幾乎占碳排放總量的1/5 和4/5。從量上來(lái)看，減少使用維護(hù)階段的碳排放量是減少教學(xué)建筑全生命周期碳排放量的關(guān)鍵。

3 減排策略

根據(jù)上述教學(xué)樓建材生產(chǎn)階段、施工階段、使用維護(hù)階段、報(bào)廢拆除階段碳排放量計(jì)算分析結(jié)果，考慮各階段之間有機(jī)聯(lián)系，制定減排策略如下：

①由于采暖所產(chǎn)生的碳排放占使用維護(hù)階段碳排放量的55%，因此要對(duì)采暖進(jìn)行合理的控制，對(duì)于教學(xué)樓而言，每天晚上十點(diǎn)到第二天早上七點(diǎn)，教學(xué)樓都屬于閑置狀態(tài)，因此在這段時(shí)間，可以適當(dāng)減少對(duì)教學(xué)樓的供暖流量，以減少碳排放。

②每個(gè)教室有6 個(gè)風(fēng)扇，前、中、后各有兩個(gè)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)扇在夏季幾乎開(kāi)了就不停，使用時(shí)間比較長(zhǎng)，但清晨和早上氣溫一般較低，時(shí)間在8:00-9:00 這段時(shí)間不是太熱的話盡量少開(kāi)風(fēng)扇，下午氣溫高，一般開(kāi)滿一個(gè)下午，晚上可只開(kāi)前后的風(fēng)扇并打開(kāi)窗和門(mén)，形成對(duì)流。若按上述做法，每日的風(fēng)扇工作時(shí)間為上午3 小時(shí)，下午4 小時(shí)，晚上3 小時(shí)，晚上每個(gè)教室若是只開(kāi)4 個(gè)風(fēng)扇，那么將比全天開(kāi)每日節(jié)省電42.24kw·h。

③通過(guò)數(shù)據(jù)處理與計(jì)算，可知教學(xué)樓使用維護(hù)階段碳排放量較多。一方面，高校在新建、擴(kuò)建、改建校區(qū)時(shí)，要通過(guò)創(chuàng)新、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從源頭上采取節(jié)能減排的措施，如采用節(jié)能燈具、智能溫度控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)等。另一方面，應(yīng)在校園內(nèi)，進(jìn)行節(jié)能減排的宣傳、講座或知識(shí)競(jìng)賽，提高師生“低碳”意識(shí)，培養(yǎng)節(jié)能減排的良好習(xí)慣。

4 結(jié)論

計(jì)算表明，教學(xué)樓使用維護(hù)階段的碳排放量比例最高，應(yīng)作為減排的重點(diǎn)階段，尤其應(yīng)該通過(guò)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，建造全生命周期碳排放量較低的教學(xué)建筑。本文中碳排放因子均在閱讀大量文獻(xiàn)和統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，整理推算得出，而實(shí)際生產(chǎn)工藝不同、能耗統(tǒng)計(jì)方法不同等會(huì)造成碳排放因子差距很大。因此，亟需通過(guò)大量的基礎(chǔ)研究建立完善的碳排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)。另外，后續(xù)研究中也可以對(duì)不同建筑類(lèi)型、不同結(jié)構(gòu)形式的教學(xué)建筑進(jìn)行碳排放的計(jì)算，在此基礎(chǔ)上，得到評(píng)價(jià)教學(xué)建筑全生命周期碳排放的一個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)，從而豐富節(jié)能減排對(duì)策。

[1]龔志起，張智慧.生命周期評(píng)價(jià)和管理與建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].2004（2）：26.

[2]劉博宇.住宅節(jié)約化設(shè)計(jì)與碳減排研究——以上海地區(qū)典型住宅平面中的5 個(gè)問(wèn)題為例[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

[3]楊倩苗.建筑產(chǎn)品的全生命周期環(huán)境影響定量評(píng)價(jià)[D].天津：天津大學(xué)，2009.

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[6]水中和，萬(wàn)惠文.談廢舊混凝土的資源化[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2004，2（4）.

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