建筑物生命周期碳排放測算簡化方法的研究

李冬青

（深圳市建設工程造價管理站，廣東 深圳 518031）

建筑物生命周期碳排放測算簡化方法的研究

李冬青

（深圳市建設工程造價管理站，廣東 深圳 518031）

低碳建筑及低碳建筑技術作為降低建筑物碳排放的重要措施，需要通過測算碳排放量的變化值評價其建設效果.本文在總結現有文獻研究成果的基礎上，結合現有評價方法的不足及我國工程建設的特點，以建筑物生命周期碳排放量為評價目標，通過對建筑物生命周期各階段資源投入狀況的分析整理，提出了根據勞動資源、材料資源以及設備資源投入過程的碳排放測算方法.根據建筑物生命周期運行過程中部分資源投入數量無法準確統計的特點，建立了實體資源投入過程及服務性資源投入過程碳排放量測算的簡化方法，并對同一工程不同設計方案的碳排放量進行了測算和比較.工程實例表明，本文所提出的方法具有較強的可操作性，對于低碳建筑評價尤其有效.

碳排放；低碳建筑；建筑物生命周期；碳排放測算；碳排放測算簡化模型

1 建筑物碳排放測算方法的研究現狀

在眾多的溫室氣體中，二氧化碳的溫室效應值最低，但由于其巨大的排放量，其對溫室效應的貢獻率遠遠大于其它溫室氣體.因此，國際社會公認減低“溫室效應”應該從對二氧化碳的排放控制著手.盡管在后《京都議定書》時代，發達國家和發展中國家之間就碳減排承諾和所承擔的責任方面存在嚴重分歧，各國都在強化推行降低碳排放的相關管理措施，炭減排技術的研究更成為研究領域的熱點[1].對碳減排技術及降低碳排放管理措施的效果評價，需要從碳排放量的變化著手.同時，各國家、地區之間推行的碳排放權交易，也需要以碳排放量為基礎，碳排放量已成為許多研究領域的重要參考指標，而針對碳排放量測算方法的研究也成為評價碳減排技術和相關管理措施有效性的關鍵所在.

中國是人口和資源消耗大國，節能降耗潛力巨大，各行各業都存在較大的碳減排空間.建筑業目前作為國民經濟的支柱行業，每年竣工的房屋建筑面積超過 20億 m2，且呈現逐年上升的趨勢.建筑物的建造與使用過程中消耗了大量的自然資源和能源，對環境造成了嚴重的負面影響[2].據歐洲及美國的文獻統計，建筑業的能源消耗量超過整體能源消耗的三分之一，CO2排放量更超過了整體排放的40%[3,4].因此，建設綠色、節能和可持續發展的低碳建筑對有效控制碳排放具有重要意義.

低碳建筑是指在建筑物的整個生命周期內，通過采用低碳技術降低資源和能源的消耗，進而減少溫室氣體排放的建筑物.在建筑物生命周期內應用的低碳技術種類繁多，包括在建筑設計階段制定減少溫室氣體排放的技術方案、在建筑建造階段采用低碳的材料和施工措施、在使用和拆除處置階段實現能源節約和資源回收等[5].通過對建筑物生命周期碳排放量的核算，可以評價低碳技術在建筑領域應用的效果，為低碳建筑技術的評價與選擇提供依據.

國內外學者針對建筑物在不同階段的碳排放狀況進行了大量的研究，在建筑物生命周期碳排放的測算范疇以及測算方法方面，積累了一定的研究成果.[6,7]根據生命周期評價原理分析了碳排量的構成；文獻[8]對建筑物實體建造和使用過程的碳排放進行了分析和界定；文獻[9]強調建筑物在規劃設計階段不產生實物碳排放，而在建筑材料生產和構配件加工、建筑物建造、建筑物運行與維護等階段均會產生大量的碳排放；文獻[10,11]對建筑物生命周期按照不同的方式進行了階段劃分；文獻[12]認為使用階段的碳排放僅包含設備對能源消耗所造成的排放量；文獻[13]通過建立綜合評價網絡，按照材料生產、建筑建造、建筑設備運行以及建筑的終結5個階段分析了建筑物生命周期碳排放的構成.現有文獻針對建筑物生命周期的劃分、碳排放的測算方法方面積累了大量的研究成果，為低碳建筑的評價提供了依據.然而，不同學者對于建筑物生命周期中碳排放的范圍界定和測算方法方面存在較大差異，由此導致碳排放量測算的結果存在較大偏差.現有文獻中，關于碳排放測算方法存在的問題主要集中在2個方面：一是有關建筑物生命周期碳排放范圍界定各有側重點，未準確反映建筑物生命周期全過程的碳排放構成；二是現有碳排放量測算方法側重于理論研究，由于基礎資料的缺失，導致可操作性不夠，難以滿足綠色建筑評價以及碳交易的需求.本文采用生命周期評價方法對建筑物碳排放范圍進行重新界定，在分析不同階段碳排放特點的基礎上，提出涵蓋建筑物全生命周期的碳排放量測算方法.

圖1 建筑物生命周期評價模型

2 建筑物生命周期碳排放范圍的界定

碳排放量直接來源于有機碳氫化合物（能源物質）的消耗過程，通過確定建筑物生命周期各階段能源消耗的類型及消耗量，即可確定建筑物碳排放的總量.而建筑物生命周期各階段能源消耗的類型與數量，與資源投入狀態直接相關.因此，本文從定義建筑物生命周期模型著手，通過分析建筑物生命周期各階段資源投入狀況，構建碳排放量測算的數據系統模型.

2.1 碳排放測算過程的建筑物生命周期評價模型

生命周期評價是國內外學者公認的一種有效評價方法.建立生命周期評價模型、確定評價指標與界定評價范圍，是生命周期評價的基礎，也是影響評價結果的關鍵（ISO14000）.本文以碳排放量作為評價指標，結合建筑物生命周期運行的特點，建立了生命周期評價模型，界定建筑物生命周期碳排放量測算過程的評價范圍、設計數據采集結構模型.模型設計過程中，需要在滿足碳排放量測算范圍要求的同時，保證測算方法的可操作性.

按照建筑物實體產生至消亡的過程，建筑物的生命周期應從獲取土地資源開始，包括土地資源獲取、建筑物建造、建筑物使用與維護、建筑物拆除4個主要階段.根據生命周期評價的原理，建立如圖1所示的生命周期評價模型，并據此界定建筑物生命周期各階段的主要工作內容，測定建筑物生命周期各階段碳排放量.

2.2 建筑物生命周期資源投入狀況模型

根據建筑物生命周期各階段工作的特點，生命周期各階段的工作項目歸納為2個類別：1）僅需要投入人力資源和生產（辦公）設備的咨詢服務類工作，可歸納為服務性資源投入的工作過程；2）投入人力資源、生產（辦公）設備以及實體材料資源、并以實體材料資源投入為主的工作過程，可歸納為實體性資源的工作過程.建筑物生命周期各階段主要工作及資源投入的狀態見表 1.建筑物生命周期中服務性資源投入和實體資源投入的工作過程的碳排放特征各不相同，其中建筑物施工建造和建筑物的運行使用階段的碳排放量最為突出.

表1 建筑物生命周期各階段資源投入情況構成

表2 IPCC-2006 建筑物生命周期常用能源碳排放因子（CO2）表

3 建筑物生命周期碳排放的測算原理

目前用于碳排放量測定的方法主要有3種：實測法、理論計算法和排放系數法.在建筑物生命周期碳排放測算的過程中，需要根據資源投入類型的不同合理選擇方法.由于碳排放量直接來源于有機碳氫化合物（能源物質）的消耗過程，測算建筑物生命周期碳排放量必須解決 2個問題：建筑物生命周期內消耗的能源類型及各類能源的消耗量和消耗單位量的各類能源消耗所產生的碳排放量值，即能源的碳排放因子.

3.1 能源碳排放因子的確定

能源碳排放因子是指單位質量的各類能源從開采到使用消耗全過程所產生的碳排放（CO2）總量，是表征能源溫室氣體排放特征的重要參數，也是計算各類經濟活動碳排放量必備的基礎數據.本文以此為依據，建立了能源消耗量和碳排放量之間的數量關系.根據2006年政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布的《國家溫室氣體清單指南》，結合我國各項能源的熱值，可以推導計算我國各類能源的碳排放因子.表2為推導計算出的建筑物生命周期常用能源碳排放因子（IPCC假定，能源在相同使用環境下的碳排放系數保持不變）.

3.2 資源碳排放量的計算

根據碳排放產生的基本原理，從建筑物生命周期中各項工作的內容以及資源投入的狀況入手，可以通過測定各類資源的能源消耗量，計算建筑物生命周期碳排放總量，如圖2所示.

由于建筑物生命周期過程投入的資源類型與數量龐大，難以準確統計全部資源的能源消耗狀況.通過對現有文獻成果及技術標準的分析，可以推導分別針對勞動資源投入、生產（辦公）設備資源投入及實體材料資源投入的碳排放估算方法.

圖2 建筑物生命周期碳排放測算方法示意圖

1）人力資源的碳排放總量（TCHr），是指工作人員在工作時間以及非工作時間的衣、食、住、行過程中消耗各類能源導致的CO2排放總量.本文在人力資源碳排放總量計算的過程中，采用人力資源消耗總量（Hr）及人均碳排放數量（CHr）的乘積確定，計算方法如下：

公式（1）中，Hr可以根據現有的專業技術標準以及統計數據資料估算；CHr可以依據我國居民的生活水平狀況，按照碳排放手冊確定不同地區人員的平均碳排放數值，例如：荷蘭環境評估機構（PBL）和歐盟聯合研究中心（JRC）2012年的研究報告顯示 2011年中國人均碳排放量為每年7.2噸.

2）設備類資源包括辦公類設備、施工機械設備和交通運輸設備3大類，其碳排放數量（TCJX）是指根據設備類資源運行過程中的能源消耗數量測算的.測算過程中，需要獲得各類工作過程中投入的設備資源運行時間（TJX）、各類設備資源的單位運行時間能耗（EJX）以及能源碳排放因子（ce），計算如下：

公式（2）中，TJX根據現有的專業技術標準以及統計數據資料估算；EJX與機械運轉的功率直接相關，按照設備出廠的技術性能指標確定.

3）實體材料資源碳排放量（TCM），是指材料從原材料的開采、到加工、包裝、運輸至施工現場的全過程消耗能源所導致的 CO2排放的總量.國內學者通過對常用建筑材料生產過程的分析，測定了一般常用建筑材料碳排放系數（cM），即單位數量某種建筑材料的碳排放量，見《綠色奧運建筑評估體系》和《2006年國家溫室氣體排放清單指南》.由此，TCM可以根據建筑物生命周期各階段投入的各類實體材料資源的總量（TM）與單位量實物資源碳排放系數（cM）的乘積的總和，計算公式如下：

4 建筑物生命周期碳排放測算的簡化方法

4.1 建筑服務性資源投入過程的碳排放測算

服務性資源投入階段包括工程咨詢、工程設計、工程監理、工程造價咨詢和物業管理五類工作內容.由于服務類工作內容特點是沒有大量的材料、設備投入，因此消耗能源數量少，相應產生的直接碳排放極少，碳排放構成如圖3所示.

圖3 服務類工作資源投入的碳排放構成示意圖

由于大型公建筑生命周期碳排放消耗量構成中，服務類項目的碳排放比重低，按照圖3所示方式分項測算各類能源的消耗量需要投入大量的基礎性工作，且個別基礎數據缺乏導致部分能耗測算不準.本文采用單位GDP能耗（EGDP）做為基礎數據，計算單位GDP的碳排放量（CGDP），從而根據咨詢服務類項目費用總額（TFS）測算CO2排放總量（TCs），計算方法如公式（4）.

根據我國每年統計公報中的能耗狀況以及GDP數據，可以計算萬元 GDP的碳排放量（CGDP）.例如，根據中華人民共和國2012年國民經濟和社會發展統計公報，我國2012年能源消費總量 36.2億噸標準煤，全年國內生產總值為519322億元，則2012年我國單位GDP的能耗及CO2排放量計算過程如公式（5）、（6）所示（標準煤碳排放因子為2.493t）：

4.2 建筑實體性資源投入過程的碳排放測算

建筑實體性資源投入過程包括建筑物建造、本體使用維修、建筑設備更新、拆除與回收等工作過程.此類過程碳排放測算所需基礎數據中，技術工人投入量（Wr）、建筑材料投入量（Wm）、施工機械設備投入量（Wj）以及拆除過程資源回收量（HSm）可以根據現有技術標準準確估算；實體資源投入過程中的其他勞動資源、辦公設備資源投入量難以按照單一建筑物進行核算，但根據建筑類企業的運作管理模式，可以核算該部分投入的總費用（QTGDP）.根據建筑實體性資源投入過程數據結構的特點，此類過程碳排放量由技術工人投入的碳排放、建筑材料碳排放、施工機械投入碳排放、其他產值碳排放以及資源回收降碳量五個部分構成，碳排放的構成及測算程序如圖4所示.

根據圖4所示的碳排放計算程序，實體性資源投入過程的碳排放量（TCm）可按照公式（7）計算：

4.3 建筑物生命周期碳排放量測算實例

某學校建筑面積為24000 m2，根據可行性研究報告中提供的鋼結構及鋼筋混凝土結構2個設計方案，按照本文提出的測算方法，對服務性資源投入及實體資源投入過程的碳排放量測算結果見表 3，表4.

圖4 建筑實體性資源投入過程碳排放構成示意圖

表3 服務性資源投入過程碳排放量匯總表

表4 實體性資源投入過程碳排放量匯總表

測算結果顯示：鋼結構設計方案建筑物生命周期碳排放總量為344991.51t，混凝土框架結構設計方案建筑物生命周期碳排放總量為343790.36t，鋼結構方案碳排放量高于混凝土框架結構.

該測算結果與目前專業人員的認知相矛盾.通過對測算過程的中間數據分析，原因在于鋼結構在建造過程中材料資源的能耗以及使用階段修繕維護的能耗高于混凝土框架結構.

5 結論與建議

5.1 結論

1）建筑物做為溫室氣體的主要排放源，對其生命周期碳排放量進行測算是十分必要的.本文根據生命周期評價方法，構建了建筑物碳排放測算模型，提出了涵蓋建筑物生命周期各環節的碳排放量測算方法.實例證明，本文所提出的方法可以用于不同設計方案碳排放的測算和比較，具有較強的可操作性，所得測算數據比現有方法更為全面準確.

2）以碳排放量作為評價目標的建筑物全生命周期評價模型，應從便于碳排放測算的角度出發界定模型的范圍以及資源的輸入輸出.根據建筑物生命周期中輸入的勞動資源、材料資源以及生產（辦公）設備資源三大基礎性資源的不同，可將建筑物生命周期各類工作過程劃分為兩類：其一，不包含材料資源投入的服務性工作過程；其二，包含材料資源投入的實體性資源投入的工作過程.

3）建筑物生命周期碳排放量測算的理論方法是通過測定各類能源的消耗數量以及相應能源的碳排放因子進行.由于建筑物的生命周期時間歷程久遠且能源消耗狀態復雜，存在著難以按照單一建筑物準確統計能源消耗數量的問題.采用核算各類資源投入的數量以及單位資源的碳排放量、從而測算建筑物生命周期碳排放總量的方法，可以有效解決無法單獨核算建筑物各類能源消耗的問題.

引入單位GDP能耗水平以及單位能耗碳排放量兩個參數，依據服務性資源投入過程的GDP總值即可測算該過程的碳排放量.這種按照 GDP總額進行碳排放量測算的方法簡便易行，可以有效解決建筑物生命周期過程中投入的部分資源數量難以準確核算的問題，對于碳排放量少、測算過程復雜的建筑物生命周期工作過程尤其有效.

5.2 建議

1）建筑物生命周期碳排放的測算，需要大量的基礎數據支撐.由于建筑領域已有基礎數據并不完整，本文所提出的測算方法仍屬于估算范疇，測算范圍全面，但精度不高.碳排放測算后續工作的重點在于完善碳排放測算的基礎數據，以提高碳排放測算的精度.根據現有文獻數據的情況分析，基礎數據的完善主要集中在勞動資源以及材料資源投入過程.

2）在勞動資源投入的碳排放測算過程中，勞動資源投入數量以及單位勞動資源碳排放量數據均不完整.除建造階段的勞動資源投入量以外，其他勞動資源投入的數量均難以清晰統計，建議在今后的研究工作過程中，加強對各類勞動資源投入數量的監測，以定額形式確定各類工作過程的勞動資源配置數量，為碳排放測算提供依據.在單位勞動資源碳排放量測算過程中，影響因素包括了地理氣候條件、人的生活習慣、地區消費水平等因素，存在很大的地區性差異，建議分區域測算單位勞動資源碳排放量，以提高勞動資源碳排放測算的精度.

3）材料資源在材料生產、加工以及運輸的過程中產生的碳排放，是建筑物生命周期碳排放的主要來源.根據現有的相關技術標準，材料資源的投入數量可以準確核算.對已有建筑物常用的單位材料資源碳排放量標準，應該隨著工藝的變化、供應渠道的變化等出現差異，在今后的研究工作中，應建立分區域的各類材料碳排放標準數據，并隨材料生產工藝的變化及時更新.

［1］ Ngowi A B. Creating competitive advantage by using environment friendly building process［J］.Building and Environment, 2001（36）：291-298.

［2］ Kim S. Life cycle assessment of embodied energy for building materials focused on high-rise apartments［C］. Proceeding of the World Renewable Energy Congress (WREC), Florence, 1998：155-1562.

［3］ Harvey R C. The Construction Industry of Great Britain［M］. Great Britain: Reed Education and ProfessionalPublishing Ltd, 1997.

［4］ Cousins F, McGregor A. Specifying a green building［C］. Green building challenge’98 international conference on the Performance assessment of buildings. Canada. Vancouver, 1998：26-28.

［5］ 趙忠超，Simanic Branko，程林.既有建筑采用可再生能源節能改造技術分析［J］.建筑經 濟，2009（2）：96-99.

［6］ 劉念雄，汪靜，李嶸.中國城市住區C02排放量計算方法［J］.清華大學學報（自然科學版），2009，49（9）：1433-1436.

［7］ 李啟明，歐曉星.低碳建筑概念及其發展啟示［J］.建筑經濟，2010（2）：41-43.

［8］ 何福春，付祥釗.關于建筑碳排放量化的思考與建議［J］.資源節約與環保，2010（6）：20-22.

［9］ 張智慧，尚春靜，錢坤.建筑生命周期碳排放評價［J］.建筑經濟，2010（2）：44-46.

［10］ Leif Gustavsson, Anna Joelsson, Roger Sathre. Life cycle primary energy use and carbon emission of an eight-storey wood-framed apartment building［J］. Energy and Buildings, 2010，42（2）：230-242.

［11］ Gerilla G P, Teknomo K, Hokao K. An environmental assessment of wood and steel reinforced concrete housing construction［J］. Building and Environment, 2007，42（7）：2778-2784.

［12］ Neil May. Low carbon buildings and the problem of human behavior［J］. Natural Building Technologies, 2004，（6）：65-78.

［13］ Bribian, Uson, Scarpellini. Life cycle assessment in buildings: State-of -the-art and simplified LCA methodology as a complement for building certification［J］. Building and Environment, 2009，44（12）：2510-2520.

［14］ Eggleston H S, Buendia L, Miwa K, Ngara T, Tanabe K.《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》，日本全球環境戰略研究所，ISBN 92-9169-520-3，2006.

［15］ 耿勤，國家統計局能源司. 《能源統計工作手冊》［M］.中國統計出版社，ISBN：9787503759048. 2010.

On the Simplified Calculating Methods of Building Life-cycle Carbon Emissions

LI Dongqing
（Shenzhen Construction Cost Management Station, Shenzhen, Guangdong 518031, China）

As the important measures to reduce the building’s carbon emissions, low-carbon buildings and their related low-carbon technologies need to be evaluated by measuring their carbon emissions. Based on the existing research results and the practice of construction projects in China, the carbon emissions measurement methods of labor, materials and equipment was proposed in this paper, with the carbon emission of the building life-cycle as an evaluation index. Because the amount of some resources investment in building life-cycle is difficult to calculate, a simplified carbon emissions calculating method in the process of materials resources and service resources input was established. Also, a comparison of carbon emissions between different design schemes of the same project was carried out. The results of the comparison showed that the simplified carbon emissions evaluating model this paper proposed is very practical, and it will be especially effective for low-carbon building evaluation.

carbon emissions; low-carbon buildings; building life-cycle; carbon emissions calculation; the simplified model of carbon emissions

TU201.5；X16

A

1672-0318（2016）05-0031-08

10.13899/j.cnki.szptxb.2016.05.007

2016-05-16

李冬青（1962-），女，遼寧人，碩士，高級工程師，研究方向為建筑經濟評價.