低碳性評價指標對建筑設(shè)計的影響

曹泰然

摘要：本文探討了建筑設(shè)計低碳性評價指標的方法和分析，為建筑設(shè)計低碳性評價體系的完善提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)資料。對建筑設(shè)計低碳性評價指標選取原則進行分析，以建筑物全壽命周期碳排量預(yù)算值作為總指標，根據(jù)碳排放系數(shù)法的基本原理和碳排量的分類構(gòu)成，結(jié)合建筑設(shè)計對碳排量的可控性研究。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計；低碳性；影響

中圖分類號：TU201.5文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-216-02

引言

隨著綠色建筑、低碳經(jīng)濟以及低碳建筑研究的發(fā)展，國內(nèi)外學者已對低碳建筑評價體系做了相關(guān)研究，低碳建筑是綠色建筑的深化。在建筑物的生命周期內(nèi)，建筑設(shè)計基本決定了建筑的各項指標，施工依據(jù)圖紙，使用階段能耗由建筑特性決定，因此必須根據(jù)項目策劃階段的目標，在設(shè)計階段提供合理的設(shè)計方案。為滿足設(shè)計的低碳性評估、分析及確定設(shè)計優(yōu)化的方向和技術(shù)，需要結(jié)合建筑設(shè)計各專業(yè)的構(gòu)成內(nèi)容，構(gòu)建建筑設(shè)計低碳性評估體系。

在項目設(shè)計階段，建筑物全壽命周期碳排量預(yù)算值從整體概念上反映建筑低碳性。已有的綠色建筑評價體系對低碳建筑設(shè)計缺乏具體指標因素，本文從建筑物碳排量的構(gòu)成及設(shè)計可控性兩方面進行分析，確定評價指標，作為評估體系構(gòu)建的基礎(chǔ)。

1.建筑設(shè)計低碳性評價指標選取原則

人類活動所產(chǎn)生的碳排放，歸根結(jié)底是對化石能源的使用，建筑物在其生命過程產(chǎn)生碳排放的活動類型主要可分為兩大類：一是來自于能源的直接使用，另一類是建筑物所消耗的建筑材料及其他物質(zhì)資源在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的碳由于建筑物生命活動的多樣性、復(fù)雜性、大量性及進程的不可逆，設(shè)計中的許多因素都會影響其后續(xù)各階段的相關(guān)活動，且不同專業(yè)設(shè)計內(nèi)容有所不同，建筑設(shè)計低碳性評價指標的選取應(yīng)當遵循科學性、全面性、重要性等原則。

依據(jù)科學性原則，建筑設(shè)計低碳性評價指標體系應(yīng)反映各專業(yè)的設(shè)計情況，并能反映建筑物各部分對碳排量的影響，以定量注的評價指標為主，輔以部分定性評價指標，有利于不同的設(shè)計方法得到科學的比較。此外，在總指標的涵蓋范圍內(nèi)分析系統(tǒng)的詳細構(gòu)成，不僅要有反映總體效應(yīng)的“總”指標，還要考慮各專業(yè)構(gòu)成數(shù)啪“分”指標，為各專業(yè)提供相對獨立的評價指標：同時還應(yīng)考慮設(shè)計內(nèi)容對建筑物全壽命周期碳排量影響的重要性，做到主次有別，取舍得當，重點選取突出反映建筑設(shè)計控制因素的指標。

2.建筑設(shè)計低碳性評價體系結(jié)構(gòu)層次及指標設(shè)定

指標體系是反映建筑設(shè)計控制和影響建筑物全壽命周碳排量的狀況，在建筑設(shè)計階段通過對設(shè)計成果的分析，對建筑物全壽命周期碳排量進行預(yù)算，判定設(shè)計成果在低碳性方面的優(yōu)劣。建筑物全壽命周期碳排量是一個總體目標值，由多個分項構(gòu)成，從建筑物全壽命周期碳排放構(gòu)成基本原理出發(fā)，從目標及層次的構(gòu)建到指標設(shè)定的順序，按照總體目標——分系統(tǒng)層——子系統(tǒng)層的層次體系構(gòu)建建筑設(shè)計低碳性評價體系。

2.1建筑設(shè)計低碳性評價總目標設(shè)置

建筑物全壽命周期各階段的碳排量具有相關(guān)性，減少排放，是人類對地球的一個長期承諾，建筑物低碳性的評價應(yīng)當是對其全壽命周期的研究，將減少建筑物整個生命過程中的碳排量設(shè)定總體目標，根據(jù)建筑設(shè)計圖紙預(yù)算，將建筑物全壽命周期碳排麵算值作為建筑設(shè)計低碳性評價的總指標。關(guān)于碳排量的計算方法，按照碳排放與建筑活動對應(yīng)的基本原理，已有較多研究采用碳排放系數(shù)法計算碳排量，計算公式如下：

式中，A代表產(chǎn)生碳排放的活動量，可稱為建筑活動數(shù)據(jù)：K為碳掃[*系數(shù)，也稱為碳排放因子，表示單位活動所產(chǎn)生的碳排量。采用碳排放系數(shù)法計算建筑各項活動的碳排量并求和，按照設(shè)計分析的需要計算出某階段或某類別的碳排量，歸總后可得到建筑物全壽命周期碳排量。

2.2建筑設(shè)計低碳性評價體系分系統(tǒng)層次確定

評價體系中分系統(tǒng)層次的構(gòu)建，是在總指標的領(lǐng)域內(nèi)基于對評價對象的分類研究，應(yīng)當與碳排放總量的構(gòu)成類別相對應(yīng)。結(jié)合建筑物全壽命周期碳排量計算與設(shè)計分析，可采用三種分類方法：（1）按照生命周期發(fā)展階段進行分類，（2）按照碳排放的產(chǎn)生過程進行分類，（3）按照碳排放系數(shù)計算法中的建筑活動數(shù)據(jù)的獲取方法進行分類。結(jié)合建筑物生命周期碳排量分類方法的研究成果，尋找各分類數(shù)據(jù)的相關(guān)性，以確定建筑設(shè)計低碳性評價體系的分系統(tǒng)層次，三種分類方法所確定的碳排放類型及數(shù)據(jù)相關(guān)性如圖1所示。

從圖1所列活動數(shù)據(jù)類型和碳排量類別可以看出，設(shè)計階段碳排量由建筑規(guī)模估算而得，不受各專業(yè)設(shè)計內(nèi)容的影響：計算材料運輸碳排量的兩個活動數(shù)據(jù)中的運輸距離也不受設(shè)計內(nèi)容影響，但材料數(shù)量由設(shè)計決定，因此可將材料運輸碳排量也可歸類到材料使用部分，主要受到材料消耗量的影響。綜上所述，建筑設(shè)計低碳性評價體系的分系統(tǒng)層次及相關(guān)指標如表1所示。

3.建筑設(shè)計低碳性評價分析系統(tǒng)層次構(gòu)成指標因素分析

3.1建筑材料使用部分碳排量指標

建筑材料在生產(chǎn)過程中消耗能源及發(fā)生化學反應(yīng)所產(chǎn)生的碳排量在總量中占有較大比例，在建造階段、運行階段中的維護和構(gòu)件更新都有材料的投入，拆除階段部分材料可以回收進入到另一個建筑物的生命周期，回收材料中蘊含的碳排量應(yīng)當從建筑物生命周期碳排放總量中扣除，材料碳排量與建筑活動的對應(yīng)貫穿于建造、運行和拆除3個階段。減少材料的用量是減少建筑物材料內(nèi)含碳排量的首要途徑，建造階段材料酬量是傳統(tǒng)建筑工程概況的個重要內(nèi)容，作為建筑成本藤的一項重要數(shù)據(jù)評價建筑經(jīng)濟性，該數(shù)值也可用于建筑物碳排量的預(yù)算。其次，建筑物構(gòu)件的使用年限也會影響到材料部分的碳排放，提高材料耐久性，延長使用壽命，減少在運行階段的維修和材料更換，可以減少全壽命周期的材料用量及其內(nèi)含碳排量。此外，使用回收系數(shù)較大的建筑材料，增加回收量，可以增加建筑拆除后乘除的材料內(nèi)含碳排量，從全壽命周期的角度減少建筑物碳掃釀總量中的材料內(nèi)含碳排量。

3.2建筑施工能耗碳排量

建筑物生命周期中的施工活動以建造階段為主，拆除階段為輔，運行階段相關(guān)施工活動一般以小型機械設(shè)備為，消耗的能量較少。在目前的項目管理過程中，施工圖預(yù)算包括施工機械設(shè)備的消耗量，我國也已有較成熟的定額對各種機械設(shè)備單位臺班的能耗加以限定。

各階段涉及到施工機械設(shè)備種類和數(shù)量繁多，根據(jù)能量種類的不同，又分為電力消耗量、燃油消耗量、汽油消耗量，設(shè)計階段可根據(jù)我國已有的預(yù)算體系，得到施工機械設(shè)備的臺班消耗量和能耗，再乘以相應(yīng)的碳排放系數(shù)計算出施工過程機械設(shè)備能耗部分碳排量作為評價指標。

3.3建筑物運行階段使用能耗碳排量及設(shè)計評價指標

建筑物運行階段消耗能量所產(chǎn)生的碳排量是其生命周期碳排量的主要部分，消耗能源的類型以電力、燃氣為主，集中采暖地區(qū)直接消耗熱力資源。從建筑內(nèi)部能耗的使用主體和服務(wù)目的來看，可以分為建筑能耗和生產(chǎn)能耗兩大類型，其中生產(chǎn)能耗即建筑內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備能耗由生產(chǎn)工藝決定，與建筑形式無關(guān)，而建筑使用能耗則包括滿足室內(nèi)空間環(huán)境需要所消耗的能量，包括照明、空調(diào)、來暖和通風能耗，與建筑設(shè)計關(guān)系密切。合理的建筑體型，良好的圍護結(jié)構(gòu)性能設(shè)計，都可以減少建筑使用能耗。根據(jù)碳排放系數(shù)法的計算原理，能源消耗的數(shù)量和種類是決定碳排量的兩個基本因素，采用日常使用能耗碳排量作為評價指標，主要包括照明、采暖、空調(diào)活動的能耗碳排量。

3.4場地處理碳排量相關(guān)數(shù)據(jù)及指標

植物在生長過程中對CO₂的吸收量大刊敞量，總體上形成與消減碳排放的碳匯。建筑物場地處理碳排量計算包括建造階段對綠化破壞而減少的碳匯和運行階段場地綠化形成的碳匯，施工階段在建筑物生命周期內(nèi)所占的時間遠遠少于運行階段，分系統(tǒng)層次保留運行階段場地處理碳匯量這一指標。影響場地處理中綠化部分碳匯量的主要有場地栽植類型、場地栽植面積兩個。

3.5水資源消耗的碳排量指標與給排水設(shè)計

自來水的生產(chǎn)和污水處理過程直接產(chǎn)生碳排放，與材料使用相類似，建筑物在生命周期中消耗水資源也是產(chǎn)生碳排放的一項活動，考慮水資源的回收利用，根據(jù)建筑用水量計算水資源消耗碳排量及回用減碳量作為評價指標。

建造階段水資源主要用于混凝土、水泥砂漿的拌和及養(yǎng)護，主要由施工組織管理決定；建筑設(shè)計低碳性設(shè)計主要考慮運行階段建筑物的用水量設(shè)計，通過節(jié)水管道及節(jié)水終端設(shè)計減少用水量，設(shè)計雨水回收及中水回用系統(tǒng)，充分利用水資源。

4.建筑設(shè)計低碳性評估體系指標權(quán)重研究

根據(jù)前文對建筑設(shè)計低碳性評價體系分系統(tǒng)層次的設(shè)計，在分系統(tǒng)層次下，依據(jù)建筑設(shè)計各專業(yè)對相關(guān)碳排量的影響及控制，調(diào)查評價指標設(shè)計可控性。筆者采用了問卷調(diào)查的方式，進一步分析碳排放來源和設(shè)計的相關(guān)性，確定子系統(tǒng)構(gòu)成中的指標因素的影響力。

考慮設(shè)計對碳排量的控制性，按照建筑物全壽命周期5炭構(gòu)成分類及設(shè)計內(nèi)容的研究，采用專家咨詢和問卷進行調(diào)研，對各項調(diào)查結(jié)果取平均值后按照滿分100分采用層析分析法求權(quán)重。生命周期中各種活動所產(chǎn)生的碳排量差別較大，評價指標權(quán)重的確定，還應(yīng)考慮該類碳排量所占的比例。本文根據(jù)已有研究得到全壽命周期碌排放的構(gòu)成比例計算影響系數(shù)，與設(shè)計可控性權(quán)重相加，再求取權(quán)重，主要數(shù)據(jù)計算結(jié)果見表2所示。

5.結(jié)語

與建鞏相關(guān)的活動所產(chǎn)生的碳排放構(gòu)成了人類活動碳排放要部分，必須對建筑設(shè)計進行評價、分析、選擇和優(yōu)化，從源頭上控制建筑物的低碳性。建筑設(shè)計低碳性的評價指標只是評價體系構(gòu)成的一個部分，在此基礎(chǔ)上，還需要結(jié)合建筑的地方性和建筑類別等，從評價標準、評價制度等方面進一步研究，全面保證建筑設(shè)計低碳性的實現(xiàn)。