低碳性評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)建筑設(shè)計(jì)的影響

曹泰然

摘要：本文探討了建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)指標(biāo)的方法和分析，為建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)體系的完善提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)資料。對(duì)建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則進(jìn)行分析，以建筑物全壽命周期碳排量預(yù)算值作為總指標(biāo)，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(jì)對(duì)碳排量的可控性研究。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；低碳性；影響

中圖分類號(hào)：TU201.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3024（2016）13-216-02

引言

隨著綠色建筑、低碳經(jīng)濟(jì)以及低碳建筑研究的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者已對(duì)低碳建筑評(píng)價(jià)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(jì)基本決定了建筑的各項(xiàng)指標(biāo)，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(xiàng)目策劃階段的目標(biāo)，在設(shè)計(jì)階段提供合理的設(shè)計(jì)方案。為滿足設(shè)計(jì)的低碳性評(píng)估、分析及確定設(shè)計(jì)優(yōu)化的方向和技術(shù)，需要結(jié)合建筑設(shè)計(jì)各專業(yè)的構(gòu)成內(nèi)容，構(gòu)建建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)估體系。

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)體系對(duì)低碳建筑設(shè)計(jì)缺乏具體指標(biāo)因素，本文從建筑物碳排量的構(gòu)成及設(shè)計(jì)可控性兩方面進(jìn)行分析，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，作為評(píng)估體系構(gòu)建的基礎(chǔ)。

1.建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則

人類活動(dòng)所產(chǎn)生的碳排放，歸根結(jié)底是對(duì)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(dòng)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(dòng)的多樣性、復(fù)雜性、大量性及進(jìn)程的不可逆，設(shè)計(jì)中的許多因素都會(huì)影響其后續(xù)各階段的相關(guān)活動(dòng)，且不同專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容有所不同，建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取應(yīng)當(dāng)遵循科學(xué)性、全面性、重要性等原則。

依據(jù)科學(xué)性原則，建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)反映各專業(yè)的設(shè)計(jì)情況，并能反映建筑物各部分對(duì)碳排量的影響，以定量注的評(píng)價(jià)指標(biāo)為主，輔以部分定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，有利于不同的設(shè)計(jì)方法得到科學(xué)的比較。此外，在總指標(biāo)的涵蓋范圍內(nèi)分析系統(tǒng)的詳細(xì)構(gòu)成，不僅要有反映總體效應(yīng)的“總”指標(biāo)，還要考慮各專業(yè)構(gòu)成數(shù)啪“分”指標(biāo)，為各專業(yè)提供相對(duì)獨(dú)立的評(píng)價(jià)指標(biāo)：同時(shí)還應(yīng)考慮設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)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(dāng)，重點(diǎn)選取突出反映建筑設(shè)計(jì)控制因素的指標(biāo)。

2.建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)體系結(jié)構(gòu)層次及指標(biāo)設(shè)定

指標(biāo)體系是反映建筑設(shè)計(jì)控制和影響建筑物全壽命周碳排量的狀況，在建筑設(shè)計(jì)階段通過對(duì)設(shè)計(jì)成果的分析，對(duì)建筑物全壽命周期碳排量進(jìn)行預(yù)算，判定設(shè)計(jì)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(gè)總體目標(biāo)值，由多個(gè)分項(xiàng)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(biāo)及層次的構(gòu)建到指標(biāo)設(shè)定的順序，按照總體目標(biāo)——分系統(tǒng)層——子系統(tǒng)層的層次體系構(gòu)建建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)體系。

2.1建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)總目標(biāo)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(duì)地球的一個(gè)長期承諾，建筑物低碳性的評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)是對(duì)其全壽命周期的研究，將減少建筑物整個(gè)生命過程中的碳排量設(shè)定總體目標(biāo)，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)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(jì)低碳性評(píng)價(jià)的總指標(biāo)。關(guān)于碳排量的計(jì)算方法，按照碳排放與建筑活動(dòng)對(duì)應(yīng)的基本原理，已有較多研究采用碳排放系數(shù)法計(jì)算碳排量，計(jì)算公式如下：

式中，A代表產(chǎn)生碳排放的活動(dòng)量，可稱為建筑活動(dòng)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(dòng)所產(chǎn)生的碳排量。采用碳排放系數(shù)法計(jì)算建筑各項(xiàng)活動(dòng)的碳排量并求和，按照設(shè)計(jì)分析的需要計(jì)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(jì)低碳性評(píng)價(jià)體系分系統(tǒng)層次確定

評(píng)價(jià)體系中分系統(tǒng)層次的構(gòu)建，是在總指標(biāo)的領(lǐng)域內(nèi)基于對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的分類研究，應(yīng)當(dāng)與碳排放總量的構(gòu)成類別相對(duì)應(yīng)。結(jié)合建筑物全壽命周期碳排量計(jì)算與設(shè)計(jì)分析，可采用三種分類方法：（1）按照生命周期發(fā)展階段進(jìn)行分類，（2）按照碳排放的產(chǎn)生過程進(jìn)行分類，（3）按照碳排放系數(shù)計(jì)算法中的建筑活動(dòng)數(shù)據(jù)的獲取方法進(jìn)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(jì)低碳性評(píng)價(jià)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(dòng)數(shù)據(jù)類型和碳排量類別可以看出，設(shè)計(jì)階段碳排量由建筑規(guī)模估算而得，不受各專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的影響：計(jì)算材料運(yùn)輸碳排量的兩個(gè)活動(dòng)數(shù)據(jù)中的運(yùn)輸距離也不受設(shè)計(jì)內(nèi)容影響，但材料數(shù)量由設(shè)計(jì)決定，因此可將材料運(yùn)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(jì)低碳性評(píng)價(jià)體系的分系統(tǒng)層次及相關(guān)指標(biāo)如表1所示。

3.建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)層次構(gòu)成指標(biāo)因素分析

3.1建筑材料使用部分碳排量指標(biāo)

建筑材料在生產(chǎn)過程中消耗能源及發(fā)生化學(xué)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(yùn)行階段中的維護(hù)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(jìn)入到另一個(gè)建筑物的生命周期，回收材料中蘊(yùn)含的碳排量應(yīng)當(dāng)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(dòng)的對(duì)應(yīng)貫穿于建造、運(yùn)行和拆除3個(gè)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(gè)重要內(nèi)容，作為建筑成本藤的一項(xiàng)重要數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)建筑經(jīng)濟(jì)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(huì)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(yùn)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(dòng)以建造階段為主，拆除階段為輔，運(yùn)行階段相關(guān)施工活動(dòng)一般以小型機(jī)械設(shè)備為，消耗的能量較少。在目前的項(xiàng)目管理過程中，施工圖預(yù)算包括施工機(jī)械設(shè)備的消耗量，我國也已有較成熟的定額對(duì)各種機(jī)械設(shè)備單位臺(tái)班的能耗加以限定。

各階段涉及到施工機(jī)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(jì)階段可根據(jù)我國已有的預(yù)算體系，得到施工機(jī)械設(shè)備的臺(tái)班消耗量和能耗，再乘以相應(yīng)的碳排放系數(shù)計(jì)算出施工過程機(jī)械設(shè)備能耗部分碳排量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.3建筑物運(yùn)行階段使用能耗碳排量及設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

建筑物運(yùn)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?xì)鉃橹鳎胁膳貐^(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(fēng)能耗，與建筑設(shè)計(jì)關(guān)系密切。合理的建筑體型，良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)，都可以減少建筑使用能耗。根據(jù)碳排放系數(shù)法的計(jì)算原理，能源消耗的數(shù)量和種類是決定碳排量的兩個(gè)基本因素，采用日常使用能耗碳排量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要包括照明、采暖、空調(diào)活動(dòng)的能耗碳排量。

3.4場(chǎng)地處理碳排量相關(guān)數(shù)據(jù)及指標(biāo)

植物在生長過程中對(duì)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(chǎng)地處理碳排量計(jì)算包括建造階段對(duì)綠化破壞而減少的碳匯和運(yùn)行階段場(chǎng)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(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于運(yùn)行階段，分系統(tǒng)層次保留運(yùn)行階段場(chǎng)地處理碳匯量這一指標(biāo)。影響場(chǎng)地處理中綠化部分碳匯量的主要有場(chǎng)地栽植類型、場(chǎng)地栽植面積兩個(gè)。

3.5水資源消耗的碳排量指標(biāo)與給排水設(shè)計(jì)

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(xiàng)活動(dòng)，考慮水資源的回收利用，根據(jù)建筑用水量計(jì)算水資源消耗碳排量及回用減碳量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

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(hù)，主要由施工組織管理決定；建筑設(shè)計(jì)低碳性設(shè)計(jì)主要考慮運(yùn)行階段建筑物的用水量設(shè)計(jì)，通過節(jié)水管道及節(jié)水終端設(shè)計(jì)減少用水量，設(shè)計(jì)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(jì)低碳性評(píng)估體系指標(biāo)權(quán)重研究

根據(jù)前文對(duì)建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)體系分系統(tǒng)層次的設(shè)計(jì)，在分系統(tǒng)層次下，依據(jù)建筑設(shè)計(jì)各專業(yè)對(duì)相關(guān)碳排量的影響及控制，調(diào)查評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)可控性。筆者采用了問卷調(diào)查的方式，進(jìn)一步分析碳排放來源和設(shè)計(jì)的相關(guān)性，確定子系統(tǒng)構(gòu)成中的指標(biāo)因素的影響力。

考慮設(shè)計(jì)對(duì)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(jì)內(nèi)容的研究，采用專家咨詢和問卷進(jìn)行調(diào)研，對(duì)各項(xiàng)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(dòng)所產(chǎn)生的碳排量差別較大，評(píng)價(jià)指標(biāo)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(jì)算影響系數(shù)，與設(shè)計(jì)可控性權(quán)重相加，再求取權(quán)重，主要數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果見表2所示。

5.結(jié)語

與建鞏相關(guān)的活動(dòng)所產(chǎn)生的碳排放構(gòu)成了人類活動(dòng)碳排放要部分，必須對(duì)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)、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(jì)低碳性的評(píng)價(jià)指標(biāo)只是評(píng)價(jià)體系構(gòu)成的一個(gè)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)制度等方面進(jìn)一步研究，全面保證建筑設(shè)計(jì)低碳性的實(shí)現(xiàn)。