老舊小區改造的減碳潛力評估

文／任夢玉 浙江大學建筑工程學院 碩 士

羅曉予 浙江大學建筑工程學院 浙江大學平衡建筑研究中心 副教授 博 士（通訊作者）

葛 堅 浙江大學建筑工程學院 教 授 博 士

引言

2019 年，中國的碳排放量達到92.29 億噸，超過了美國和歐盟的總和，占全球總排放量的近1/3，是世界上碳排放增量最大的國家[1]。為積極應對氣候變化的戰略要求，我國把應對氣候變化作為國家重大戰略和生態文明建設的重大舉措。在2015 年巴黎氣候大會承諾我國碳排放將于2030 年達到峰值，2030 年單位GDP 碳排放比2005 年下降60%～65%[2]。2020 年9月，在第75 屆聯合國大會上我國提出，將努力在2060 年實現“碳中和”。據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）統計，建筑行業已成為全球三大溫室氣體排放源之一，排放了約40%的溫室氣體，且具有最大的節能潛力[3]。

城市住宅建筑產生的碳排放占建筑行業碳排放的比例超過40%。2000 年至2018 年，中國城市住宅建筑產生的CO2排放量從2.891 億噸攀升至8.91 億噸[4]。目前已經有一些學者開展了社區層面的碳排放核算。例如，黃建等對蘇州一個新建社區的碳排放進行核算，核算內容為建筑能耗、交通、廢棄物處理、水資源四大系統在使用階段所產生的碳排放，并且提出了一系列的碳減排方案[5]。陳莎等對北京既有社區的能源消耗（用電、用氣、采暖）、交通出行、廢棄物和綠地碳匯的碳排放進行了核算[6]。但是較少有研究對老舊小區改造的減碳潛力進行量化評估。結合目前老舊小區改造工作的推進，在改造中增加低碳化目標并評估其減碳潛力，將對城市低碳發展有重要意義。

1 研究方法

本文分別對老舊小區既有使用階段的碳排放和技術措施的減碳潛力進行核算，核算清單如圖1 所示。首先從景觀綠化、建筑單體、水資源、固廢物和基礎配套五個方面對老舊小區階段的碳足跡進行核算，掌握老舊小區的碳排放現狀。接下來，根據現場調研提出適用于老舊小區低碳化改造的技術措施，并基于生命周期理論對技術措施實施后可能實現的碳減排效益進行評估，評估內容包括施加減碳措施所增加的物化階段碳排放（主要指新增建材生產、運輸、施工）、拆除階段所產生的碳排放（主要指新增建筑垃圾的處理）和所能降低的運行階段碳排放量。

圖1 核算清單內容（圖片來源：作者自繪）

核算采用排放因子法（Emission-Factor Approach）進行核算，排放因子法是IPCC 提出的第一種碳排放方法，也是目前廣泛應用的方法[7]。即溫室氣體排放量由排放源的活動水平與相對應的排放因子相乘得到。核算公式如下所示：

圖2 和睦新村平面圖及現狀（圖片來源：作者自繪、自攝）

各個階段的具體核算公式和對應的碳排放因子主要參考住建部頒布的《建筑碳排放計算標準》GB/T 51366-2019[8]；部分碳排放因子來源于相關文獻[9-12]。

2 案例計算

2.1 案例概況

研究選取位于浙江省杭州市的和睦新村作為研究對象。和睦新村建造于1988 年，共有54 幢住宅，現有3566 戶居民，建筑面積17 萬m2。以50 年的設計使用年限為參照，該小區的剩余使用年限為16 年。

2.2 既有使用階段的核算

本案例既有使用階段的活動水平數據及其來源見表1。通過對住戶進行抽樣問卷調查獲取居住建筑內部的電耗、氣耗和水耗，共計咨詢了64 戶；其他公共區域的活動水平數據通過總平面圖、實地調研、咨詢社區管理部門和參考行業統計值進行確定。

表1 既有使用階段的活動水平數據（表格來源：作者自繪）

按照所收集的活動水平數據進行核算，得到本案例改造前使用階段的碳排放結果如圖3所示。改造前使用階段的碳排放為9721tCO2/年，單位建筑面積排放57.18kgCO2/（m2·年），人均碳排放為1155.1kgCO2/年。其中景觀綠化碳匯抵消了-3.29%的排放；建筑單體耗能產生碳排放占比最高（84.17%），其次是固體廢棄物處理（10.20%），水資源和基礎配套的碳排放分別占8.62%和0.30%。從各活動水平的碳排放來看，最主要的碳排放源是居住建筑電耗、氣耗和固體廢棄物（大多數為生活垃圾）。

圖3 既有使用階段碳排放（圖片來源：作者自繪）

2.3 減碳措施的核算

對該小區進行了實地調研，認為可以實施的改造措施包括建筑單體層面的節能燈具更換、太陽能光伏利用、屋面保溫增設；水資源方面的雨污分流改造、雨水回收利用；固廢物方面的垃圾回收處理和基礎配套層面的節能路燈更換。

2.3.1 分項核算

（1）建筑單體

（a）更換節能燈具

老舊小區內的單元樓道內燈具光源還存在白熾燈的使用，更換為LED 節能高效光源能夠降低能耗。假設原本為12W 的燈具，日工作時長為8 小時；更換為自動感應節能燈具，功率為6W，日工作時長縮短為6 小時。則每年能夠節約電耗34MWh。考慮燈具的生產和拆除所產生的排放，案例更換節能燈具的碳排放影響如表2 所示，合計能夠降低384.5tCO2，拆除階段的碳減排來源于建材的回收利用。

表2 案例更換節能燈具的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

（b）太陽能光伏增設

太陽能光伏技術的發展和應用對于建筑節能減排有很大的現實意義，在居住建筑中應用太陽能光伏系統，對于整個生態城市的建設有巨大價值[13]。城鎮老舊小區改造為推廣建筑光伏系統提供了機遇[14]。

假設屋面光伏可利用系數取0.5[15]，鋪設發電效率為15%的單晶硅發電組件，光伏發電系統的損失效率為25%[8]，則使用階段光伏系統的發電量可根據下式進行計算。

式中，Epv——光伏系統發電量（kWh）；I——光伏電池表面的太陽輻射強度（kWh/m2）；KE——光伏電池發電效率（%）；ε——光伏系統損失效率（%）；Ap——光伏系統面積（m2）。

根據相關研究[16]，1m2光伏組件在生產階段和使用階段分別產生160.86kgCO2和4.93kgCO2的碳排放，拆除階段的碳排放為-9.88kgCO2。該小區的屋頂建筑面積合計為32684m2，經核算，案例增設屋面太陽能光伏的碳排放影響如表3 所示。該項措施在物化階段產生的碳排放比較高，但使用階段的減碳效益也更加顯著，能夠降低小區生命周期碳排放量17867.9tCO2。

表3 案例增設屋面光伏的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

（c）屋面保溫增設

既有建筑的圍護結構熱工性能較差，能耗損失嚴重。增設屋面保溫將對住宅供暖、空調能耗產生較好的效益。根據相關研究，若既有住宅建筑的屋面增設40mm 厚擠塑聚苯板（XPS），采暖制冷能耗能夠降低12%左右[17,18]。基于此，若在案例小區的改造中，增設所有居住建筑的屋面保溫，將能夠取得很高的節能減排效果，核算結果如表4 所示，實現生命周期碳減排4340.4tCO2。

表4 案例增設屋頂保溫的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

（2）水資源

（a）雨污分流改造

由于建設年代較早，老舊小區的排水系統大多為雨污合流系統，造成污水處理廠進水水質低下，降低了污水處理廠的運行效率[19]。對排水管網進行雨污分流改造，能夠減少合流至污水處理廠時雨水處理所消耗的能耗，降低對環境的污染。本案例需要改造管網9000m，開挖、移除土方4648m3，回填764m3，當地年降水量1378.5mm。改造施工工藝，即開挖、移除土方和填土碾壓平整的碳排放因子分別為1.05kgCO2/m3和0.99kgCO2/m3。經 核 算，案例進行雨污分流改造后能夠降低小區生命周期碳排放368.6tCO2，見表5。

表5 案例雨污分流的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

（b）屋面雨水回用

浙江省降水量較為充沛，具備雨水回用條件。此外雨水資源化還能提高城市的雨洪調節功能，具有良好的節水效能和環境生態效益。小區屋面雨水不直接與地面接觸，污染小，并且可借助檐溝、雨落管直接收集利用[20]，在雨水路徑的末端增設蓄水池、雨水處理設備收集回用雨水，可以用于小區內綠化及路面澆灑[21]。雨水回用的計算方法如下[22]：

根據計算，案例的蓄水池容積為215m3，采用混凝土澆筑；年雨水回收利用量為23350m3。計算得到案例中增設雨水回用系統后的碳排放影響如表6 所示，使用階段的碳排放能夠降低112.1tCO2，考慮物化階段和拆除階段，最終實現減碳量為84.5tCO2。

表6 案例增設雨水回用的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

（3）垃圾回收利用

小區內垃圾收集較為雜亂，且垃圾收集點破舊，垃圾桶放在外面供居民投放，管理不佳。如果能夠增加小區內垃圾分類宣傳，嚴格垃圾分類投放管理，規范垃圾處理點，將能夠提高小區內垃圾回收率，降低垃圾處理能耗。對案例小區內的23 處垃圾分類收集設施進行更新，預計消耗主要建材包括混凝土12.7m3，混凝土磚7.3m3，頁巖磚14.0m3。預計實施改造后，生活垃圾回收利用率能夠提升14.53%。核算結果如表7 所示，該措施在生命周期能夠實現2294.3tCO2的減碳量。

表7 案例垃圾回收利用的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

2.3.2 綜合碳減排效益

六項技術措施在本案例小區產生的生命周期碳排放影響如圖4 所示。屋面太陽能光伏增設能實現非常可觀的減碳效果，超過17000tCO2，其次是屋面保溫增設和垃圾回收利用，實現減碳量超過2000tCO2，更換節能燈具和雨污分流改造的減碳量約400tCO2，屋頂雨水回用實現的減碳量相對較少。

圖4 各項措施的碳排放影響（圖片來源：作者自繪）

基于生命周期理論，案例小區在實施這六項減碳技術后共能實現碳排放降低25340.2tCO2，措施在物化階段和拆除階段產生了2518.6tCO2。碳減排效益主要來源于建筑單體的減碳（22592.8tCO2），其次是固廢物，減少2294.3tCO2，水資源方面共實現了453.1tCO2的減碳量。案例小區實施這六項減碳措施后平均每年能夠降低碳排放1563.8tCO2，減碳率能夠達到16.3%。

結語

本文通過實地調研，梳理了老舊小區使用階段的碳排放清單，并提出了改造措施的減碳潛力核算方法。根據案例——和睦新村的核算結果，改造前使用階段的碳排放為9721tCO2/年，單位建筑面積排放57.18kgCO2/（m2·年），人均碳排放為1155.1kgCO2/年。最主要的碳排放源是居住建筑電耗、氣耗和固體廢棄物（大多數為生活垃圾）。通過對六項減碳措施進行碳潛力核算，發現實施六項措施能夠實現碳排放每年降低1563.8tCO2，減碳率能夠達到16.3%。減碳效果最好的措施是屋面太陽能光伏增設，其次是屋面保溫增設和垃圾回收利用，更換節能燈具和雨污分流改造也有較好的減碳效果，屋頂雨水回用實現的減碳量相對較少。本研究對目前能夠在老舊小區改造中進行實施的減碳措施進行了碳減排效果的量化分析，為老舊小區的低碳化改造提供依據。