公共建筑節能減碳技術措施分析*

陳業偉

(中建四局建設發展有限公司,福建 廈門 361006)

0 引言

近年來,公共建筑的規模日益擴大、平均能源消耗強度增長,總能耗在我國建筑能耗中的占比增大。提升建筑能效,減少建筑碳排放是全球應對氣候變化的重要組成部分。公共建筑是我國建筑節能減碳工作的重點,通過建筑領域節能減碳是實現碳達峰、碳中和的重要措施。

根據IEA(international energy agency)[1]數據,建筑建設耗費的自然資源和能源占人類耗費總量的40%,建設項目施工過程中產生的固體廢物約占固體廢物總量的40%;我國能源消耗和CO2排放量中約1/3來自建筑的直接能耗和碳排放;建筑材料的運輸和施工也導致了CO2的排放。目前,我國建筑全生命周期中23%的能源耗費來自施工建造階段,成為建筑碳排放控制中不可或缺的組成部分,低碳施工理念將成為我國建筑施工企業未來發展的新方向。

低碳施工與傳統的文明施工、綠色施工有所不同,低碳施工是二者的升級版,是綠色施工的風向標。《綠色施工導則》中的綠色施工是指工程建設中,在保證質量、安全等基本要求的前提下,通過科學管理和技術進步,最大限度地節約資源與減少對環境負面影響的施工活動,實現四節一環保(節能、節地、節水、節材和環境保護)。雖然綠色建筑涉及碳排放和碳匯含量,但都只是一種附屬產品,并沒有真正將低碳理念滲透到綠色建筑的過程中。低碳建筑相對于綠色建筑來說更偏重于減少CO2排放量。

1 項目規劃設計時節能減碳的常用技術措施

建筑項目節能減碳所采用的技術措施主要有[2-5]:①在項目規劃設計過程中,充分結合計算機模擬技術對建筑方案進行優化;②在設計階段通過計算機模擬建筑的室內外日照、室內采光、室內外自然通風效果等并進行優化,盡量使項目的日照、自然采光和自然通風達到最優狀態;③建筑造型要素簡約,且無大量裝飾性構件,不超過規范要求;④場地內人行通道均采用無障礙設計;⑤采用土建和裝修一體化設計等;⑥采用工廠化生產的建筑預制鋼結構構件、配件及圍護預制構件;⑦采用可循環再利用建筑材料,主要為金屬材料(鋼材、銅等)、玻璃、鋁合金型材、石膏制品、木材等材料,建筑節能率可達到50%以上;⑧外墻采用自保溫技術體系;⑨公共建筑可變化功能的室內空間采用可重復使用的隔斷(墻);⑩綠化方面采用噴灌方式進行節水灌溉;墻體材料綜合考慮結構安全和建筑節能設計的要求,采用蒸壓加氣混凝土砌塊或ALC預制墻板;樓梯及電梯間采用輕型加氣混凝土砌體,采用專用粘合劑砌筑等。

2 項目施工時節能減碳的常用技術措施

以碳排放約束為目標,對怡山商業中心項目進行全過程管控和建筑碳排放計算分析,采取技術可行、經濟合理及環境和社會可承受的措施降低單位建筑面積的碳排放強度。在施工過程中采取節能減碳措施,通過實行低碳施工新技術和改進建設項目施工管理,在確保項目質量、安全和進度,并滿足相關合同要求的基礎上,驗證建筑施工建造階段減碳的可行性,降低建筑建造階段的碳排放。內容包括完成分項工程施工產生的碳排放和各項措施項目實施過程產生的碳排放,更有效、合理地節約資源、減少能源消耗和CO2排放,保護環境,從而實現經濟、社會和環境保護效益的最大化;為我國早日實現節能減碳目標提供方向,為推進公共建筑碳減排政策提供思路。

怡山商業中心項目為高層公共建筑,容積率大,且在施工過程中使用塔式起重機較多,能耗大,減碳空間大。怡山商業中心施工建造階段的節能減碳可通過創新施工組織策劃、建設理念和管理程序來實現。對怡山商業中心進行建筑碳排放計算分析,并采取措施降低單位建筑面積的碳排放量。

2.1 建筑碳排放

建筑全生命周期碳排放包括設計建材生產及運輸階段、建造階段、運行階段和拆除階段的碳排放量總和。建筑碳排放總量中有兩部分占比最大:①建材生產及運輸的碳排放,也稱為建筑固有的碳排放量;②標準運行工況的預測碳排放量和實際運行碳排放量,也稱為標準運行工況下的碳排放量。

建筑碳排放計算及其碳足跡分析,不僅有助于綠色建筑項目進一步達到優化節能、節水、節材等資源節約目標,且有助于進一步明確建筑對我國溫室氣體減排的貢獻量,并采取措施降低單位建筑面積碳排放強度。

目前用于計算碳排放的方法主要有物料平衡算法、實際測量法、模型法及排放因子法4種。物料化學成分復雜的情況不適合用物料平衡算法,復雜的活動過程和大量的數據使分類檢測難以實現。測量方法對試驗條件和數據處理方法要求較高,易影響測量的準確性和數據的代表性。只要能得到碳排放的活度數據和經計算得出的碳排放系數,碳排系數的計算方法就可以變得更直接、簡單、可靠。

建筑物在材料生產、運輸、施工及拆除、運行及維護等各階段均產生碳排放,對環境造成影響[6-8]。GB/T 51366—2019《建筑碳排放計算標準》及JGJ/T 449—2018《民用建筑綠色性能計算標準》對建材生產及運輸、建造及拆除、建筑運行等各環節的碳排放計算進行了詳細規定,采用全生命周期法(LCA)計算建筑建材生產、建筑物建造施工、運行及最終拆除的全生命期碳排放量,如圖1所示。計算邊界為與建筑物建材生產及運輸、建造及拆除、運行等活動相關的溫室氣體排放計算范圍。建筑碳排放計算方法步驟為:項目管理(項目地點、類型)→模型建立→標準選擇→耗能計算→碳排放專業設計→計算生成報告書。可用于建筑設計階段的碳排放量計算,或在建筑物建造后對碳排放量進行核算,以全面了解建筑物對自然界產生的影響[9-10]。

圖1 全生命周期建筑碳排放Fig.1 Building carbon emissions during the whole life cycle

建材碳排放應包含建材生產階段及運輸階段的碳排放,并應按GB/T 24040—2008《環境管理生命周期評價原則與框架》、GB/T 24044—2008《環境管理生命周期評價要求與指南》計算。建材(生成、運輸及回收)階段的碳排放應為建材生產階段碳排放與建材運輸階段碳排放之和,扣除建材回收的減碳量。

建筑物運行階段的碳排放量涉及暖通空調、生活熱水、照明等系統能源消耗產生的碳排放量及可再生能源系統產生的減碳量、建筑碳匯的減碳量計算。在建筑碳排放邊界將不同的能量消耗換算為建筑物的碳排放量,并進行匯總,最終獲得建筑物的碳排放量。建筑碳匯主要來源于建筑紅線范圍內的綠化植被對CO2的吸收,其減碳效果應在碳排放計算結果中扣減。

建筑建造階段的碳排放包括完成各分部分項工程施工產生的碳排放和各項措施項目實施過程產生的碳排放。建造階段可采用建造階段占比估算法或能耗清單預估法。

1)建造階段占比估算法 根據相關學者研究,建造階段碳排放預計占總排放的5%～10%,運行階段碳排放預計占總排放的70%～80%。

2)能耗清單預估法 根據詳細的項目資料,包括節能模型、工程造價預決算清單、施工圖(建筑、結構、水暖電)、建材采購文件、供應商清單等調整建材用量。通過預估現場電力、汽油和柴油計量,匯總得到建造階段的能源分項能耗,乘以能源碳排放因子計算得出建造階段的碳排放量。根據工程預決算清單、主要機械臺班表、實際施工記錄等提供的臺班使用量或能源使用量詳細計算碳排放量。

建筑拆除階段的碳排放應包括人工拆除和機械拆除消耗的各種能源動力產生的碳排放。

進行建材(生產、運輸及回收)階段、建造階段、運行階段、拆除階段的全生命周期碳排放量計算,同時考慮可再生能源、綠色植被(碳匯)等節碳、減碳、碳中和控制措施的優化計算。

2.2 怡山商業中心項目建材碳排放計算

怡山商業中心項目位于廈門(北緯24.50°,東經118.10°),商住建筑;地上43層,地下5層;建筑物高192.450m。

建材生產階段碳排放計算結果如表1所示。建材運輸階段碳排放計算如表2所示。

表1 建材生產階段碳排放計算結果Table 1 Calculation results of carbon emission in the building materials production stage

表2 建材運輸階段碳排放計算Table 2 Calculation of carbon emission in the building materials transportation stage

2.3 怡山商業中心項目建筑施工碳排放計算

張又升[11]對建筑施工階段的能耗進行了詳細的統計和研究,得出建筑施工能耗和施工過程中CO2排放量、建筑層數的相關簡化關系:

Pc=x+1.99

(1)

式中:Pc為建筑施工階段單位面積的CO2排放量(kgCO2/m2);x為建筑物地上建筑層數。

怡山商業中心工程地上43層,總建筑面積 89 171.665m2。 建筑施工階段單位建筑面積碳排放量為44.99kg/m2,建筑碳排放量4 011.83tCO2。

公共建筑施工階段CO2排放量占整個生命周期的比例較低。施工階段節能減碳的技術措施主要有:①工程現澆混凝土全部采用預拌混凝土,建筑砂漿全部采用預拌砂漿;②合理控制施工現場非必要車輛的使用(不含必要施工機械);③現場主要臨建用房采用可拆遷可回收的巖棉保溫彩鋼板;④分別計量現場各區域用水,安裝水表,現場管網及用水器具無滲漏;⑤施工現場衛生間均安裝節水沖洗控制器;⑥施工現場車輛沖洗用水沉淀后重復使用;⑦辦公區、生活區及施工現場,全部采用節能照明燈具;⑧施工拆除作業時間應根據實際施工工藝特點合理安排,減少夜間作業時間;⑨通過舉辦企業論壇、行業峰會、國際交流與合作等方式邀請相關企業管理層參與,培養高層管理人員的節能減碳意識,提高低碳創新能力,督促、獎勵低碳建筑的創新和實施方法。

3 項目運行階段的綠化碳匯減排計算

建筑運行階段碳排放計算,最終匯總后的運行能耗及運行碳數據如表3所示。

表3 建筑運行階段能源消耗碳排放計算結果Table 3 Calculation results of energy consumption and carbon emission during the building operation stage

采用綠化碳匯減排的方法來節能減碳。計算結果如表4所示。

表4 綠化碳匯減排量計算結果Table 4 Calculation results of green carbon sink emission reduction

4 結語

在公共建筑減碳中,高層建筑采用節能減碳施工措施極為重要。建筑碳排放計算及其碳足跡分析,不僅有助于綠色建筑項目進一步達到優化節能、節水、節材等資源節約目標,且有助于進一步明確建筑對于我國溫室氣體減排的貢獻量。在項目的施工建造中使用新墻體材料、可再生能源、可再循環建筑材料等,提高企業的節能減碳意識、能力及強化低碳施工行為,可達到更好的節能減碳效果。