住宅建筑生命周期CO2排放的核算方法

黄志甲，赵玲玲，张 婷，刘 钊

（安徽工业大学建工学院，安徽 马鞍山243002）

温室气体的排放是引起全球气候变暖的主要原因。在中国的工业化和城镇化进程中，建筑业飞速发展，势必造成大量的能源消耗，建筑物碳排放已成为温室气体排放的一个重要源头［1］。建筑在建造、使用和拆除过程中对能源和资源的消耗及固体废弃物的处理都将带来巨大的温室气体排放量，预计2030年建筑业产生的温室气体将占全社会排放的25%［2］。

目前，国内外对于碳排放的定量计算研究很少，利用生命周期的方法进行计算更是缺乏。本文建立了住宅建筑全生命周期［3］－［7］CO2排放计算模型，针对马鞍山市某住宅建筑，对各阶段CO2排放进行了定量计算。

1 住宅建筑生命周期阶段划分

建筑物的生命周期碳排放不仅考虑到了建筑运行过程的碳排放，还应考虑到建筑材料生产阶段和建筑施工阶段的碳排放，甚至还考虑到拆除及材料循环利用阶段的碳排放［8］。因此，住宅建筑生命周期包括原材料的开采、建材的生产、运输、建筑物的建造、运行、维护和拆除，这其中的每个阶段都会伴随着大量的能源消耗和碳排放。本文将住宅建筑生命周期划分为建筑材料生产运输阶段、施工与安装阶段、日常使用阶段、维护修缮阶段、拆除阶段、废弃处理阶段这6个阶段，具体内涵如表1所示。

表1 建筑生命周期阶段内涵

2 住宅建筑生命周期碳排放模型

对于碳排放量，通常以产生的CO2量来衡量［9］，住宅建筑生命周期CO2排放总量计算模型为：ET＝EM＋EC＋EO＋ER＋ED＋EA

其中：EM、EC、EO、ER、ED、EA分别为住宅建筑生产运输阶段、施工阶段、日常使用阶段、维护修缮阶段、拆除阶段和废弃物处理阶段的CO2排放量。

选取单位建筑面积年CO2排放量LCCO2作为建筑CO2排放量评价指标，单位为kgCO2／（㎡·a），该指标按照公式算。其中A为建筑面积，Y为建筑物使用寿命。各阶段CO2排放的计算模型见表2。

表2 建筑生命周期阶段的CO2排放计算模型

精算法是由建材的实际使用量及建材单位CO2排放量累算求得［10］，优点在于计算出的使用建材CO2排放量十分精确；简算法是以建筑物的地上层数预估其产生的CO2排放量，以RC建筑物CO2排放量简算法为例，该法是建立在评估案例精算值的回归基础上，此预估值可能与精算法的计算值有所差异（标准差4.44～30.46，误差低于10%）。

3 实例计算

3.1 建筑概况

选取马鞍山市某一栋住宅建筑，该住宅建筑为RC构造建筑，共12层，其中顶层为阁楼，建筑高度34.80m，地上建筑面积3276.54m2，每层3户，总共33户。

3.2 主要数据来源

研究中设定住宅建筑使用年限为50［11］年，化石能源如原煤、燃料煤、原油、汽油、柴油、天然气的CO2排放系数［12］分别 为：1.98kgCO2／kg、2.53kgCO2／kg、2.76kgCO2／L、2.26kgCO2／L、2.73kgCO2／L、2.19kgCO2／m3，电力的碳排放系数为0.859 2kgCO2／kWh［13］。

生产运输阶段，各类建材的实际使用量来源于工程设计，主要建材的CO2排放系数来源于林宪德的绿色建筑［14］。日常使用阶段，住宅建筑所产生的CO2主要来源于生活用电和天然气，年用气用电量参考张样等人［15］的研究中马鞍山市年平均用量。

3.3 各阶段CO2核算结果分析

3.3.1 案例住宅CO2排放的阶段分布

从表3可以看出，精算法和简算法计算得到的结果存在较大差异，简算法比精算法CO2排放量多34.28%，即296 042.8kg。原因有二：一是建筑材料使用量的清单仅统计了对环境影响大且能耗大的主要建材；二是简算法公式为台湾学者对台湾建筑碳排放统计调查，用线性回归的方法推演的计算公式，应用于大陆可能存在偏差。

表3 住宅建筑CO2排放量（kg）

本文分析结果以精算法为主，有两种方法计算结果的选取精算法结果。各阶段CO2排放量及其比例如表4所示：

表4 住宅建筑CO2排放量（kg）及其百分比

则该住宅建筑单位面积年CO2排放量为

李海峰［12］研究得出上海市某住宅建筑单位面积年CO2排放量为22.8kgCO2／（㎡·a），其LCCO2相对于马鞍山差别不大。

3.3.2 对比分析 对比日本和台湾住宅建筑生命周期各阶段CO2排放的分布情况，如图1、图2所示：

图1 日本2层轻型钢住宅30年LCCO2评估

图2 中国台湾4层RC住宅40年LCCO2评估

3.3.3 建筑寿命的敏感性分析

若住宅建筑都取30年来计算，CO2排放分布结果如图3、图4所示：

图3 马鞍山12层RC住宅30年LCCO2评估

图4 中国台湾4层RC住宅30年LCCO2评估

从图1、图3、图4可以看出，马鞍山、台湾、日本的住宅建筑的CO2都是在日常使用阶段占得比例最大，分别为72.26%、56.02%、87.63%。日本住宅建筑日常使用阶段的CO2排放量最大，马鞍山市和台湾的相差不大，主要是因为日本的建筑结构为轻钢型，而马鞍山、台湾的建筑结构为钢筋混凝土结构。

4 结 论

1）将住宅建筑生命周期划分为建筑材料生产运输阶段、施工阶段、日常使用阶段、维护修缮阶段、拆除阶段、废弃处理阶段。

2）建立了住宅建筑生命周期CO2排放核算模型，该模型既有精算法，又有简算法。精算法在收集到相关数据资料的前提下计算的结果准确真实；简算法即经验公式法计算过程简单，计算结果与精算法差异不大。

3）计算得出该住宅建筑单位面积年CO2排放量为25.38kgCO2／（㎡·a），建筑材料生产及运输和日常使用运行阶段的碳排放量最多，分别占到整个生命周期阶段的20.77%、72.26%。

4）对比日本、台湾30年住宅建筑生命周期CO2排放量，验证了核算方法的合理性、科学性。

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