住宅建筑碳排放分析及总量核算研究

王晓丹（天津建科建筑节能环境检测有限公司， 天津 300221）

2020 年我国提出“将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和。”碳达峰、碳中和将是未来几十年中国低碳发展的重要主线。

各地方、各行业、各主体围绕推动实现“3060目标”制订并落实行动计划，必须要做到心中有“数”，首要的“数”是各自的二氧化碳排放“数”。碳排放数据是建立在准确规范的碳统计核算基础上的。从整体来看，只要完整、准确计算了产生端的二氧化碳排放就可以了解碳的总排放量情况。但是从局部看，如一个企业要想知道总排放量，不仅需要计算产生端的直接排放，而且要考虑输入的电能或者其他加工过的原料中有多少碳的输入。因此，碳的数据不仅仅是个“统计”问题，而且是“核算”问题，统称为“统计核算”。

我国建筑行业碳排放约占总碳排放量的 40%，是实现双碳目标关键产业。住宅建筑为了追求建筑舒适度，更为建筑行业减碳带来了更大的挑战。据《中国建筑节能年度发展研究报告 2018》统计，2016 年，我国住宅建筑碳排放已占到了建筑总碳排放量的 48%。可见住宅建筑的碳排放研究对我国实现双碳目标具有重要意义。

为了确定建筑各阶段碳排放情况及比例特点，本报告以天津市某小区的一栋住宅楼工程为实例，应用碳排放计算模型对其碳排放总量及单位建筑面积的年碳排放量进行计算。

1 研究综述

1.1 项目概况

本报告研究对象为天津市某住宅小区中的一栋住宅楼，建筑面积 6 006.84 m2，地上 18 层，地下 1 层，檐口高 53.65 m。研究楼栋结构形式为剪力墙结构，建筑层数18 层，一梯 4 户，节能率 65%，采用水平装配式施工工艺。项目热源采用市政热源，末端采用散热器。采用高效节能照明光源、延时自熄型声光控感应开关，人走灯熄，地下室按区域分散控制。电梯采用变频调速拖动方式及智能并联控制。

1.2 研究边界条件

建筑物在材料开发、生产、运输，施工及拆除，运行及维护等各阶段均产生碳排放，对环境造成影响，因此应进行全生命周期碳排放计算，以此全面了解建筑物对自然界产生的影响。

根据 GB/T 51366—2019《建筑碳排放计算标准》中3.0.3 条规定，建筑全生命期有多种不同划分方法，本标准将其划分为建筑材料生产及运输、建造及拆除、建筑物运行3 个阶段。本报告按此划分进行碳排放量计算。

建筑全生命期有多种不同划分方法，GB/T 51366—2019 将其划分为建筑材料生产及运输、建造及拆除、建筑物运行 3 个阶段，根据所需计算建筑全生命期的不同阶段的碳排放量。需要说明的是，目前国际上所说建筑碳排放主要指建筑物运行阶段碳排放，GB/T 51366—2019 考虑建筑全生命期，也将建材生产及建筑物建造阶段纳入。

根据 GB 50068—2018《建筑结构可靠度设计统一标准》中 3.3.1 条规定，建筑构造的设计基准应为 50 a。本报告按建筑寿命为 50 a 计算。

2 建筑材料生产及运输阶段

2.1 计算方法

建材生产阶段的碳排放按式（1）计算。

式中：CSC—建材生产阶段碳（CO2）排放，kg；

Mi—第i种主要建材的消耗量；

Fi—第i种主要建材的碳（CO2）排放因子，kg/单位建材数量。

建材运输阶段的碳排放按式（2）计。

式中：CYS—建材运输阶段碳（CO2）排放，kg；

Di—第i种主要建材平均运输距离，km；

Ti—第i种建材的运输方式下，单位重量运输距离的碳（CO2）排放因子，kg/（t·km）。

受建筑规划、建筑功能的调整及经济的发展等因素的影响，实际建筑的使用寿命存在较大的差异；与此同时，建筑部件(如保温材料、门窗)、建筑设备(如锅炉、冷水机组)的使用寿命一般小于建筑的使用寿命，在建筑的全生命期内存在更换的可能。表 1 列出了常用建筑设备使用年限。

表 1 常用建筑设备使用年限 单位：a

建筑设备的更换会产生能源消耗。通常而言，更换设备的性能发生改变会影响建筑物的碳排放强度，但是在设计阶段难以预测，因此在计算过程中不考虑建筑设备性能改变对建筑强度的影响。

2.2 计算结果

本项目主要计算的为项目土建阶段的建筑材料、构件、部品从原材料开采、加工制造直至产品出厂并运输到施工现场的碳排放量。项目为非全装修住宅，缺少户内装修材料的清单，故装修阶段的碳排放量暂未考虑。

表 2 为根据附件材料汇总表整理的示范项目建材生产厂家与相应运输距离。根据建筑可循环材料计算报告的项目工程量清单，整理了项目采用的建材情况，如表 3 所示。建筑材料生产及运输阶段的碳排放计算结果见表 3～表 4。

表 2 材料生产厂家及运输距离 单位：km

表 3 建材生产阶段碳排放量（2 号楼）

表 4 建材运输阶段碳排放量（2 号楼）

根据表 3、表 4 数据统计分析，则建筑材料生产及运输阶段碳（CO2）排放总量为 2 348.92 t。

3 施工建造与拆除阶段

建造阶段的能耗是指在建造阶段各种施工机械、机具和设备使用的能耗，拆除阶段碳排放主要是指场地内拆除设备及运输设备将建筑物肢解过程产生的能耗。

本报告中关于分析楼栋的施工机械种类及台班数量均来自其预算书《单位工程人机材料汇总表》中，根据规范《装配式建筑工程消耗量定额》和《房屋建筑与装饰工程消耗量定额》拆分了单栋楼的施工机械台班数，结果如表5～表 7 所示。

表 5 常用施工机械台班能源用量

表 6 主要能源碳排放因子

表 7 施工机械碳排放清单（2号楼）

建筑拆除阶段碳排放依据 TY 01 31—2015《房屋建筑与装饰工程消耗量定额》进行了计算，楼拆除阶段的碳（CO2）排放量为 26.56 t；施工建造过程碳（CO2）排放量为 278.08 t。

4 建筑运行阶段

GB/T 51366—2019 规定，建筑物运行阶段的碳排放计算划分为暖通空调系统的能量消耗、生活热水系统的能量消耗、照明系统的能量消耗、可再生能源系统的能量消耗 4 部分。运行阶段的数据一般来自建筑投入使用一段时间后的实际监测，包括用电量、燃气、煤炭等。本文对天津某小区 2号楼的能源消耗情况进行调研，统计显示，该住宅楼集中供热系统，供暖能耗统计值为 0.142 GJ/（m2·a），其用电量和燃气为年底抄表数据的平均值，其中，建筑每户年均用电量为 1 809.26 kWh/a，年均燃气用量为 68.261 m3/a。

该栋楼共 72 户，目前入住率为 60%，计算时按整体入住率 80% 计算，其综合电耗为 104 213.38 kWh/a，燃气消耗为 3 931.83 m3/a，供暖能耗为 189.79 MWh。

根据 GB/T 51366—2019 可知，2012 年中国区域电网平均碳（CO2） 排放因子，天津位于华北地区，其电力碳（CO2）排放因子为 0.884 3 kg/kWh，根据标准附录 A 主要能源碳排放因子选取天然气碳（CO2）排放因子，即 55.54 t/TJ。因此，建筑运行阶段每年的碳排放量如表 8 所示，运行阶段碳（CO2）排放量为143.67 t/a。

表 8 建筑运行阶段碳（CO2）排放量

5 结 语

经核算统计，建筑各阶段碳排放量及所占比例如表 9 所示，研究楼栋 50 a 建筑总碳（CO2）排放量为 9 837.06 t，50 a 单位面积碳（CO2）排放强度为 1.64 t/m2。

表 9 建筑各阶段碳（CO2）排放所占比例(50 a)

根据研究数据可以发现，碳排放最多的是建筑使用阶段，其次是建设过程中的碳排放主建筑材料生产和运输阶段。由此可见，建筑全生命周期减排策略的重点在使用维护阶段，可以通过使用新能源、提高能源使用率等手段减少碳排放，并在建筑材料采购时应该选择绿色低碳建材，因地制宜，综合考虑建材使用的本地供应。