老旧小区改造的减碳潜力评估

文／任梦玉 浙江大学建筑工程学院 硕 士

罗晓予 浙江大学建筑工程学院 浙江大学平衡建筑研究中心 副教授 博 士（通讯作者）

葛 坚 浙江大学建筑工程学院 教 授 博 士

引言

2019 年，中国的碳排放量达到92.29 亿吨，超过了美国和欧盟的总和，占全球总排放量的近1/3，是世界上碳排放增量最大的国家[1]。为积极应对气候变化的战略要求，我国把应对气候变化作为国家重大战略和生态文明建设的重大举措。在2015 年巴黎气候大会承诺我国碳排放将于2030 年达到峰值，2030 年单位GDP 碳排放比2005 年下降60%～65%[2]。2020 年9月，在第75 届联合国大会上我国提出，将努力在2060 年实现“碳中和”。据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）统计，建筑行业已成为全球三大温室气体排放源之一，排放了约40%的温室气体，且具有最大的节能潜力[3]。

城市住宅建筑产生的碳排放占建筑行业碳排放的比例超过40%。2000 年至2018 年，中国城市住宅建筑产生的CO2排放量从2.891 亿吨攀升至8.91 亿吨[4]。目前已经有一些学者开展了社区层面的碳排放核算。例如，黄建等对苏州一个新建社区的碳排放进行核算，核算内容为建筑能耗、交通、废弃物处理、水资源四大系统在使用阶段所产生的碳排放，并且提出了一系列的碳减排方案[5]。陈莎等对北京既有社区的能源消耗（用电、用气、采暖）、交通出行、废弃物和绿地碳汇的碳排放进行了核算[6]。但是较少有研究对老旧小区改造的减碳潜力进行量化评估。结合目前老旧小区改造工作的推进，在改造中增加低碳化目标并评估其减碳潜力，将对城市低碳发展有重要意义。

1 研究方法

本文分别对老旧小区既有使用阶段的碳排放和技术措施的减碳潜力进行核算，核算清单如图1 所示。首先从景观绿化、建筑单体、水资源、固废物和基础配套五个方面对老旧小区阶段的碳足迹进行核算，掌握老旧小区的碳排放现状。接下来，根据现场调研提出适用于老旧小区低碳化改造的技术措施，并基于生命周期理论对技术措施实施后可能实现的碳减排效益进行评估，评估内容包括施加减碳措施所增加的物化阶段碳排放（主要指新增建材生产、运输、施工）、拆除阶段所产生的碳排放（主要指新增建筑垃圾的处理）和所能降低的运行阶段碳排放量。

图1 核算清单内容（图片来源：作者自绘）

核算采用排放因子法（Emission-Factor Approach）进行核算，排放因子法是IPCC 提出的第一种碳排放方法，也是目前广泛应用的方法[7]。即温室气体排放量由排放源的活动水平与相对应的排放因子相乘得到。核算公式如下所示：

图2 和睦新村平面图及现状（图片来源：作者自绘、自摄）

各个阶段的具体核算公式和对应的碳排放因子主要参考住建部颁布的《建筑碳排放计算标准》GB/T 51366-2019[8]；部分碳排放因子来源于相关文献[9-12]。

2 案例计算

2.1 案例概况

研究选取位于浙江省杭州市的和睦新村作为研究对象。和睦新村建造于1988 年，共有54 幢住宅，现有3566 户居民，建筑面积17 万m2。以50 年的设计使用年限为参照，该小区的剩余使用年限为16 年。

2.2 既有使用阶段的核算

本案例既有使用阶段的活动水平数据及其来源见表1。通过对住户进行抽样问卷调查获取居住建筑内部的电耗、气耗和水耗，共计咨询了64 户；其他公共区域的活动水平数据通过总平面图、实地调研、咨询社区管理部门和参考行业统计值进行确定。

表1 既有使用阶段的活动水平数据（表格来源：作者自绘）

按照所收集的活动水平数据进行核算，得到本案例改造前使用阶段的碳排放结果如图3所示。改造前使用阶段的碳排放为9721tCO2/年，单位建筑面积排放57.18kgCO2/（m2·年），人均碳排放为1155.1kgCO2/年。其中景观绿化碳汇抵消了-3.29%的排放；建筑单体耗能产生碳排放占比最高（84.17%），其次是固体废弃物处理（10.20%），水资源和基础配套的碳排放分别占8.62%和0.30%。从各活动水平的碳排放来看，最主要的碳排放源是居住建筑电耗、气耗和固体废弃物（大多数为生活垃圾）。

图3 既有使用阶段碳排放（图片来源：作者自绘）

2.3 减碳措施的核算

对该小区进行了实地调研，认为可以实施的改造措施包括建筑单体层面的节能灯具更换、太阳能光伏利用、屋面保温增设；水资源方面的雨污分流改造、雨水回收利用；固废物方面的垃圾回收处理和基础配套层面的节能路灯更换。

2.3.1 分项核算

（1）建筑单体

（a）更换节能灯具

老旧小区内的单元楼道内灯具光源还存在白炽灯的使用，更换为LED 节能高效光源能够降低能耗。假设原本为12W 的灯具，日工作时长为8 小时；更换为自动感应节能灯具，功率为6W，日工作时长缩短为6 小时。则每年能够节约电耗34MWh。考虑灯具的生产和拆除所产生的排放，案例更换节能灯具的碳排放影响如表2 所示，合计能够降低384.5tCO2，拆除阶段的碳减排来源于建材的回收利用。

表2 案例更换节能灯具的碳排放影响（表格来源：作者自绘）

（b）太阳能光伏增设

太阳能光伏技术的发展和应用对于建筑节能减排有很大的现实意义，在居住建筑中应用太阳能光伏系统，对于整个生态城市的建设有巨大价值[13]。城镇老旧小区改造为推广建筑光伏系统提供了机遇[14]。

假设屋面光伏可利用系数取0.5[15]，铺设发电效率为15%的单晶硅发电组件，光伏发电系统的损失效率为25%[8]，则使用阶段光伏系统的发电量可根据下式进行计算。

式中，Epv——光伏系统发电量（kWh）；I——光伏电池表面的太阳辐射强度（kWh/m2）；KE——光伏电池发电效率（%）；ε——光伏系统损失效率（%）；Ap——光伏系统面积（m2）。

根据相关研究[16]，1m2光伏组件在生产阶段和使用阶段分别产生160.86kgCO2和4.93kgCO2的碳排放，拆除阶段的碳排放为-9.88kgCO2。该小区的屋顶建筑面积合计为32684m2，经核算，案例增设屋面太阳能光伏的碳排放影响如表3 所示。该项措施在物化阶段产生的碳排放比较高，但使用阶段的减碳效益也更加显著，能够降低小区生命周期碳排放量17867.9tCO2。

表3 案例增设屋面光伏的碳排放影响（表格来源：作者自绘）

（c）屋面保温增设

既有建筑的围护结构热工性能较差，能耗损失严重。增设屋面保温将对住宅供暖、空调能耗产生较好的效益。根据相关研究，若既有住宅建筑的屋面增设40mm 厚挤塑聚苯板（XPS），采暖制冷能耗能够降低12%左右[17,18]。基于此，若在案例小区的改造中，增设所有居住建筑的屋面保温，将能够取得很高的节能减排效果，核算结果如表4 所示，实现生命周期碳减排4340.4tCO2。

表4 案例增设屋顶保温的碳排放影响（表格来源：作者自绘）

（2）水资源

（a）雨污分流改造

由于建设年代较早，老旧小区的排水系统大多为雨污合流系统，造成污水处理厂进水水质低下，降低了污水处理厂的运行效率[19]。对排水管网进行雨污分流改造，能够减少合流至污水处理厂时雨水处理所消耗的能耗，降低对环境的污染。本案例需要改造管网9000m，开挖、移除土方4648m3，回填764m3，当地年降水量1378.5mm。改造施工工艺，即开挖、移除土方和填土碾压平整的碳排放因子分别为1.05kgCO2/m3和0.99kgCO2/m3。经 核 算，案例进行雨污分流改造后能够降低小区生命周期碳排放368.6tCO2，见表5。

表5 案例雨污分流的碳排放影响（表格来源：作者自绘）

（b）屋面雨水回用

浙江省降水量较为充沛，具备雨水回用条件。此外雨水资源化还能提高城市的雨洪调节功能，具有良好的节水效能和环境生态效益。小区屋面雨水不直接与地面接触，污染小，并且可借助檐沟、雨落管直接收集利用[20]，在雨水路径的末端增设蓄水池、雨水处理设备收集回用雨水，可以用于小区内绿化及路面浇洒[21]。雨水回用的计算方法如下[22]：

根据计算，案例的蓄水池容积为215m3，采用混凝土浇筑；年雨水回收利用量为23350m3。计算得到案例中增设雨水回用系统后的碳排放影响如表6 所示，使用阶段的碳排放能够降低112.1tCO2，考虑物化阶段和拆除阶段，最终实现减碳量为84.5tCO2。

表6 案例增设雨水回用的碳排放影响（表格来源：作者自绘）

（3）垃圾回收利用

小区内垃圾收集较为杂乱，且垃圾收集点破旧，垃圾桶放在外面供居民投放，管理不佳。如果能够增加小区内垃圾分类宣传，严格垃圾分类投放管理，规范垃圾处理点，将能够提高小区内垃圾回收率，降低垃圾处理能耗。对案例小区内的23 处垃圾分类收集设施进行更新，预计消耗主要建材包括混凝土12.7m3，混凝土砖7.3m3，页岩砖14.0m3。预计实施改造后，生活垃圾回收利用率能够提升14.53%。核算结果如表7 所示，该措施在生命周期能够实现2294.3tCO2的减碳量。

表7 案例垃圾回收利用的碳排放影响（表格来源：作者自绘）

2.3.2 综合碳减排效益

六项技术措施在本案例小区产生的生命周期碳排放影响如图4 所示。屋面太阳能光伏增设能实现非常可观的减碳效果，超过17000tCO2，其次是屋面保温增设和垃圾回收利用，实现减碳量超过2000tCO2，更换节能灯具和雨污分流改造的减碳量约400tCO2，屋顶雨水回用实现的减碳量相对较少。

图4 各项措施的碳排放影响（图片来源：作者自绘）

基于生命周期理论，案例小区在实施这六项减碳技术后共能实现碳排放降低25340.2tCO2，措施在物化阶段和拆除阶段产生了2518.6tCO2。碳减排效益主要来源于建筑单体的减碳（22592.8tCO2），其次是固废物，减少2294.3tCO2，水资源方面共实现了453.1tCO2的减碳量。案例小区实施这六项减碳措施后平均每年能够降低碳排放1563.8tCO2，减碳率能够达到16.3%。

结语

本文通过实地调研，梳理了老旧小区使用阶段的碳排放清单，并提出了改造措施的减碳潜力核算方法。根据案例——和睦新村的核算结果，改造前使用阶段的碳排放为9721tCO2/年，单位建筑面积排放57.18kgCO2/（m2·年），人均碳排放为1155.1kgCO2/年。最主要的碳排放源是居住建筑电耗、气耗和固体废弃物（大多数为生活垃圾）。通过对六项减碳措施进行碳潜力核算，发现实施六项措施能够实现碳排放每年降低1563.8tCO2，减碳率能够达到16.3%。减碳效果最好的措施是屋面太阳能光伏增设，其次是屋面保温增设和垃圾回收利用，更换节能灯具和雨污分流改造也有较好的减碳效果，屋顶雨水回用实现的减碳量相对较少。本研究对目前能够在老旧小区改造中进行实施的减碳措施进行了碳减排效果的量化分析，为老旧小区的低碳化改造提供依据。