公共建筑节能减碳技术措施分析*

陈业伟

(中建四局建设发展有限公司,福建 厦门 361006)

0 引言

近年来,公共建筑的规模日益扩大、平均能源消耗强度增长,总能耗在我国建筑能耗中的占比增大。提升建筑能效,减少建筑碳排放是全球应对气候变化的重要组成部分。公共建筑是我国建筑节能减碳工作的重点,通过建筑领域节能减碳是实现碳达峰、碳中和的重要措施。

根据IEA(international energy agency)[1]数据,建筑建设耗费的自然资源和能源占人类耗费总量的40%,建设项目施工过程中产生的固体废物约占固体废物总量的40%;我国能源消耗和CO2排放量中约1/3来自建筑的直接能耗和碳排放;建筑材料的运输和施工也导致了CO2的排放。目前,我国建筑全生命周期中23%的能源耗费来自施工建造阶段,成为建筑碳排放控制中不可或缺的组成部分,低碳施工理念将成为我国建筑施工企业未来发展的新方向。

低碳施工与传统的文明施工、绿色施工有所不同,低碳施工是二者的升级版,是绿色施工的风向标。《绿色施工导则》中的绿色施工是指工程建设中,在保证质量、安全等基本要求的前提下,通过科学管理和技术进步,最大限度地节约资源与减少对环境负面影响的施工活动,实现四节一环保(节能、节地、节水、节材和环境保护)。虽然绿色建筑涉及碳排放和碳汇含量,但都只是一种附属产品,并没有真正将低碳理念渗透到绿色建筑的过程中。低碳建筑相对于绿色建筑来说更偏重于减少CO2排放量。

1 项目规划设计时节能减碳的常用技术措施

建筑项目节能减碳所采用的技术措施主要有[2-5]:①在项目规划设计过程中,充分结合计算机模拟技术对建筑方案进行优化;②在设计阶段通过计算机模拟建筑的室内外日照、室内采光、室内外自然通风效果等并进行优化,尽量使项目的日照、自然采光和自然通风达到最优状态;③建筑造型要素简约,且无大量装饰性构件,不超过规范要求;④场地内人行通道均采用无障碍设计;⑤采用土建和装修一体化设计等;⑥采用工厂化生产的建筑预制钢结构构件、配件及围护预制构件;⑦采用可循环再利用建筑材料,主要为金属材料(钢材、铜等)、玻璃、铝合金型材、石膏制品、木材等材料,建筑节能率可达到50%以上;⑧外墙采用自保温技术体系;⑨公共建筑可变化功能的室内空间采用可重复使用的隔断(墙);⑩绿化方面采用喷灌方式进行节水灌溉;墙体材料综合考虑结构安全和建筑节能设计的要求,采用蒸压加气混凝土砌块或ALC预制墙板;楼梯及电梯间采用轻型加气混凝土砌体,采用专用粘合剂砌筑等。

2 项目施工时节能减碳的常用技术措施

以碳排放约束为目标,对怡山商业中心项目进行全过程管控和建筑碳排放计算分析,采取技术可行、经济合理及环境和社会可承受的措施降低单位建筑面积的碳排放强度。在施工过程中采取节能减碳措施,通过实行低碳施工新技术和改进建设项目施工管理,在确保项目质量、安全和进度,并满足相关合同要求的基础上,验证建筑施工建造阶段减碳的可行性,降低建筑建造阶段的碳排放。内容包括完成分项工程施工产生的碳排放和各项措施项目实施过程产生的碳排放,更有效、合理地节约资源、减少能源消耗和CO2排放,保护环境,从而实现经济、社会和环境保护效益的最大化;为我国早日实现节能减碳目标提供方向,为推进公共建筑碳减排政策提供思路。

怡山商业中心项目为高层公共建筑,容积率大,且在施工过程中使用塔式起重机较多,能耗大,减碳空间大。怡山商业中心施工建造阶段的节能减碳可通过创新施工组织策划、建设理念和管理程序来实现。对怡山商业中心进行建筑碳排放计算分析,并采取措施降低单位建筑面积的碳排放量。

2.1 建筑碳排放

建筑全生命周期碳排放包括设计建材生产及运输阶段、建造阶段、运行阶段和拆除阶段的碳排放量总和。建筑碳排放总量中有两部分占比最大:①建材生产及运输的碳排放,也称为建筑固有的碳排放量;②标准运行工况的预测碳排放量和实际运行碳排放量,也称为标准运行工况下的碳排放量。

建筑碳排放计算及其碳足迹分析,不仅有助于绿色建筑项目进一步达到优化节能、节水、节材等资源节约目标,且有助于进一步明确建筑对我国温室气体减排的贡献量,并采取措施降低单位建筑面积碳排放强度。

目前用于计算碳排放的方法主要有物料平衡算法、实际测量法、模型法及排放因子法4种。物料化学成分复杂的情况不适合用物料平衡算法,复杂的活动过程和大量的数据使分类检测难以实现。测量方法对试验条件和数据处理方法要求较高,易影响测量的准确性和数据的代表性。只要能得到碳排放的活度数据和经计算得出的碳排放系数,碳排系数的计算方法就可以变得更直接、简单、可靠。

建筑物在材料生产、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[6-8]。GB/T 51366—2019《建筑碳排放计算标准》及JGJ/T 449—2018《民用建筑绿色性能计算标准》对建材生产及运输、建造及拆除、建筑运行等各环节的碳排放计算进行了详细规定,采用全生命周期法(LCA)计算建筑建材生产、建筑物建造施工、运行及最终拆除的全生命期碳排放量,如图1所示。计算边界为与建筑物建材生产及运输、建造及拆除、运行等活动相关的温室气体排放计算范围。建筑碳排放计算方法步骤为:项目管理(项目地点、类型)→模型建立→标准选择→耗能计算→碳排放专业设计→计算生成报告书。可用于建筑设计阶段的碳排放量计算,或在建筑物建造后对碳排放量进行核算,以全面了解建筑物对自然界产生的影响[9-10]。

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

建材碳排放应包含建材生产阶段及运输阶段的碳排放,并应按GB/T 24040—2008《环境管理生命周期评价原则与框架》、GB/T 24044—2008《环境管理生命周期评价要求与指南》计算。建材(生成、运输及回收)阶段的碳排放应为建材生产阶段碳排放与建材运输阶段碳排放之和,扣除建材回收的减碳量。

建筑物运行阶段的碳排放量涉及暖通空调、生活热水、照明等系统能源消耗产生的碳排放量及可再生能源系统产生的减碳量、建筑碳汇的减碳量计算。在建筑碳排放边界将不同的能量消耗换算为建筑物的碳排放量,并进行汇总,最终获得建筑物的碳排放量。建筑碳汇主要来源于建筑红线范围内的绿化植被对CO2的吸收,其减碳效果应在碳排放计算结果中扣减。

建筑建造阶段的碳排放包括完成各分部分项工程施工产生的碳排放和各项措施项目实施过程产生的碳排放。建造阶段可采用建造阶段占比估算法或能耗清单预估法。

1)建造阶段占比估算法 根据相关学者研究,建造阶段碳排放预计占总排放的5%～10%,运行阶段碳排放预计占总排放的70%～80%。

2)能耗清单预估法 根据详细的项目资料,包括节能模型、工程造价预决算清单、施工图(建筑、结构、水暖电)、建材采购文件、供应商清单等调整建材用量。通过预估现场电力、汽油和柴油计量,汇总得到建造阶段的能源分项能耗,乘以能源碳排放因子计算得出建造阶段的碳排放量。根据工程预决算清单、主要机械台班表、实际施工记录等提供的台班使用量或能源使用量详细计算碳排放量。

建筑拆除阶段的碳排放应包括人工拆除和机械拆除消耗的各种能源动力产生的碳排放。

进行建材(生产、运输及回收)阶段、建造阶段、运行阶段、拆除阶段的全生命周期碳排放量计算,同时考虑可再生能源、绿色植被(碳汇)等节碳、减碳、碳中和控制措施的优化计算。

2.2 怡山商业中心项目建材碳排放计算

怡山商业中心项目位于厦门(北纬24.50°,东经118.10°),商住建筑;地上43层,地下5层;建筑物高192.450m。

建材生产阶段碳排放计算结果如表1所示。建材运输阶段碳排放计算如表2所示。

表1 建材生产阶段碳排放计算结果Table 1 Calculation results of carbon emission in the building materials production stage

表2 建材运输阶段碳排放计算Table 2 Calculation of carbon emission in the building materials transportation stage

2.3 怡山商业中心项目建筑施工碳排放计算

张又升[11]对建筑施工阶段的能耗进行了详细的统计和研究,得出建筑施工能耗和施工过程中CO2排放量、建筑层数的相关简化关系:

Pc=x+1.99

(1)

式中:Pc为建筑施工阶段单位面积的CO2排放量(kgCO2/m2);x为建筑物地上建筑层数。

怡山商业中心工程地上43层,总建筑面积 89 171.665m2。 建筑施工阶段单位建筑面积碳排放量为44.99kg/m2,建筑碳排放量4 011.83tCO2。

公共建筑施工阶段CO2排放量占整个生命周期的比例较低。施工阶段节能减碳的技术措施主要有:①工程现浇混凝土全部采用预拌混凝土,建筑砂浆全部采用预拌砂浆;②合理控制施工现场非必要车辆的使用(不含必要施工机械);③现场主要临建用房采用可拆迁可回收的岩棉保温彩钢板;④分别计量现场各区域用水,安装水表,现场管网及用水器具无渗漏;⑤施工现场卫生间均安装节水冲洗控制器;⑥施工现场车辆冲洗用水沉淀后重复使用;⑦办公区、生活区及施工现场,全部采用节能照明灯具;⑧施工拆除作业时间应根据实际施工工艺特点合理安排,减少夜间作业时间;⑨通过举办企业论坛、行业峰会、国际交流与合作等方式邀请相关企业管理层参与,培养高层管理人员的节能减碳意识,提高低碳创新能力,督促、奖励低碳建筑的创新和实施方法。

3 项目运行阶段的绿化碳汇减排计算

建筑运行阶段碳排放计算,最终汇总后的运行能耗及运行碳数据如表3所示。

表3 建筑运行阶段能源消耗碳排放计算结果Table 3 Calculation results of energy consumption and carbon emission during the building operation stage

采用绿化碳汇减排的方法来节能减碳。计算结果如表4所示。

表4 绿化碳汇减排量计算结果Table 4 Calculation results of green carbon sink emission reduction

4 结语

在公共建筑减碳中,高层建筑采用节能减碳施工措施极为重要。建筑碳排放计算及其碳足迹分析,不仅有助于绿色建筑项目进一步达到优化节能、节水、节材等资源节约目标,且有助于进一步明确建筑对于我国温室气体减排的贡献量。在项目的施工建造中使用新墙体材料、可再生能源、可再循环建筑材料等,提高企业的节能减碳意识、能力及强化低碳施工行为,可达到更好的节能减碳效果。