黃志甲，趙玲玲，張 婷，劉 釗

（安徽工業(yè)大學(xué)建工學(xué)院，安徽 馬鞍山243002）

溫室氣體的排放是引起全球氣候變暖的主要原因。在中國(guó)的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，建筑業(yè)飛速發(fā)展，勢(shì)必造成大量的能源消耗，建筑物碳排放已成為溫室氣體排放的一個(gè)重要源頭［1］。建筑在建造、使用和拆除過(guò)程中對(duì)能源和資源的消耗及固體廢棄物的處理都將帶來(lái)巨大的溫室氣體排放量，預(yù)計(jì)2030年建筑業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體將占全社會(huì)排放的25%［2］。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于碳排放的定量計(jì)算研究很少，利用生命周期的方法進(jìn)行計(jì)算更是缺乏。本文建立了住宅建筑全生命周期［3］－［7］CO2排放計(jì)算模型，針對(duì)馬鞍山市某住宅建筑，對(duì)各階段CO2排放進(jìn)行了定量計(jì)算。

1 住宅建筑生命周期階段劃分

建筑物的生命周期碳排放不僅考慮到了建筑運(yùn)行過(guò)程的碳排放，還應(yīng)考慮到建筑材料生產(chǎn)階段和建筑施工階段的碳排放，甚至還考慮到拆除及材料循環(huán)利用階段的碳排放［8］。因此，住宅建筑生命周期包括原材料的開采、建材的生產(chǎn)、運(yùn)輸、建筑物的建造、運(yùn)行、維護(hù)和拆除，這其中的每個(gè)階段都會(huì)伴隨著大量的能源消耗和碳排放。本文將住宅建筑生命周期劃分為建筑材料生產(chǎn)運(yùn)輸階段、施工與安裝階段、日常使用階段、維護(hù)修繕階段、拆除階段、廢棄處理階段這6個(gè)階段，具體內(nèi)涵如表1所示。

表1 建筑生命周期階段內(nèi)涵

2 住宅建筑生命周期碳排放模型

對(duì)于碳排放量，通常以產(chǎn)生的CO2量來(lái)衡量［9］，住宅建筑生命周期CO2排放總量計(jì)算模型為：ET＝EM＋EC＋EO＋ER＋ED＋EA

其中：EM、EC、EO、ER、ED、EA分別為住宅建筑生產(chǎn)運(yùn)輸階段、施工階段、日常使用階段、維護(hù)修繕階段、拆除階段和廢棄物處理階段的CO2排放量。

選取單位建筑面積年CO2排放量LCCO2作為建筑CO2排放量評(píng)價(jià)指標(biāo)，單位為kgCO2／（㎡·a），該指標(biāo)按照公式算。其中A為建筑面積，Y為建筑物使用壽命。各階段CO2排放的計(jì)算模型見表2。

表2 建筑生命周期階段的CO2排放計(jì)算模型

精算法是由建材的實(shí)際使用量及建材單位CO2排放量累算求得［10］，優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算出的使用建材CO2排放量十分精確；簡(jiǎn)算法是以建筑物的地上層數(shù)預(yù)估其產(chǎn)生的CO2排放量，以RC建筑物CO2排放量簡(jiǎn)算法為例，該法是建立在評(píng)估案例精算值的回歸基礎(chǔ)上，此預(yù)估值可能與精算法的計(jì)算值有所差異（標(biāo)準(zhǔn)差4.44～30.46，誤差低于10%）。

3 實(shí)例計(jì)算

3.1 建筑概況

選取馬鞍山市某一棟住宅建筑，該住宅建筑為RC構(gòu)造建筑，共12層，其中頂層為閣樓，建筑高度34.80m，地上建筑面積3276.54m2，每層3戶，總共33戶。

3.2 主要數(shù)據(jù)來(lái)源

研究中設(shè)定住宅建筑使用年限為50［11］年，化石能源如原煤、燃料煤、原油、汽油、柴油、天然氣的CO2排放系數(shù)［12］分別 為：1.98kgCO2／kg、2.53kgCO2／kg、2.76kgCO2／L、2.26kgCO2／L、2.73kgCO2／L、2.19kgCO2／m3，電力的碳排放系數(shù)為0.859 2kgCO2／kWh［13］。

生產(chǎn)運(yùn)輸階段，各類建材的實(shí)際使用量來(lái)源于工程設(shè)計(jì)，主要建材的CO2排放系數(shù)來(lái)源于林憲德的綠色建筑［14］。日常使用階段，住宅建筑所產(chǎn)生的CO2主要來(lái)源于生活用電和天然氣，年用氣用電量參考張樣等人［15］的研究中馬鞍山市年平均用量。

3.3 各階段CO2核算結(jié)果分析

3.3.1 案例住宅CO2排放的階段分布

從表3可以看出，精算法和簡(jiǎn)算法計(jì)算得到的結(jié)果存在較大差異，簡(jiǎn)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單僅統(tǒng)計(jì)了對(duì)環(huán)境影響大且能耗大的主要建材；二是簡(jiǎn)算法公式為臺(tái)灣學(xué)者對(duì)臺(tái)灣建筑碳排放統(tǒng)計(jì)調(diào)查，用線性回歸的方法推演的計(jì)算公式，應(yīng)用于大陸可能存在偏差。

表3 住宅建筑CO2排放量（kg）

本文分析結(jié)果以精算法為主，有兩種方法計(jì)算結(jié)果的選取精算法結(jié)果。各階段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

則該住宅建筑單位面積年CO2排放量為

李海峰［12］研究得出上海市某住宅建筑單位面積年CO2排放量為22.8kgCO2／（㎡·a），其LCCO2相對(duì)于馬鞍山差別不大。

3.3.2 對(duì)比分析 對(duì)比日本和臺(tái)灣住宅建筑生命周期各階段CO2排放的分布情況，如圖1、圖2所示：

圖1 日本2層輕型鋼住宅30年LCCO2評(píng)估

圖2 中國(guó)臺(tái)灣4層RC住宅40年LCCO2評(píng)估

3.3.3 建筑壽命的敏感性分析

若住宅建筑都取30年來(lái)計(jì)算，CO2排放分布結(jié)果如圖3、圖4所示：

圖3 馬鞍山12層RC住宅30年LCCO2評(píng)估

圖4 中國(guó)臺(tái)灣4層RC住宅30年LCCO2評(píng)估

從圖1、圖3、圖4可以看出，馬鞍山、臺(tái)灣、日本的住宅建筑的CO2都是在日常使用階段占得比例最大，分別為72.26%、56.02%、87.63%。日本住宅建筑日常使用階段的CO2排放量最大，馬鞍山市和臺(tái)灣的相差不大，主要是因?yàn)槿毡镜慕ㄖY(jié)構(gòu)為輕鋼型，而馬鞍山、臺(tái)灣的建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 論

1）將住宅建筑生命周期劃分為建筑材料生產(chǎn)運(yùn)輸階段、施工階段、日常使用階段、維護(hù)修繕階段、拆除階段、廢棄處理階段。

2）建立了住宅建筑生命周期CO2排放核算模型，該模型既有精算法，又有簡(jiǎn)算法。精算法在收集到相關(guān)數(shù)據(jù)資料的前提下計(jì)算的結(jié)果準(zhǔn)確真實(shí)；簡(jiǎn)算法即經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果與精算法差異不大。

3）計(jì)算得出該住宅建筑單位面積年CO2排放量為25.38kgCO2／（㎡·a），建筑材料生產(chǎn)及運(yùn)輸和日常使用運(yùn)行階段的碳排放量最多，分別占到整個(gè)生命周期階段的20.77%、72.26%。

4）對(duì)比日本、臺(tái)灣30年住宅建筑生命周期CO2排放量，驗(yàn)證了核算方法的合理性、科學(xué)性。

［1］GRACIA A，RINCON L，CASTELL A，et al.Life cycle assessment of the inclusion of phase change materials（PLM）in experimental buildings.Energy and Buildings 2010，42：1517－1523.

［2］何建坤，劉濱，張阿玲.我國(guó)未來(lái)減緩CO2排放的潛力分析［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版，2002，17（6）：75－80.

［3］NASSEN J，HOLMBERG J，WADESKOG A，et al.Direct and indirect energy use and carbon emissions in the production phase of building：An input－output analysis.Energy 2007，32：1593－1602.

［4］ROGERSATHRE L.Energy and CO2analysis of wood substitution in construction.Climatic Change 2011，105：129－153.

［5］BLENGINI G A，CARLO T D，et al.The changing role of life cycle phases，subsystems and materials in the LCA of low energy buildings.Energy and Buildings 2010，42：869－880.

［6］MALMQVIST L，GLAUMANN M，SCARPELLINI S，et al.Life cycle assessment in buildings：the ENSLIC simplified method and guidelines.Energy 2011，36：1900－1907.

［7］KELLENBERGER D，ALTHAUS H J.Relevance of simplification in LCA of building components.Building and Environment 2009，44：818－825.

［8］SHARMA A，SAXENA A，SETHI M，et al.Life cycle assessment of buildings：a review.Renewable and Sustainable Energy Reviews 2011，15：871－875.

［9］尚春靜，張智慧.建筑生命周期碳排放核算［J］.工程管理學(xué)報(bào)，2010，24（1）：7－12.

［10］張又升.建筑物生命周期二氧化碳減量評(píng)估［D］.臺(tái)灣：國(guó)立成功大學(xué)，2002.［11］GB50068－2001，《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［12］李海峰.上海地區(qū)住宅建筑全生命周期碳排放量計(jì)算研究［C］.第七屆國(guó)際綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)論文集，2011：416－419.

［13］國(guó)家發(fā)展改革委氣候司.2010中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子，2010.

［14］林憲德.綠色建筑［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007：158－177，229－231.

［15］張樣，張國(guó)志，黃志甲.馬鞍山市住宅建筑空調(diào)和采暖設(shè)備能耗調(diào)查［J］.山西建筑，2009，35（2）：237－238.