朱清雅 李作志

(天津工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，天津300387)

0 引言

許多學(xué)者在研究建筑業(yè)碳排放時(shí)都將其分為直接碳排放和間接碳排放兩部分，其中直接碳排放主要包括建筑設(shè)計(jì)施工階段和拆除階段產(chǎn)生的CO2，而間接碳排放主要包括和建筑行業(yè)關(guān)聯(lián)較強(qiáng)的建筑材料在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用等過程中產(chǎn)生的CO2總量。何福春等[1]在研究碳排放量化過程中構(gòu)建了時(shí)空矩陣，以建筑全生命周期為量化主軸，將時(shí)間階段作為劃分節(jié)點(diǎn)，從而分階段分量化空間研究量化方法；伍延亮等[2]主要研究建筑在施工和運(yùn)營(yíng)階段的碳排放，并以具體住宅項(xiàng)目為案例進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)施工階段碳排放來源主要為材料運(yùn)輸，運(yùn)營(yíng)階段主要來源于電力消耗；吳國(guó)駿等[3]對(duì)比了兩種現(xiàn)有國(guó)家規(guī)范中的碳排放計(jì)算方法，探討建筑全生命周期各個(gè)階段碳排放計(jì)算適用方法。

我國(guó)目前建筑行業(yè)能耗高、碳排放量大，要想開展低碳研究，減少建筑對(duì)環(huán)境的污染，解決建筑碳排放量化問題尤為重要，能夠疏解北京非首都功能，優(yōu)化京津冀產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少建筑業(yè)能源使用和溫室氣體排放，而建筑行業(yè)能源消耗可通過碳排放量或碳排放強(qiáng)度得以體現(xiàn)。目前，我國(guó)建筑行業(yè)仍然處于勞動(dòng)密集型粗放式階段，建筑物建造和拆除過程中產(chǎn)生的溫室氣體能耗比例高達(dá)1.281%[4]。本文使用排放系數(shù)法對(duì)近10年京津冀地區(qū)建筑行業(yè)碳排放進(jìn)行量化研究，從而分析碳排放變化趨勢(shì)，據(jù)此提出減少碳排的合理化建議。

1 碳排放計(jì)算方法

測(cè)算碳排放量的方法主要有實(shí)測(cè)法、投入產(chǎn)出法、排放系數(shù)法，本文參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]，通過對(duì)比，從中選取精度最準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)來源真實(shí)、誤差較小的方法。

(1)實(shí)測(cè)法。測(cè)算結(jié)果比較精準(zhǔn)，但適用范圍過窄，僅適用于典型的建筑企業(yè)。

(2)投入產(chǎn)出法。投入產(chǎn)出法對(duì)于和建筑行業(yè)相關(guān)的材料生產(chǎn)等間接碳排放測(cè)算比較精準(zhǔn)，但國(guó)家投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)每5年更新一次，具有滯后性，且缺少省市數(shù)據(jù)。

(3)排放系數(shù)法。測(cè)度過程比較簡(jiǎn)潔，且數(shù)據(jù)獲取容易，但國(guó)家相關(guān)機(jī)構(gòu)公布的碳排放因子等系數(shù)存在一定差異，較廣泛適用于全國(guó)建筑行業(yè)。

由于本文研究宏觀建筑行業(yè)碳排放，不涉及具體項(xiàng)目，因此不適合選用實(shí)測(cè)法，且投入產(chǎn)出法沒有省級(jí)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，更新速度也較慢，因此選用排放系數(shù)法進(jìn)行測(cè)算。

2 碳排放量化模型

根據(jù)《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》能源分類及相關(guān)資料，將建筑行業(yè)碳排放來源選取為煤炭、液化石油氣、煤油、焦炭、柴油、汽油、燃料油、其它石油制品和天然氣9種一次能源，以及電力和熱力兩種二次能源。將建筑整個(gè)生命周期分為建筑材料生產(chǎn)階段、施工階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段和拆除回收階段。本文構(gòu)建如下碳排放量總模型：

F=F1+F2+F3+F4

(1)

其中，F(xiàn)為碳排放總量；F1為建筑材料在生產(chǎn)階段的碳排放量；F2為施工階段的碳排放總量；F3為建筑運(yùn)行階段的碳排放總量；F4為拆除階段碳排放總量；單位均為kgCO2。

2.1 生產(chǎn)階段

建筑材料開采和生產(chǎn)屬于工業(yè)行業(yè)，但在進(jìn)行原材料加工生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的碳排放也應(yīng)歸屬于建筑碳排放。建筑材料在原材料開采過程中的機(jī)械化運(yùn)作，將原材料運(yùn)輸至加工場(chǎng)地，以及對(duì)原材料進(jìn)行加工生產(chǎn)成為建筑所需材料過程中都會(huì)產(chǎn)生碳排放。生產(chǎn)階段碳排放量計(jì)算公式如下：

(2)

其中，Qmi為生產(chǎn)階段中第i種材料的消耗量(kg)；?mi為生產(chǎn)階段中第i種材料的碳排放因子(kgCO2/kg)。

2.2 施工階段

施工階段中產(chǎn)生的碳排放主要有以下來源：將原材料從生產(chǎn)場(chǎng)地運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)所消耗能源產(chǎn)生的排放，施工項(xiàng)目建設(shè)時(shí)期機(jī)械等所消耗的柴油、汽油等，以及施工現(xiàn)場(chǎng)人類活動(dòng)所消耗的水、天然氣等產(chǎn)生的碳排放。在材料運(yùn)輸過程中，碳排放主要來源于運(yùn)輸工具所消耗的能源，主要受運(yùn)輸材料種類、數(shù)量、運(yùn)輸距離、消耗燃料類型等因素的影響。施工過程中主要受機(jī)械型號(hào)、臺(tái)班能源類型和消耗量等因素的影響。

由于柴油等能源消耗可根據(jù)消耗量和碳排放因子進(jìn)行計(jì)算，而材料運(yùn)輸屬于間接施工活動(dòng)造成的CO2的排放，因此建筑施工階段碳排放計(jì)算公式如下：

F2=F21+F22

(3)

(4)

(5)

其中，F(xiàn)21為施工現(xiàn)場(chǎng)消耗能源和機(jī)械運(yùn)作產(chǎn)生的CO2排放量(kgCO2)；F22為建筑材料在運(yùn)輸過程中運(yùn)輸工具消耗能源產(chǎn)生的碳排放量(kgCO2)；Qwi為施工現(xiàn)場(chǎng)能源消耗量(kg)；?wi為現(xiàn)場(chǎng)消耗能源碳排放因子(kgCO2/kg)；Zei為所要運(yùn)輸?shù)牡趇種材料的消耗量(kg)；zei為每輛車運(yùn)輸?shù)牡趇種材料重量(kg)；yei為車輛在運(yùn)輸?shù)趇種材料過程中單位路程耗油量(kg/km)；li為第i種材料運(yùn)輸路程(km)；?ri為第i種運(yùn)輸材料貨車燃油的碳排放因子(kgCO2/kg)。

2.3 運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段

在建筑運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段中，碳排放主要包括生活用水、制冷、供暖、照明及電梯、可再生能源碳排放總量以及維護(hù)設(shè)備可能產(chǎn)生的碳排放量。對(duì)于運(yùn)行過程中的建筑使用壽命，按照《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，應(yīng)和設(shè)計(jì)文件保持一致，如果設(shè)計(jì)文件不能提供應(yīng)按50年計(jì)算。由于在建筑維護(hù)階段缺乏相應(yīng)數(shù)據(jù)，有些學(xué)者進(jìn)行了科學(xué)合理的假設(shè)，將維護(hù)階段每年的CO2排放量按照施工階段碳排放量的20%計(jì)算[6]。計(jì)算模型如下：

F3=(CS+CC+CW+CL+CV+20%F2)×y

(6)

其中，CS為建筑運(yùn)行階段生活用水系統(tǒng)每年碳排放量(kgCO2)；CC為建筑運(yùn)營(yíng)階段制冷系統(tǒng)每年碳排放量(kgCO2)；CW為建筑運(yùn)營(yíng)階段供暖系統(tǒng)每年碳排放量(kgCO2)；CL為建筑運(yùn)營(yíng)階段照明系統(tǒng)每年碳排放量(kgCO2)；CV為建筑運(yùn)營(yíng)階段可再生能源系統(tǒng)每年碳排放量(kgCO2)；y為建筑使用年限。

2.4 拆除回收階段

當(dāng)建筑到達(dá)使用年限后就會(huì)被拆除，拆除階段中現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械所消耗的各種能源動(dòng)力和人工拆除都會(huì)產(chǎn)生碳排放。拆除階段碳排放計(jì)算方法和建造階段類似，同時(shí)應(yīng)考慮建筑材料回收利用所減少的能源損耗。拆除階段計(jì)算方法如下：

(7)

其中，Ei為第i種材料在拆除階段的能源消耗量(kg)；?i為第i種材料的碳排放因子(kgCO2/kg)。

3 京津冀地區(qū)碳排量測(cè)算

3.1 數(shù)據(jù)來源

3.1.1 碳排放因子

鑒于數(shù)據(jù)來源準(zhǔn)確性及獲取的可能性，在進(jìn)行京津冀地區(qū)建筑行業(yè)碳排放量計(jì)算過程中，本文選取常見的11種能源，將其消耗作為造成京津冀建筑碳排放的主要來源，包括煤炭、焦炭等9種一次能源和電力、熱力兩種二次能源。常見一次能源的熱值表及碳排放因子如表1所示。

表1 常見一次能源熱值表和碳排放因子

由于發(fā)電廠需要將其它能源轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而產(chǎn)生電能供建筑使用，因此在建筑整個(gè)生命周期內(nèi)使用電力會(huì)間接產(chǎn)生碳排放。而各地區(qū)由于發(fā)電形式不同，碳排放因子也會(huì)存在一定差異。我國(guó)按照電力不同分為華北、華東、華中、東北、西北、南方和海南7個(gè)區(qū)域，根據(jù)中國(guó)生命周期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫[7]數(shù)據(jù)顯示，京津冀地區(qū)所屬華北區(qū)域電力碳排放為1.27kgCO2/kWh。華北地區(qū)熱力CO2排放因子如表2所示，參考相關(guān)文獻(xiàn)[8]選取主要建材為水泥、玻璃、鋼筋、實(shí)心黏土磚、砂石和鋁材，碳排放因子如表3所示。

表2 華北地區(qū)熱力碳排放因子

表3 主要建材碳排放因子

3.1.2 京津冀地區(qū)建筑行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)

通過對(duì)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》中京津冀3個(gè)地區(qū)2008-2017年建筑行業(yè)能源消費(fèi)總量進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，以及本文選取的主要建筑材料消耗數(shù)據(jù)，利用不同階段碳排放測(cè)算模型，分別計(jì)算京津冀3個(gè)地區(qū)建筑行業(yè)碳排放總量。

3.2 測(cè)算結(jié)果

根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》中2008-2017京津冀3個(gè)地區(qū)建筑行業(yè)能源和建筑材料消耗數(shù)據(jù)，分別測(cè)算京津冀地區(qū)建筑行業(yè)不同階段的碳排放量，最終得到3個(gè)地區(qū)建筑行業(yè)的碳排放量，具體數(shù)據(jù)見表4。

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)得到圖1，從時(shí)間序列上看，除2011-2013年碳排放量出現(xiàn)極值情況，其余年份基本上處于波動(dòng)上升狀態(tài)，但上升比較緩慢。2011-2013年碳排放量的迅速增長(zhǎng)是因?yàn)槭艿絿?guó)家樓市開放政策的刺激，房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)過度圈地、迅猛擴(kuò)張使得傳統(tǒng)粗放密集型建筑行業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)大大增加，同時(shí)缺少綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)要求，造成了建筑材料的過度浪費(fèi)。從地區(qū)上看，河北地區(qū)碳排放量位居第一，天津逐漸超越北京。

表4 2008-2017年京津冀地區(qū)建筑行業(yè)碳排放量

圖1 京津冀建筑行業(yè)碳排放量

4 對(duì)策建議

(1)建筑材料生產(chǎn)和使用過程中會(huì)造成大量碳排放，因此應(yīng)盡可能優(yōu)化建筑材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，同時(shí)加大對(duì)綠色建筑材料的研發(fā)，使用綠色低碳可循環(huán)再生的建筑材料代替高能耗建材。

(2)加強(qiáng)運(yùn)輸管理，對(duì)運(yùn)輸路線進(jìn)行合理科學(xué)規(guī)劃，盡量就地取材減少運(yùn)輸距離。同時(shí)，在拆除回收階段的材料進(jìn)行二次利用，減少材料消耗。

(3)優(yōu)化能源消耗結(jié)構(gòu)，加大對(duì)清潔可再生能源的使用，盡可能減少一次能源的使用；同時(shí)，對(duì)住宅建筑供暖方式進(jìn)行改進(jìn)，提升熱效率，同時(shí)降低空調(diào)用電負(fù)荷。

(4)政府應(yīng)加大建筑行業(yè)調(diào)控力度，從粗放式逐步轉(zhuǎn)型為集約型發(fā)展方式，從而降低建筑碳排放量。