胡晶捷

(中冶南方工程技術(shù)有限公司，武漢 430072)

建筑產(chǎn)品生產(chǎn)和建造階段的大多數(shù)溫室氣體來自于鋼筋混凝土工程、金屬結(jié)構(gòu)工程和砌筑工程，其中來自材料生產(chǎn)的直接和間接排放占總排放的絕大多數(shù)。因此，在建筑項(xiàng)目規(guī)劃和決策中要納入對(duì)碳足跡的評(píng)估，重點(diǎn)是對(duì)建筑材料的選用進(jìn)行考察和把關(guān)。

目前計(jì)算和評(píng)估建筑物碳足跡的方法已有許多，高鑫等人[1]采用基于過程的清單分析法和排放系數(shù)法，構(gòu)建了裝配式混凝土建筑物化階段碳足跡測(cè)算模型。不少人用碳排放系數(shù)法計(jì)算建筑物在施工階段的碳排放量[2-4]，并分析該階段的碳減排措施。張時(shí)聰?shù)热薣5]結(jié)合單體建筑最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，討論了建筑物全生命周期碳排放的計(jì)算方法。徐西蒙等人[6]對(duì)世博生態(tài)城低碳中心的碳足跡進(jìn)行了核算,結(jié)果表明該建筑的碳足跡主要來源于材料生產(chǎn)階段。毛潘等人[7]結(jié)合案例，對(duì)四種不同種類保溫材料的典型墻體構(gòu)造，進(jìn)行全生命周期的碳排放核算與對(duì)比，得出不同要求下相應(yīng)的墻體構(gòu)造方案。在進(jìn)行建筑全生命周期的碳排放核算中，既要突出重點(diǎn)又要簡(jiǎn)潔和準(zhǔn)確，并充分利用那些定量的數(shù)據(jù)，從節(jié)能減排方面判斷建筑、材料及建造的適用性和先進(jìn)性，進(jìn)而優(yōu)選建筑設(shè)計(jì)方案，這方面的相關(guān)研究還相對(duì)較少。該文以湖北省恩施州某住宅建筑項(xiàng)目為例，重點(diǎn)對(duì)同一建筑的傳統(tǒng)和現(xiàn)代的兩種不同材料的外墻體進(jìn)行分析比較，計(jì)算和評(píng)估外墻體的碳足跡，判斷兩種住宅外墻體及其材料的適用性，以此進(jìn)一步優(yōu)化和確定后續(xù)的建筑設(shè)計(jì)方案。

1 計(jì)算與評(píng)估方法

“碳足跡”是指某一個(gè)生產(chǎn)過程或生產(chǎn)產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中排放的二氧化碳和其他溫室氣體(甲烷、氧化亞氮等)的總量。其它溫室氣體基于100年的全球變暖潛勢(shì)值轉(zhuǎn)化為二氧化碳當(dāng)量進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)量。

自20世紀(jì)末以來，發(fā)達(dá)國(guó)家政府和國(guó)際組織，如聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會(huì)、美國(guó)供熱制冷空調(diào)工程師協(xié)會(huì)、德國(guó)可持續(xù)建筑協(xié)會(huì)、英國(guó)政府等，已先后建立了碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。例如英國(guó)政府建議采用《政府住宅能源評(píng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估程序》評(píng)估住宅建筑的碳足跡，英國(guó)環(huán)境保護(hù)署推出了“碳排放”專用計(jì)算器。

碳足跡算法中較好的是全生命周期評(píng)估方法，它被稱為“從最初開始到最終消失或結(jié)束”的整個(gè)過程的計(jì)算方法。我國(guó)國(guó)標(biāo)《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》中考慮了建筑全生命期。

應(yīng)用全生命周期評(píng)估方法開展建筑能源使用及環(huán)境影響評(píng)價(jià)的研究，主要在3 個(gè)方面:一是比較建筑材料的環(huán)境影響，以支持綠色建材; 二是評(píng)價(jià)建筑生命周期各階段的能源使用效率和環(huán)境影響，進(jìn)而提出優(yōu)化方案; 三是對(duì)單體建筑或區(qū)域內(nèi)建筑系統(tǒng)開展全生命周期評(píng)估，著重于量化其環(huán)境影響，識(shí)別關(guān)鍵影響因素和提出政策建議。

建筑材料全生命周期碳足跡評(píng)估的五個(gè)步驟：1)明確研究對(duì)象及定義、計(jì)算范圍或計(jì)算邊界，根據(jù)建筑元素材料的功能、特性及適用性，選擇適合分析和比較的建筑元素及建筑材料；2)考慮每一種材料的特征、特性及用量，包括材料生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工制造、使用壽命及運(yùn)行特征等；3)選擇合適的計(jì)算方法和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)；4)對(duì)碳足跡從最初開始到最終消失的全生命周期進(jìn)行量化評(píng)估與影響評(píng)價(jià)；4)進(jìn)一步分析和解釋，提出改進(jìn)建議，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方案，優(yōu)選合適的低碳材料和低碳建造方式等。

計(jì)算建筑物碳足跡的實(shí)質(zhì)是將建筑物從無到有再到無的相關(guān)過程中消耗的煤、油、燃?xì)?、電力、可再生能源等轉(zhuǎn)化為當(dāng)量二氧化碳排放。建筑全生命周期碳足跡，包括材料生產(chǎn)及運(yùn)輸階段的碳足跡、施工建造階段的碳足跡、運(yùn)行維護(hù)階段的碳足跡、建筑拆除回收階段的碳足跡。各階段的碳排放量均為材料、能源和機(jī)械臺(tái)班清單等與相對(duì)應(yīng)碳排放因子的乘積，可參考文獻(xiàn)[8]和英國(guó)的《政府住宅能源評(píng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估程序》等。

2 案例與分析

2.1 案例概況

案例為湖北省恩施州某住宅項(xiàng)目，恩施州是少數(shù)民族自治州，少數(shù)民族特色明顯，當(dāng)?shù)孛窬佣喟胧怯脗鹘y(tǒng)磚砌塊砌筑房屋，磚內(nèi)有一層隔熱材料。項(xiàng)目附近有一個(gè)混凝土工廠，方便就地取材。另一方面，新材料新技術(shù)的發(fā)展使得現(xiàn)代金屬鋁板等材料的使用成為可能。

該文重點(diǎn)考慮其中的一套住房，七層樓，面積106 m2，層高3.0 m，對(duì)同一套住房進(jìn)行傳統(tǒng)和現(xiàn)代的兩種不同材料的外墻體分析比較，考慮外墻體的功能和材料的適用性與特殊性，包括墻體材料的工廠生產(chǎn)，運(yùn)送到工地，在工地的施工建造、場(chǎng)地運(yùn)輸、運(yùn)行維護(hù)和拆除回收過程等，見表1。

表1 兩種不同類型墻體的主要特征及比較

墻體主要用于保溫隔熱，根據(jù)住宅建筑能效設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不同材料的使用標(biāo)準(zhǔn)是它們?cè)诮ㄖ袘?yīng)提供相同的熱舒適的能力，墻體的物理量導(dǎo)熱系數(shù)U值應(yīng)相同,見表2。

表2 兩種不同類型墻體的主要材料特性及材料用量

2.2 碳足跡計(jì)算與評(píng)估

依據(jù)建筑全生命周期理論和《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》及英國(guó)的《政府住宅能源評(píng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估程序》，分別計(jì)算兩種不同類型外墻體材料的碳足跡并進(jìn)行評(píng)估。

1)材料生產(chǎn)階段的碳足跡

分別計(jì)算兩種不同類型外墻體的材料在生產(chǎn)階段(從材料生產(chǎn)并運(yùn)到施工建造工地門口)的碳足跡的量，見圖1。

2)施工建造階段的碳足跡

分別計(jì)算兩種不同類型墻體在施工階段(建造工地現(xiàn)場(chǎng))的碳足跡的量，見圖2。

3)運(yùn)行階段和拆除階段的碳足跡

該文主要是考慮外墻體的碳足跡，房屋在運(yùn)行維護(hù)階段的暖通空調(diào)、生活熱水、照明及電梯等未包括其中；一般外墻體在生命周期中較少進(jìn)行大的修復(fù)和翻新，相應(yīng)的碳足跡占比較少。

在拆除回收階段，可能會(huì)用到少量的設(shè)備或人工拆除墻體，并運(yùn)輸?shù)交厥請(qǐng)龌蛱盥駡?chǎng)，考慮到運(yùn)輸距離較短，兩種墻體材料拆除階段相應(yīng)的碳足跡占比也較少或相差不大，因此在下面的總碳足跡中未包括運(yùn)行階段和拆除階段的碳足跡。

由圖1可見，在該項(xiàng)目中，現(xiàn)代金屬鋁板外包墻體在生產(chǎn)階段的碳足跡比傳統(tǒng)磚砌塊砌筑墻體的要多1倍左右，其中磚材的碳足跡占總數(shù)40.7%；鋁材的碳足跡占總數(shù)92.0%，鋁材的材料生產(chǎn)的占比耗能較大，鋁材工廠到工地的距離較長(zhǎng)，耗能較多。由圖2可見，在該項(xiàng)目施工建造階段，人員數(shù)量和運(yùn)輸?shù)奶甲阚E起主要作用，但是施工階段碳足跡比生產(chǎn)階段的要小很多。在該項(xiàng)目中，材料生產(chǎn)包括運(yùn)輸?shù)奶甲阚E消耗起主導(dǎo)作用。在整個(gè)階段中，傳統(tǒng)磚砌塊砌筑墻體中材料生產(chǎn)(包括運(yùn)輸)的碳足跡消耗占82%；現(xiàn)代金屬鋁板外包墻體中材料(包括運(yùn)輸)的碳足跡消耗占96%，占比很高。

從上面的碳足跡計(jì)算、評(píng)估和比較中，很容易得到兩種不同材料的外墻體的碳排放優(yōu)劣的判斷，該案例中，傳統(tǒng)磚砌塊砌筑墻體比現(xiàn)代金屬鋁板外包墻體的碳足跡要少很多，傳統(tǒng)磚砌塊就地取材，材料臨近施工現(xiàn)場(chǎng)，大大節(jié)約了運(yùn)輸能源，而且，還能提供良好的熱舒適性，其顏色和質(zhì)感也給予居住者歸屬感和親切感。

但是，如果進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)代金屬鋁板的生產(chǎn)方式，如果現(xiàn)代金屬鋁板的生產(chǎn)工廠距離施工工地很近，總碳足跡會(huì)大幅減少，而且，現(xiàn)代鋁板外包可以給居住者帶來新的居住感受，滿足人們對(duì)現(xiàn)代生活方式的品質(zhì)需求和符號(hào)化的心理滿足；現(xiàn)代鋁板外包施工階段的碳足跡較少，板材裝配式施工方便，施工人數(shù)較少，工期較短，越來越受到歡迎。

3 結(jié) 論

a.對(duì)兩種不同類型外墻體碳足跡進(jìn)行定量計(jì)算、比較和評(píng)估，為進(jìn)一步優(yōu)選外墻體設(shè)計(jì)方案及低碳建材、低碳建造提供了技術(shù)依據(jù)。

b.碳足跡計(jì)算結(jié)果表明，該案例中傳統(tǒng)磚砌塊砌筑墻體比現(xiàn)代金屬鋁板外包墻體更有優(yōu)勢(shì)。由于生產(chǎn)耗能和長(zhǎng)途運(yùn)輸耗能較多，現(xiàn)代金屬鋁板外包墻體的總碳足跡比傳統(tǒng)磚砌塊砌筑墻體的要多41%，其中材料生產(chǎn)(包括運(yùn)輸)的碳足跡消耗占96%，占比很高。但是，如果現(xiàn)代金屬鋁板的生產(chǎn)工廠距離施工工地較近，如果進(jìn)一步改進(jìn)生產(chǎn)方式和施工方式，現(xiàn)代金屬鋁板外包可能會(huì)更受歡迎。