蔣超，謝崇實，黎昆

（重慶市設(shè)計院有限公司，重慶 400015）

0 引言

2020年9月，習(xí)近平主席在第75 屆聯(lián)合國大會上提出中國將在2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)[1]。 這一目標(biāo)是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運共同體[2]。 《中國建筑能耗研究報告2020》指出，2018年全國建筑全生命周期碳排放總量為49.3 億tCO2，占全國能源碳排放的比重為51.2%[3]。 因此，降低建筑全生命周期碳排放是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標(biāo)的重要路徑。

綠色建筑是指在全生命周期內(nèi)，節(jié)約資源，保護環(huán)境，減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實現(xiàn)人與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑[4]。 綠色建筑提倡在提供健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境的同時，盡可能降低建筑運行階段能耗，提倡綠色施工，使用綠色建材，從而形成一條全生命周期降低建筑碳排放的有效路徑，這是建筑業(yè)實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的必由之路。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2019年發(fā)布了 《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366—2019），規(guī)范了建筑碳排放計算方法[5]。 結(jié)合近年來相關(guān)研究和標(biāo)準(zhǔn)，本文以重慶市設(shè)計院建研樓工程為例，探索適用于重慶的新建綠色建筑碳排放計算的路徑和方法，計算出該項目全生命周期碳排放量，可為后續(xù)節(jié)能減排研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 項目概況

重慶市設(shè)計院建研樓（圖1）總用地面積1762.4m2，地上建筑面積2978.10m2，地 下 建 筑 面 積2075.36m2，總 建 筑 面 積5053.46 m2，包括3 層地下車庫與5 層地面建筑。 項目采用的主要綠色建筑措施有： 利用被動設(shè)計加強自然通風(fēng)、 自然采光；采用可智能調(diào)光、調(diào)節(jié)色溫的智能照明系統(tǒng)；利用可再生能源，配備光伏發(fā)電系統(tǒng)；從設(shè)計到施工的全過程BIM 設(shè)計； 地上主體結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)土建裝修一體化設(shè)計； 高效的多聯(lián)機系統(tǒng)及獨立的新風(fēng)系統(tǒng)。項目于2022年3月獲得LEED v4 BD+C 金級認證，于2020年獲得重慶市綠色建筑金級設(shè)計認證、綠色建筑二星級設(shè)計認證。

圖1 項目效果圖

2 建筑全生命周期碳排放計算

2.1 建筑運行階段碳排放計算

項目處于夏熱冬冷地區(qū)，建筑使用階段碳排放應(yīng)為建筑工程規(guī)劃許可證范圍內(nèi)能源消耗產(chǎn)生的碳排放量和可再生能源及碳匯系統(tǒng)的減碳量[5]。 該項目為新建建筑，無建筑運行相關(guān)數(shù)據(jù)，因此，筆者采用了建筑能耗模擬的方法，計算了建筑年能耗，采用了國家機關(guān)公布的區(qū)域平均碳排放因子計算因電力消耗造成的碳排放量。 本文采用由生態(tài)環(huán)境部公布的2019年度中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子[6]作為計算依據(jù)，如表1 所示。 根據(jù)電量碳排放因子計算公式[7]，重慶市（華中電網(wǎng)）2019年電力排放因子為0.5721kgCO2/kW·h。

表1 2019年中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子[6]

2.1.1 建筑能耗模擬及可再生能源計算

建筑能耗模擬采用的能耗模擬軟件eQuest 是由美國勞倫斯伯克利國家實驗室和J.J. Hirsch 及其聯(lián)盟共同開發(fā)的一款建筑能耗模擬軟件，可進行建筑逐時能耗模擬，其計算內(nèi)核DOE-2 是目前世界上應(yīng)用最廣泛的能源模擬程序。

項目圍護結(jié)構(gòu)采用自保溫體系，砌體采用250mm 蒸壓加氣混凝土砌塊，熱橋采用垂直纖維巖棉板；項目空調(diào)系統(tǒng)采用了多聯(lián)機及獨立的新風(fēng)系統(tǒng)；項目照明系統(tǒng)采用了可智能調(diào)光、調(diào)節(jié)色溫的智能照明系統(tǒng)；項目無集中生活熱水需求，冬季盥洗用熱水采用局部電加熱設(shè)備。 項目消耗終端能源類型僅有電力，無其他能源。

項目照明功率密度、設(shè)備密度、新風(fēng)量、空調(diào)設(shè)計溫度等運行特征，均按照項目實際設(shè)計值進行模擬。 項目空調(diào)、照明、設(shè)備運行時間表和人員在室率等參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》附錄B中表B.0.4-1、表B.0.4-4、表B.0.4-6、表B.0.4-10[8]設(shè)定。

模擬得出的建筑各系統(tǒng)全年能耗數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 建筑各系統(tǒng)年能耗模擬值

項目可再生能源采用光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)共1 個光伏面板安裝區(qū)，位于已建辦公樓屋頂。 光伏系統(tǒng)供電負荷為車庫及辦公一般照明，接入一般照明箱0.4kV 低壓配電母線。 項目共安裝光伏發(fā)電板136 塊，總面積為126.5m2。

光伏系統(tǒng)發(fā)電量根據(jù)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》式4.5.5 計算。其中，年太陽輻射照度取886kW·h/m2，根據(jù)廠家提供的系統(tǒng)參數(shù)，光伏電池轉(zhuǎn)換效率取20%，光伏系統(tǒng)損失效率取40%，計算出的光伏系統(tǒng)年發(fā)電量為13447kW·h。該工程光伏發(fā)電系統(tǒng)采用自發(fā)自用未接入電網(wǎng)的運營方式，因此光伏發(fā)電量可直接減扣建筑年用電量，得到項目年用電情況如表3 所示。

表3 項目年用電情況統(tǒng)計表

2.1.2 綠化碳匯

目前國內(nèi)外對綠化碳匯相關(guān)研究還比較少，研究方法也有所不同，《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》也未對相關(guān)的計算進行規(guī)定。 因此，筆者比較了多位學(xué)者的研究結(jié)果，根據(jù)該項目綠化的實際情況，決定采用陰世超[9]研究的相關(guān)結(jié)果進行綠化碳匯計算。 適用于該項目的不同綠植類型的碳匯量如表4 所示。

表4 適用于本項目的不同綠植種類的年固定碳量

根據(jù)不同類型綠化的面積，可計算出本項目年綠化碳匯量為1.11tCO2，可降低建筑運行階段碳排放8.8%，具體數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 年綠化碳匯量計算表

2.1.3 運行階段碳排放

根據(jù)上述計算，取建筑運行年限為50年，電力排放因子取0.5721kgCO2/kW·h，可計算出建筑運行階段碳排放量為6243.60 tCO2，具體數(shù)據(jù)如表6 所示。

表6 建筑運行階段碳排放

2.2 建材生產(chǎn)和運輸階段碳排放計算

2.2.1 建材生產(chǎn)階段碳排放

建材生產(chǎn)階段的碳排放根據(jù)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》式6.2.1計算，主要建材碳排放因子可按標(biāo)準(zhǔn)附錄D 取值。 附錄D 中未給出的建材碳排放因子，筆者參考東南大學(xué)的相關(guān)研究[7]進行取值。

由項目采用BIM 設(shè)計模型，可直接導(dǎo)出項目各主要建材用量。 整理得出項目主要建材及碳排放因子清單如表7 所示。 由此計算出項目建材生產(chǎn)階段的碳排放量為4677.63 tCO2。

表7 項目主要建材用量及碳排放因子清單

2.2.2 建材運輸階段碳排放

建材運輸階段碳排放根據(jù)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》式6.3.1 計算，筆者統(tǒng)計了項目主要建材用量及材料生產(chǎn)地，并根據(jù)附錄E選擇合適的運輸方式，可得項目主要建材運輸距離及運輸方式碳排放因子清單（表8）。 由此計算出項目建材運輸階段的碳排放量為64.28 tCO2。

表8 項目主要建材運輸距離及運輸方式碳排放因子清單

綜上可得項目建材生產(chǎn)和運輸階段碳排放總量為4677.63+87.28=4764.91 tCO2。

2.3 建筑建造及拆除階段的碳排放計算

2.3.1 建筑建造階段碳排放

建筑建造階段碳排放計算可從機械設(shè)備臺班、施工工藝和建造流程幾個方面來進行計算[7]。 在計算時，筆者主要從施工工藝的不同，將施工碳排放分為耗電及耗油兩種情況進行計算。 耗電量可根據(jù)項目工地逐月用電量統(tǒng)計得出，從而通過電力碳排放因子得出碳排放量。 施工耗油主要由于現(xiàn)場機械設(shè)備運轉(zhuǎn)引起，建造階段的主要耗油工藝為開挖移除土方、平整土方和水平運輸[7]，這部分耗油可以根據(jù)工程土方量進行計算。

該項目施工期為2019年6月—2021年8月，共27 個月，項目工地逐月用電量如圖2 所示。 可以看出，項目施工階段用電量受現(xiàn)場工藝的影響，用電量大致在4000～7000kW·h/月，平均每月用電量為5019 kW·h。 同時，用電量也受到春節(jié)假期、疫情停工（2020年2—3月）及土建和精裝施工轉(zhuǎn)換（2021年1月）等因素影響。 項目施工期內(nèi)，總用電量為135533kW·h，碳排放量為77.54 tCO2。

圖2 施工逐月用電量

根據(jù)項目工程量決算清單，項目總土石方開挖量為11750m3，場地回填平整量為1655.8m3，余方外運量為10011.08m3，外運距離按20km 估算，計算可得項目耗油工藝產(chǎn)生的碳排放量如表9所示。

表9 耗油工藝碳排放量

綜上，項目建造階段碳排放量為77.54+59.63=137.17 tCO2。

2.3.2 建筑拆除階段碳排放

建筑拆除階段的計算不確定因素較多，可按照現(xiàn)有研究合理估算其碳排放。 筆者根據(jù)相關(guān)研究結(jié)論[7]，建筑拆除階段碳排放量按照建筑總建材生產(chǎn)階段到建造施工階段產(chǎn)生的碳排放量的10%[7]來估算，其碳排放量為0.1×(4741.91+137.17)=487.91 tCO2。

綜上，建筑建造及拆除階段的碳排放總量為487.91+137.17=625.08 tCO2。

2.4 項目全生命周期碳排放量

綜上，該項目建筑全生命周期碳排放量為11633.59 tCO2，單位面積碳排放量為3906.38kgCO2/m2。其中運行階段碳排放量占比53.67%，建材生產(chǎn)與運輸階段占比40.96%，建造及拆除階段占比5.37%，具體數(shù)據(jù)如表10 所示。

表10 建筑全生命周期碳排放

3 碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)及減碳措施探討

3.1 計算標(biāo)準(zhǔn)尚待補充及完善

筆者在計算過程中發(fā)現(xiàn)，《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》（下文簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）中尚有部分計算方式需進一步完善，一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)還需要補充，下文舉例說明。

（1） 《標(biāo)準(zhǔn)》中建筑運行階段碳排放計算未納入辦公設(shè)備的能耗。 《標(biāo)準(zhǔn)》條文說明中認為這部分碳排放不確定性大，碳排放量占比不高，不影響對設(shè)計階段建筑方案碳排放強度優(yōu)劣的判斷，因此建筑碳排放計算不納入家用電器、辦公電器、炊事等的碳排放量[5]。 但筆者在能耗模擬中發(fā)現(xiàn)，設(shè)備能耗需參與能耗模擬計算，其直接影響項目冷負荷計算，且該項目辦公設(shè)備能耗占總能耗比例為23%，占比較大。因此在本次計算中，筆者考慮了項目辦公電器能耗引起的碳排放量。 筆者建議，計算此部分碳排放時，設(shè)備功率密度可參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》附錄B 中表B.0.4-9設(shè)置。

（2） 《標(biāo)準(zhǔn)》對綠化碳匯的計算無相關(guān)規(guī)定。 筆者通過查閱文獻，選取了適用于該項目的綠化碳匯研究結(jié)果，計算得該項目綠化碳匯可降低建筑運行階段碳排放量8.8%，說明綠化碳匯是不可忽視的減碳方式。 在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)修訂中，建議增加綠化碳匯計算方法。

（3） 《標(biāo)準(zhǔn)》中部分常用建材的碳排放因子欠缺，如建筑卷材等。 筆者采用其他學(xué)者的研究結(jié)果計算發(fā)現(xiàn)，該項目建筑卷材的碳排放量比保溫材料、外飾面材料等更大。 在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)修訂中，建議逐步補充完善各種建材的碳排放數(shù)據(jù)。

（4） 《標(biāo)準(zhǔn)》中建筑拆除階段碳排放計算辦法可操作性不強。《標(biāo)準(zhǔn)》 中采用了與建造階段相似的方法計算拆除階段的能源用量，但拆除階段不確定性較大，不同拆除項目的工程量難以確定，拆除項目每計量單位的能耗系數(shù)無相關(guān)規(guī)定，造成計算較為困難。 筆者查閱文獻發(fā)現(xiàn)，我國對建筑拆除階段碳排放研究的數(shù)據(jù)較少。 通過比較不同文獻的計算方法和數(shù)據(jù)，筆者采用了一種較為普遍的方式來對這部分碳排放進行估算，以保證計算的合理性和可操作性。 在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)修訂中，建議完善建筑拆除階段的相關(guān)計算方法和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 對降低建筑全生命周期碳排放的探討

（1） 從建筑全生命周期碳排放來看，建筑運行階段碳排放量最大，主要原因是其時間長、跨度大。 如果從年碳排放量來看，可呈現(xiàn)出“U”形分布（圖3），即建材的生產(chǎn)和運輸、建筑拆除碳排放量較大，運行階段較為平穩(wěn)。 在現(xiàn)有的城市化發(fā)展模式下，從舊建筑拆除到新建筑建成的3～5年，是碳排放量最大的階段。 綜上可知，在“雙碳”目標(biāo)背景下，想要降低建筑全生命周期碳排放量，就必須改變大拆大建的舊發(fā)展模式。

圖3 建筑全生命周期年碳排放量

（2） 建材生產(chǎn)與運輸階段的碳排放比例如圖4 所示，建材生產(chǎn)碳排放占98%，其中建筑主體結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)碳排放比例高達77.4%，占建筑總排放量的31.7%。 建材生產(chǎn)引起的碳排放有排放量大、排放強度大等特點。 降低建材生產(chǎn)階段碳排放，可大幅降低全生命周期碳排放量。 因此，采購碳排放量更低的綠色建材，抑或從源頭上減少建筑材料的使用，如利用既有建筑主體結(jié)構(gòu)進行改造，采用可循環(huán)或可再利用的建材，可大幅降低建筑全生命周期碳排放量。

圖4 建材生產(chǎn)與運輸階段碳排放比例

（3） 土石方開挖、外運及建材運輸環(huán)節(jié)都是運輸過程中涉及的碳排放，這部分碳排放隨著運輸距離的增加，碳排放量將顯著增大。 由于該項目99%（按重量計）的建材均在本地采購，運輸距離不超過200km，且土石方外運的距離不大，運輸過程產(chǎn)生的碳排放僅占總碳排放量的1%。 因此，盡量采購本地建材，設(shè)計階段注意土石方平衡，施工階段合理控制土石方外運距離可降低運輸過程產(chǎn)生的碳排放。

（4） 在建筑運行階段，空調(diào)和照明用能所產(chǎn)生的碳排放量占比分別為48%和28%，是最主要的碳排放來源 （圖5）。 在后續(xù)的運營階段，項目的管理方可利用智慧化樓宇控制系統(tǒng)，在保證室內(nèi)物理環(huán)境的同時，充分利用自然通風(fēng)、 自然采光等措施，降低照明和空調(diào)的使用頻率，還可利用能耗監(jiān)測系統(tǒng)，對樓宇的各分項能耗進行監(jiān)控和分析，挖掘進一步降低能耗的可能性。

圖5 建筑運營階段各系統(tǒng)碳排放比例

4 結(jié)語

本文依據(jù)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366—2019），以綠色建筑重慶市設(shè)計院建研樓工程為例，計算了項目全生命周期碳排放量。 通過總結(jié)計算過程，從設(shè)備能耗的計算、綠化碳匯的計算、建材的碳排放因子欠缺、建筑拆除階段碳排放計算等方面對《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》的完善提出了建議。 通過碳排放計算數(shù)據(jù)的分析，對降低建筑全生命周期碳排放的路徑進行了探討。 隨著國家標(biāo)準(zhǔn) 《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB 55015—2021）的發(fā)布，建設(shè)項目可行性研究報告、建設(shè)方案和初步設(shè)計文件將包含建筑碳排放分析報告[10]，建筑碳排放計算將隨著標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行迅速得到普及。