徐 偉 郭雅楠

內蒙古科技大學土木工程學院

0 引言

如果目前的變暖速度持續(xù)下去，到2030-2052年，全球變暖可能達到1.5℃。中國政府明確了力爭2030年前達到碳排放峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和的目標，從相對減少到絕對減少到零排放。從低碳概念的角度來看，綠色建筑的推廣勢在必行。然而，只是看到了綠色建筑最初的額外成本，而忽略了其良好的環(huán)境性能和長期效益。在推動中國高質量發(fā)展中有助經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉型，并成為推動全球能源轉型的重中之重。應對氣候變化已成為我國社會主義現(xiàn)代化建設的最大挑戰(zhàn)，但也已成為我國基本實現(xiàn)綠色工業(yè)化、城市化、農業(yè)和農村現(xiàn)代化的最大機遇。

1 綠色建筑低碳發(fā)展必要性

在低碳視角下，綠色建筑是國家建筑業(yè)轉型重要的方式之一，傳統(tǒng)建筑業(yè)評價追求的是行業(yè)的高利潤和高回報率，沒有反映出建筑業(yè)發(fā)展對環(huán)境的影響，內部因素是主要考慮因素，而不考慮建筑業(yè)的外部因素。為了實現(xiàn)低碳發(fā)展的目標，有必要對建筑業(yè)進行監(jiān)督，特別是自然資源的開發(fā)利用和降本節(jié)能的實施，必須將低碳環(huán)保概念納入可持續(xù)發(fā)展中，抓緊產品的節(jié)能降耗，確保清潔、環(huán)保和低碳生產。由低碳經(jīng)濟引發(fā)的綠色建筑革命，也有利于改善建筑業(yè)的生產模式、生活方式等多個方面。最后，低碳視角下，豐富了綠色建筑經(jīng)濟效益評價指標。傳統(tǒng)的綠色建筑評價指標體系以財務指標為評價工具。基于低碳的經(jīng)濟效益評價體系不僅包括財務指標，而且還包括低碳指標。通過這些指標，利益相關者可以從總體上了解工程的低碳環(huán)保，節(jié)能降耗和企業(yè)績效，以促進建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2 基于低碳理論的綠色建筑評價體系現(xiàn)狀

基于當前國家推行的“雙碳”目標，社會各界重視低碳理論的研究和先進技術的研發(fā)，優(yōu)化各行業(yè)在能源利用上的低碳需求，旨在提高相關行業(yè)在國際市場上的競爭力。

在世界范圍內具有重大影響的綠色建筑評價體系評價標準主要有美國LEED評估體系、加拿大GBC2000評估體系、日本CASBEE評價體系、英國BREEAM評估體系以及澳大利亞NABERS評估體系等。與國外相比，從綠色建筑碳排放核算視角出發(fā)，Vincent J.L.Gan等人［1］采用了碳當量的會計核算方法對我國香港地區(qū)高層建筑的碳排放進行定量評價。鄭艷丹等人［2］參考建筑造價清單得出建筑施工階段的碳排放量計算公式，從而對低碳建筑的碳排放進行定量評價。張智慧和劉睿劼［3］基于關聯(lián)碳排放概念，利用投入產出方法分析建筑業(yè)的碳排放核算問題。陰世超［4］、趙秀秀［5］等在對建筑碳排放進行計算的時候將建筑全生命期分為建筑設計階段、建材生產和開采階段、建筑施工階段、建筑運行和維護階段、建筑拆除及回收階段進行估算。

由此可見，從目前的碳排放概念到綠色建筑的發(fā)展，綠色建筑走低碳路線有著非常好的發(fā)展前景和優(yōu)勢，不僅能提高綠色建筑的經(jīng)濟效益，而且還能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。但在目前的市場情況看來，很多綠色建筑施工過程中并沒有考慮節(jié)能減排，只是以綠色建筑為口號，綠色建筑的理念還沒有真正付諸實踐，無法達到從傳統(tǒng)建筑業(yè)向綠色建筑的過渡。國家為了更好地推進綠色建筑理念，必然要引入碳排放指標，以求推動綠色建筑業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化的目標。

3 基于低碳理論的綠色建筑經(jīng)濟效益指標體系制定的總體思路

基于低碳理論的綠色建筑指標體系量化了建筑全生命周期各個階段的碳排放，為我國建筑節(jié)能減排提供了重要的數(shù)據(jù)支持。將建筑碳排放評價指標應用到綠色建筑評價體系中，可以彌補綠色建筑評價體系的不足，實現(xiàn)建筑行業(yè)的節(jié)能減排。本文強調建筑運行階段、建材的生產和運輸階段、建筑建造及拆除階段三方面，對建筑涉及給暖通空調、生活熱水、照明及電梯等專業(yè)進行碳排放核算。建立綠色建筑全生命周期碳排放計算框架，根據(jù)層次分析法構建結構模型，然后進行矩陣構造，計算出指標權重，并建立碳排放評分標準。最后，結合具體案例，采用綠色建筑碳排放經(jīng)濟效益評價體系對建筑星級評價標準進行評價，從而實現(xiàn)從低碳到綠色建筑的過渡。

4 基于碳排放核算的綠色建筑全生命周期評價研究

評價指標的選取將影響低碳建筑項目評價結果的有效性，評價指標體系的合理與否也決定著低碳建筑項目評價是否與實際相符合，科學完整的評價指標體系應統(tǒng)籌考慮建筑項目全生命周期的各個階段［6］。本章將建筑全生命周期分為建筑運行階段、建材的生產和運輸階段、建筑建造及拆除階段，根據(jù)每個階段特點不同，設定不同的核算對象，構成了綠色建筑全生命周期碳排放計算框架。

全生命周期碳排放指數(shù)是評價建筑全球變暖類型的重要指標，旨在控制建筑物在整個生命周期內的碳排放，其計算公式如下：

式中，建筑全生命周期碳排放指參評建筑年CO2的排放量，單位kgCO2/m2（a）

建筑全生命周期碳排放基準值指建筑全生命周期內所允許產生的最大的建筑碳排放量。

4.1建 筑物運行階段碳排放計算

本文在進行運行階段碳排放計算時，分別計算出空調采暖、生活熱水、照明及電梯這三部分產生的碳排放，最后將這三部分的碳排放總和相加（見圖1）。一部分的計算公式均參考于GB/T 51366-2019《建筑碳排放計算標準》。

圖1 建筑運行階段碳排放內容

建筑物的運行階段各系統(tǒng)的碳排放量計算公式如下：

式中，CM為建筑運行階段單位建筑面積碳排放量（kgCO2/m2)，Ei為建筑第i類能源年消耗量（單位/a），EFi，j為第i類能源的碳排放因子，Ei，j——為i類系統(tǒng)的第i類能源消耗量（單位/a）；ERi，j——類系統(tǒng)消耗由可再生能源系統(tǒng)提供的第i類能源量（單位/a）；i為建筑消耗終端能源類型，包括電力、燃氣、石油、市政熱力等，j為建筑用能系統(tǒng)類型，包括空調采暖、生活熱水、照明及電梯系統(tǒng)等，Cp為建筑綠地碳匯系統(tǒng)年減碳量（kgCO2/a），y為建筑設計壽命（a），A為建筑面積（m2）。

空調制冷劑產生的碳排放計算公式為：

式中，CECAC為空調能耗系數(shù)；E為空調系統(tǒng)能耗；L為空調負荷。

生活熱水計算公式為：

式中，Qr為每年生活熱水所消耗的熱量，T為每年使用生活熱水的天數(shù)，m為每年使用生活熱水的人數(shù)，qr為每人所用生活熱水的定額。

式中，Wr為每年使用生活熱水所消耗的能源，Qr為每年太陽能光熱系統(tǒng)所提供的熱量，和分別為生活熱水的輸配效率和年平均熱源效率，tr和ti分別為設計熱水和冷水溫度。

照明的能耗計算公式為：

式中，E1為建筑整體照明系統(tǒng)年能耗，i為某房間，J為某天，Pij為照明功率密度值，tij為照明時間，pp為應急燈照明功率密度。

電梯的能耗計算公式為：

式中，Ee表示每年電梯所產生的能量消耗，p表示電梯的能量消耗，ta表示電梯每年平均運行的小時數(shù)，v表示電梯的運行速度，W表示電梯的額定負荷載重量，Es表示電梯待機過程中產生的能耗，ts表示電梯每年平均待機的小時數(shù)。

4.2建 造及拆除階段碳排放計算

建筑和拆除階段的計算公式均參考于《建筑碳排放計算標準》。

建筑建造階段碳排放計算公式：

建筑拆除階段碳排放計算公式：

式中，MC表示建筑建造或拆除階段的碳排放量，CEi為建筑建造或拆除階段所使用機械臺班量，廠施工機械的碳排放因子。

4.3建 材生產及運輸階段碳排放計算

建材生產及運輸階段的碳排放應為建材生產階段與建材運輸階段之和，其計算公式參考于《建筑碳排放計算標準》。

建材生產及運輸階段的碳排放計算公式如下：式中，Csc為建筑全生命周期建材生產階段的碳排放量，Cys為建筑全生命周期建材運輸過程產生的碳排放量，CJc為該階段總的碳排放量。

建材生產階段碳排放公式：

式中，i為建材的種類，Mi為建筑材料的消耗量，F(xiàn)i為建筑材料的碳排放影響因子。

建材運輸階段碳排放公式：

式中，Di為建材從生產地到施工現(xiàn)場運輸距離，Ti為建筑材料運輸過程的碳排放影響因子。

5 基于低碳理論的綠色建筑經(jīng)濟效益評價體系的構建

低碳理論下的綠色建筑經(jīng)濟效益評價中建筑碳排放評價指標的思想是對建筑碳排放的綜合分析，從建筑的角度對建筑各個階段的生命周期進行分析。在綜合評價權重指標的選擇中，主要參考“低碳節(jié)能建筑綜合評價權重指標”和“中國低碳節(jié)能建筑綜合評價權重指標”，主要考慮各類建筑碳排放的重要因素，碳排放作為重要評價指標，結合問卷調查、定性和定向分析，使評價體系更加客觀和完善。

5.1體 系建立

利用層次分析法，建立加入建筑碳排放評價指標的綠色建筑評價體系層次結構圖（見圖2）。

圖2 基于低碳理論的綠色建筑經(jīng)濟效益評價體系

5.2權 重確定

5.2.1 構建評價矩陣

假設現(xiàn)在有n個專家對m個評價指標進行打分，其構成的評價數(shù)據(jù)矩陣r=（xij）m＊n：

5.2.2 對數(shù)據(jù)進行歸一化處理

由于綠色建筑的評價體系設計的影響因素眾多，需對指標進行標準化處理。若第i位受調查者對第j個指標的評分為xij分，對其進行歸一化處理后的數(shù)據(jù)記為Xij，則可用以下兩個公式對評價指標進行歸一化處理：其中，max(xj)、min(xj)分別為指標j評分的最大值與最小值。

5.2.3 根據(jù)熵的定義，計算第j個指標的熵值為：

5.2.4 計算指標j的差異性：

差異性系數(shù)cj表示該指標在整個評價體系的重要程度，其數(shù)值越大表明該指標在整體評價的重要程度越大，相應的指標權重值ωj也越大。

5.2.5 計算指標j的權重值：

各級指標的熵值法權重計算結果見表1。

表1 基于低碳理論的綠色建筑經(jīng)濟效益指標體系

5.3評 分標準

通過參考行業(yè)相關規(guī)范，并結合相關現(xiàn)有案例的試評價情況，經(jīng)過專家咨詢法和專家打分法將百分制評價法下綠色建筑評價的分值線性分布［40，100］。為方便推廣及使用，低碳理論下的綠色建筑評價等級分為3個等級，并根據(jù)等分公式將區(qū)間進行劃分，評價等級得分區(qū)間范圍為［40，60］，［60，80］，［80，100］分別對應一星級、二星級、三星級建造水平。

6 案例結果分析

6.1工 程概況

該工程位于包頭市包鋼療養(yǎng)院院內，擬建建筑物為昆都侖區(qū)醫(yī)院門診樓住院樓，設地上六層，地下室一層，項目總用地面積11 377.78 m2，主要建設門診住院綜合樓一棟，總建筑面積17 131.24 m2，其中地上建筑面積16 939.87 m2，地下建筑面積2 224.93 m2、建筑高度30.9 m，屬一類高層建筑，耐火等級為一級，設計抗震烈度為8度。抗震設防類別為丙類，設計使用年限50年。

6.2全 生命周期碳排放計算及結果分析

該建筑位于北部地區(qū)，夏季炎熱，冬季寒冷。建筑運行階段的碳排放量空調系統(tǒng)比電梯系統(tǒng)高出28.6%。經(jīng)計算，建材的生產和運輸階段每平方米的碳排放量比建筑材料運輸階段高出20倍。計算得到，建筑施工階段碳排放占建筑建造及拆除階段的90%，施工階段每平方米碳排放量是拆除階段的10倍。

建筑全生命周期的碳排放，該項目建筑在整個生命周期內總的碳排放量為124 784.6 t，其中建筑運行階段所產生的碳排放最多，占總碳排放的68%，建材的生產及運輸階段次之，占30%，占比最少的是建筑的建造及拆除階段為2%。通過計算可以得出該建筑CO2排放量為156 026.73 t，單位建筑物面積年平均碳排放量為16.2 kgCO2/m2(a)。將計算數(shù)值代入公式4-1中，對照碳排放評價指標的評分標準，47.8%介于［40，60）之間，所以該建筑全生命周期碳排放指標滿足一星級建筑門檻。因此，本文所建立的基于低碳理論綠色建筑經(jīng)濟評價體系能較為合理地對綠色建筑建造水平進行評價，具有一定的科學性、準確性、可行性與可操作性。