工业化预制装配建筑全生命周期碳排放分析

2023-10-09 理论教育版权反馈

【摘要】：建筑碳排放模型分析包括：碳排放生命周期划分、生命周期各阶段碳排放比例关系和建筑碳排放核算。化石燃料燃烧所产生的CO2是温室气体中所占比例最大的，约占整个温室气体排放的82.9%。对于建筑行业的CO2排放，大部分来自于建材生产过程。

建筑碳排放模型分析包括：碳排放生命周期划分、生命周期各阶段碳排放比例关系和建筑碳排放核算。

1.碳排放生命周期划分

（1）国内

陈国谦等将建筑的全生命周期分为建设施工、装修、室外设施建设、运输、运行、废物处理、物业管理、拆卸和废弃物的处置总共九个阶段，并对每个阶段碳排放的可能来源进行详细分析；系统计量方法的阶段性研究成果已汇编成专著《建筑碳排放系统计量方法》（简称《方法》）于2010年正式出版发行［31-32］。清华大学的刘念雄等认为住宅建筑的全寿命周期可以分为建材准备、建造施工、建筑使用和维护、建筑拆卸等四个阶段［33］。张智慧等将建筑的生命周期概括为物化阶段、使用阶段和拆除处置阶段，并列出了各阶段碳排放的来源［34］。北京大学的于萍、陈效逑等将建筑全生命周期分为五个阶段：建筑材料生产、施工、使用、维护、建筑废弃物处理；在计算建筑碳排放时提出重视使用阶段，忽略施工阶段的理念［35］。张陶新等认为建筑全生命周期可以分为建筑材料准备、建造、使用、拆除、处置和回收等六个阶段［36］。清华大学的陈莹基于全生命周期理论，结合中国建筑的特点，从建材生产到建筑拆除等五个阶段对我国住宅建筑的碳足迹进行了研究，建立了碳排放核算模型，为我国住宅建筑碳排放的研究工作提供了理论依据［37］。汪洪等认为衡量低碳建筑包括建筑能耗、建筑用水、建筑材料的选择，废弃物的管理和回收、交通，甚至人们的行为举止［38］。蔡向荣等将建筑能耗分为建材能耗、施工能耗、使用能耗、拆除能耗和废旧建材处理能耗，并将建筑材料从产地运输到施工现场的建材运输能耗和建筑施工过程中的能耗计算于施工能耗内［39］。刘军明等从规划设计（选址与节地、节材与材料利用、节能与能源利用、节水与水资源利用、能量补偿和能源循环等五个方面）、建造与施工、后期使用运营等三个方面探讨低碳建筑的评价体系［40］。李启明等认为建筑碳排放总量包括建造阶段碳排量、使用碳排量和拆除碳排量三部分，其中建造碳排量包括材料碳排量、施工碳排量和管理碳排量［41］。何福春等从时间和空间的角度进行低碳建筑评价，时间层面包括设计阶段、施工建造阶段、运行使用阶段、拆除回收阶段，空间层面包括建筑单体建造和使用需求而产生温室气体排放的所有空间场所的总称，并且将建筑碳排放的空间分为直接空间（建筑单体及其附属公共空间）与间接空间（生产、运输及其他活动）［42］。李兵认为在建筑物产品的萌芽到拆除处置整个过程中，碳排放具体包括原材料开采，建筑物材料、设备生产和构件加工制造，建筑物规划设计，建筑物施工安装，建筑物使用维护及建筑物拆除与清理六个部分。其中因为原材料开采，建筑物材料、设备生产和构件加工制造均属于建筑物材料本身所带来的碳排放，如按阶段划分可归入建筑物施工安装过程，故建筑物全寿命周期碳排放可以分为四个阶段进行计算，分别是：建筑物规划设计阶段碳排放、建筑物施工安装阶段碳排放、建筑物使用维护阶段碳排放和建筑物拆除清理阶段碳排放［43］。

（2）国外

莱夫（Leif）等将建筑的全生命周期划分为原材料生产、定点建设、运行、拆除及材料处理共四个阶段［44］。科尔（Cole）将建筑的生命周期分为原材料生产、利用原材料建成建筑雏形、建筑的装修和维护、废弃及拆卸等四个阶段的同时，还将第一阶段划分为工人运输、材料运输、大型设备运输、定点施工设备消耗和建筑支持措施共五个部分，以研究不同性质建筑的碳排放结构［45］。格瑞勒（Gerilla）等忽略了原材料生产阶段，主要考虑建设施工、维护、运行、废弃处理共四个阶段［46］。布里维安（Bribian）等根据住宅建筑的使用过程，将生命周期划分为生产、建设、使用和结束四个阶段，同时为了更简便地操作生命周期分析，将其直接概括为建设和使用两大系统［47］。May认为建筑物使用阶段的碳排放仅由采暖、通风、空调、照明等建筑设备对能源的消耗造成，不包括由于使用各种家用电器设备而导致的能源消耗与碳排放［48］。Paumgartten利用产品生命周期成本法估计绿色建筑在整个研究期间所有费用的净现值，包括工程施工、保养、维护、更换成本以及剩余价值，研究了绿色建筑的可持续性及其金融效益［49］。迪帕克·西瓦拉曼（Deepak Sivaraman）建立了综合评价网络，包括建筑能源效率模拟、主成分应用（包括生命周期评价、能源利用效率分析和电器性能），以及生命周期各阶段的评价体系，其中生命周期划分为五个阶段：材料生产、建筑建造、材料更换、冷热设备运行以及建筑的终结［50］。伦道夫（Randolph）对悉尼12个居住区进行能源与温室气体的排放研究，该研究将建筑建造、材料更换及基础设施生命周期的碳排放计算在内［51］。Blengini认为LCA评价了四个主要阶段：产品阶段（原材料供应、运输和制造）、建造阶段（运输和建造）、使用阶段（维护、维修和更换，运营能源使用：供暖、制冷、通风、热水和照明）和建筑寿命终结阶段（拆除、运输、回收/重用和处置）［52］。胡伯曼（Huberman）认为任何一个建筑能源消耗的综合性评价必须考虑建筑整个生命周期的消耗，可以将评价分为三个部分：使用前阶段（内含能源，EE），使用阶段（运行时能源，OE）和使用后阶段（处置或者可能的回收利用）；他还发现这些年来，减少建筑热能消耗成为设计者的目标，而内含能源却很少得到关注与研究；究其原因是对内含能源的研究缺乏明确的评价方法和充实的数据，同时多数人认为建筑生产的内含能源要远远小于建筑使用时消耗的能源［53］。

2.生命周期各阶段碳排放比例(www.chuimin.cn)

据联合国政府气候变化专门委员会IPCC计算，建筑行业消耗了全球40%的能源，并排放了36%的CO2［54］。我国建筑物总能耗占全社会总能耗的25%～28%，CO2排放量占全社会总排放量的40%［55］。化石燃料燃烧所产生的CO2是温室气体中所占比例最大的，约占整个温室气体排放的82.9%。对于建筑行业的CO2排放，大部分来自于建材生产过程。在中国台湾地区，建筑材料碳排放占全生命周期碳排放的9.15%～22.22%［56］，在日本，此比例为15.67%～22.69%［57］。

尚春静等针对木结构、轻钢结构和钢筋混凝土结构这三种不同结构形式的建筑全生命周期的碳排放进行比较，结论为物化阶段的碳排放占建筑生命周期总碳排放的比重较小，仅为4%～7%。在建筑生命周期的不同阶段，三种结构建筑在运营维护阶段的碳排放最多，分别占到碳排放总量的95.86%、94.04%和92.83%。拆除阶段的碳排放占建筑生命周期总碳排放的比重最小，仅为0.04%～0.07%［58］。任志涛等分析得出建筑物建设、运行、拆除的能耗分别占总能耗的22%、70%、8%［59］。张陶新等整理总结了2001—2007年中国城市全生命周期建筑能源消耗量，包括建筑材料能耗、建筑建造与拆卸能耗、建筑使用能耗、建筑拆除后的能耗等［60］。在能源消耗的构成比例中，一般施工阶段的能耗占10%～15%，建材生产阶段的能耗占50%～80%，在总能耗中所占比例最大，而且此阶段的能耗数据来源可靠性比较强［61］。

而对于住宅建筑，无论采用何种计算方法，建筑性质、建筑寿命，以及何种原材料利用方式，其生命周期碳排放的比例是相似的，其中运行、使用和维护阶段所占的比例最大，其变化在49%～96.9%之间［62-65］。此阶段的碳排放更多地集中在供暖、通风等方面。考虑到供暖方式的不同，不同建筑类型的供暖碳排放与原材料生产阶段碳排放的比较也反映了运行阶段的比例之高。而其他阶段碳排放所占的比例均较低，原材料生产阶段一般不超过15%，住宅建筑拆除废弃所产生的碳排放也不超过20%，由于回收利用等因素，此阶段的排放量甚至可以为较低的负值［66］。

3.建筑碳排放核算

李海峰对上海地区的住宅建筑碳排放进行了核算，以每年每平方米温室气体排放量为计算单位，计算出了各种能源的碳排放因子和运输排放因子［67］。李兵等人采用国际上先进的温室气体盘查议定书（ENCORD），对建筑施工过程中的碳源进行了归类。首次采用BIM信息模型，并把统计的基本数据导入碳排放测评软件进行测评，由此寻找最低碳排放的方案［68］。魏小清等对大型公共建筑的碳足迹框架进行了分析，得出了针对大型公共建筑的碳排放核算模型框架［69］。蔡向荣等对国内外关于住宅建筑的碳足迹研究进行了分析，总结出在建筑材料开采生产和建筑使用阶段的能耗与碳足迹要占总量的90%，这两个阶段也是减碳的重点，并提出了延长建筑寿命降低碳足迹的方法［70］。王松庆对我国严寒地区的居住建筑能耗与碳排放情况进行了分析，依据全生命周期理论把建筑分为五个阶段，经过实例计算得出建筑使用阶段的能耗与碳排放都达到了总量的80%以上，建材生产阶段达到10%以上，并运用C＋＋语言，开发出计算住宅建筑能耗与碳排放的软件［71-72］。勒俊淑运用层次分析法分析了影响居住建筑能耗的几大因素，结合建立的节能建筑模型提出了建筑人均碳排放的概念［73］。王洁通过对苏州一个住宅建筑在全生命周期内对环境的影响进行了分析，经过量化分析发现使用阶段影响最大［74］。

工业化预制装配建筑全生命周期碳排放分析

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