孔繁艺 熊海亭 严欢

[摘  要]：文章以四川省广元市某钢框架建筑群为例，分析基于节能设计的建筑全生命周期内的碳排放强度。结果显示，节能设计能够显著减少该建筑群全生命周期碳排放量，节能减排效果明显。

[关键词]：建筑碳排放; 生命周期评价; 节能设计

TU201.5A

建筑碳排放主要指的是建筑物全生命周期温室气体的排放总量，包括与其有关的建筑设计、建材生产及运输、建造及拆除、运行阶段产生的温室气体排放[1]。建筑碳排放计算方法主要有实测法、物料衡算法、排放系数法和模型法等[2]。通常来说，建筑设计阶段的碳排放量较少，因此住房和城乡建设部发布的GB T51366-2019《建筑碳排放计算标准》[3]忽略了该阶段的碳排放，并基于碳排放因子的排放系数法计算建筑物全生命周期温室气体的排放量。李静等[4]研究了北京市某刚框架结构厂房全生命周期的碳排放强度。陈莎等[1]对比了北京市某办公楼和教学楼全生命周期的碳排放量。王晨杨[5]研究长三角地区某高层办公建筑全生命周期内的碳排放量。葛小榕[6]研究了大连市某大型办公建筑年单位面积碳排放量。李远钊等[7]对比了天津市29栋高层办公建筑生命周期内的碳排放量。秦骜等[8]研究了成都某地铁车站全生命周期碳排放研究。研究发现，不同地区、不同类型建筑全生命周期碳排放差异较大。更为重要的是，近来年各地方相继发布并执行建筑节能设计标准[9-10]，但少有研究分析采用节能设计前后建筑物全生命周期碳排放量的变化，建筑节能设计在建筑碳减排方面的效果难以量化。

本文以四川省广元市某钢框架建筑群为研究对象，分别计算该建筑群基于节能设计和基于非节能设计的全生命周期内的碳排放量和构成，以便量化建筑节能设计在建筑节能减排方面的成效。该建筑群包括1座综合办公楼、1座综合倒班楼、1座辅助用房、2座值班室。

相关碳排放计算方法及碳排放因子选取主要参考GB T 51366-2019《建筑碳排放计算标准》[3]， 以下统一简称标准。

1 建筑碳排放的计算基础

1.1 碳排放计算单位

根据标准，建筑物碳排放计算应以二氧化碳当量（CO2e）表示。由于不同温室气体导致地球温室效应的强度有所不同，为统一度量不同气体的温室效应结果，将各种温室气体（包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫）按二氧化碳的排放量进行折算。

1.2 碳排放因子

碳排放因子指的是消耗单位质量能源或者单位体积建筑材料所产生温室气体的排放量，是建筑碳排放计算的基础。本文采用的碳排放因子根据标准附录A～附录E。

1.3 碳排放计算边界

建筑碳排放计算边界指的是与建筑物有关的建筑设计、建材生产及运输、建造及拆除、运行及维护阶段产生的温室气体排放量之和。

2 建筑全生命周期碳排放计算

在计算建筑全生命周期碳排放时，将其整个生命周期分为建筑设计、建材生产、建材运输、建筑建造、建筑运行、建筑拆除共计6个阶段分别进行碳核算，并汇总得到整个生命周期碳排放量。需要注意的是，标准规定在评价建筑物碳排放强度时，需要以其全生命周期内单位建筑面积的碳排放量为评价标准。因此，建筑全生命周期碳排放量按式（1）计算：

C=CSJ+CSC+CYS+CJZ+CM+CCCA（1）

式中：C表示建筑全生命周期内单位建筑面积的碳排放量（kgC02e/m2）;CSJ、CSC、CYS、CJZ、CM、CCC分别表示建筑设计、建材生产、建材运输、建筑建造、建筑运行和建筑拆除阶段的碳排放量（kgC02e）;A表示建筑面积（m2）。根据标准要求，纳入计算的主要建筑材料总重量不应低于建筑中所耗建材总重量的95%，重量比小于0.1%的建筑材料可不计算。虽然采用节能设计和非节能设计的建筑材料可能有所不同，但生产这些建筑材料过程中的碳排放差异其实不大，因此本文主要考虑建筑节能设计对建筑运行阶段碳排放量的影响，其他阶段的碳排放量相同。

2.1 建筑设计阶段碳排放

根据标准要求，建筑设计阶段碳排放量忽略不计（CSJ=0）。

2.2 建材生产阶段碳排放

根据标准要求，建材生产阶段碳排放应按式（2）计算：

CSC=∑ni=1MiFi

（2）

式中：CSC表示建材生产阶段的碳排放量（kgCO2e）;Mi表示第i种主要建材的消耗量;Fi表示第i中主要建材的碳排放因子（kgCO2e/單位建材数量），按标准附录D取值。

2.3 建材运输阶段碳排放

根据标准要求，建材运输阶段碳排放应按式（3）计算：

CYS=∑ni=1MiDiTi（3）

式中：CYS表示建材运输过程的碳排放量（kgCO2e）; Mi表示第i种主要建材的消耗量（t）;Di表示第i种建材平均运输距离（km）;Ti表示在第i种建材的运输方式下，单位重量运输距离的碳排放因子[kgCO2e/（t·km）]。

2.4 建筑建造阶段碳排放

根据标准要求，建筑建造阶段的碳排放量应按式（4）计算：

CJZ=∑ni=1EJZ，iEF，i

（4）

式中：CJZ表示建筑建造阶段的碳排放量（kgCO2e）;EJZ，i表示建筑建造阶段第i种能源总用量（kWh或kg）;EF，i第i类能源的碳排放因子（kgCO2e/kWh或kgCO2e/kg），按标准附录A确定。

2.5 建筑运行阶段碳排放

根据标准要求，建筑运行阶段碳排放量应根据各系统不同类型能源消耗量和不同类型能源的碳排放因子确定，建筑运行阶段单位建筑面积的总碳排放量应按式（5）计算：

CM=[∑ni=1EiEF，i-CP]y

（5）

式中：CM表示建筑运行阶段的碳排放量（kgCO2e）;Ei表示建筑第i种能源能源年消耗量（单位/a）;EF，i第i类能源的碳排放因子（kgCO2e/kWh或kgCO2e/kg），按标准附录A确定; i表示建筑消耗终端能源类型，包括电力、燃气、石油、市政热力等;CP表示建筑绿地碳汇系统年减碳量（kgC02/a）;y表示建筑设计寿命（a）。

2.6 建筑拆除阶段碳排放

根据标准要求，建筑拆除阶段的碳排放量应按式（6）计算：

CCC=∑ni=1ECC，iEF，i

（6）

式中：CCC表示建筑拆除阶段的碳排放量（kgCO2e）;ECC，i表示建筑拆除阶段第i种能源总用量（kWh或kg）;EF，i表示第i类能源的碳排放因子（kgCO2e/kWh），按标准附录A确定。

3 碳排放计算实例

3.1 项目介绍

该项目位于四川省广元市剑阁县盐店镇，包括1座综合办公楼、1座综合倒班楼、1座辅助用房、2座值班室等附属设施。综合办公楼占地面积701 m2，地上4层，建筑高度15.6 m，建筑共计面积2 653 m2。综合倒班楼占地面积799 m2，地上4层，建筑高度15.0 m，建筑面积共计3 028 m2。辅助用房为地上1层，建筑高度5.4 m，建筑面积733 m2。值班室均为地上1层，建筑面积共计56 m2。该建筑群主要为钢框架结构体系，建筑总面积6 470 m2，设计使用年限50年，建筑节能设计主要依据GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》[11]，GB 50176《民用建筑热工设计规范》[12]，GB/T 7106-2008《建筑外门窗气密，水密，抗风压性能分级及检测方法》 [13]，GB/T 21086-2007《建筑幕墙》 [14]， JGJ 134-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》 [15]，DB 51/5027-2019《四川省居住建筑节能设计标准》[9]， DBJ51/143-2020《四川省公共建筑节能设计标准》[10] 。综合办公楼、综合倒班楼和辅助用品的首层平面图分别如图1～图3所示。

建筑论坛与建筑设计孔繁艺， 熊海亭， 严欢： 基于节能设计的建筑全生命周期碳排放分析

3.2 建筑全生命周期碳排放计算

由于建筑设计阶段的碳排量较小，忽略不计。根据该项目钢构件、钢筋、水泥、混凝土等主要建材的种类和使用量，结合规范提供的建材碳排放因子，依据式（2）计算建材生产阶段碳排放量。在计算建材运输阶段碳排放量时，混凝土的运输距离值设为40 km，其他建材的默认运输距离值设为500 km，采用18 t重型柴油货车运输方式，依据式（3）得到建材运输阶段碳排放量。根据建筑建造阶段各类型机械的能源使用量和能源碳排放因子，依据式（4）得到建筑建造阶段的碳排放量。建筑运行阶段的碳排放采用简化计算， 根据《中国建筑能耗研究报告（2016）》，非节能设计时该建筑群运行阶段单位面积耗能强度23.32 kgCO2e/m2a，采用节能设计时该建筑群运行阶段单位面积耗能16.32 kgCO2e/m2a，乘以设计使用年限得到建筑运行阶段的碳排放量。根据建筑拆除阶段各类型机械的能源使用量和能源碳排放因子，依据式（6）得到建筑拆除阶段的碳排放量。最后，将上述6个阶段的碳排放量求和并除以该建筑群的建筑总面积，即得建筑全生命周期单位建筑面积的碳排放量。

3.3 结果分析

该建筑群基于非节能设计和基于节能设计的全生命周期碳排放量分别如表1和表2所示。由表1和表2可以看出，建筑运行阶段和建材生产阶段的碳排放量占该建筑群全生命周期碳排放量的绝大部分：建筑运行阶段，采用非节能设计CM高达81.8%，即使采用节能设计CM仍高达75.9%;建材生产阶段，采用非节能设计CSC 为10.3%，采用节能设计CSC为13.7%。因此，建筑运行阶段和建材生产阶段是我国建筑行业节能减排的关键环节，也是我国兑现2030碳达峰、2060碳中和这一郑重承诺的重要路径。此外，采用非节能设计时，该建筑群全生命周期单位建筑面积碳排放量高达1 425 kgCO2e/m2;而采用节能设计时，该建筑群全生命周期单位建筑面积的碳排放降至1 075 kgCO2e/m2，降幅高达24.6%，节能减排效果明显。

4 结束语

通过某一项目实例，定量研究了基于非节能设计和节能设计的建筑全生命周期碳排放。研究表明，建筑节能设计可以大幅降低建筑运行阶段的碳排放量。此外，研究还发现，即使采用节能设计，建筑运行阶段碳排放仍占其全生命周期碳排放的绝大部分。因此，通过建筑节能设计减少建筑碳排放的潜力仍然较大。

参考文献

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[4] 李静， 刘燕. 基于全生命周期的建筑工程碳排放计算模型[J]. 工程管理学报， 2015， 29（4）： 12-16.

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[6] 葛小榕.寒冷地区低碳建筑方案阶段设计方法研究[D].大连：大连理工大学， 2016.

[7] 李远钊， 吴雨婷， 于娟， 等. 基于SVR的高层办公建筑全生命周期碳排放預测模型—以天津地区为例[J]. 建筑节能（中英文）， 2021， 49（9）： 25-30.

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[12] 住房和城乡建设部. 民用建筑热工设计规范： GB50176-2016[S]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2016.

[13] 质量监督检验检疫总局. 建筑外门窗气密，水密，抗风压性能分级及检测方法： GB7106-2008[S]. 北京： 中国标准出版社， 2008.

[14] 质量监督检验检疫总局. 建筑幕墙： GB/T21086-2007[S]. 北京： 中国标准出版社， 2007.

[15] 住房和城乡建设部. 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准： JGJ 134-2010[S]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2010.

[16] 中国建筑节能协会. 中国建筑能耗研究报告（2016）[R].