中日建筑全生命周期碳排放对比分析

生命周期评价是对产品从“出生到终结”的评价方法，被用来揭示从原材料获取、建造、运行和拆除整个生命周期中的环境负荷，旨在找出影响环境最重要的因素，形成更好的解决方案来保护环境。通常分为研究目的与范围、清单分析、影响评价、生命周期解释4个阶段，如图1所示。

图1生命周期评价结构框架

本研究设置了中日碳排放的核算前提，分析了造成碳排放差异的因素，最后采用相应的核算方法进行中日建筑的全生命周期碳排放对比，并对差异结果进行分析和讨论。

依据GB/T 51366—2019《建筑碳排放计算标准》，建立了如图2所示杜邦分析树。

图2建筑碳排放杜邦分析树

??全生命周期碳排放案例

本研究共收集40例包含全生命周期各阶段碳排放数据的办公楼，其中日本20例、中国20例。

??中日建筑运行能耗

针对中国上海与日本东京，本研究依据上海市住房和城乡建设管理委员会发布的《2022年上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测及分析报告》和日本DECC数据库中5/6区的29 155例公共建筑运行能耗监测数据进行对比，反映中日相近气候区的城市公共建筑运行能耗差异。

个体层面的建筑全生命周期碳排放计算结果如表2所示，显示日本案例的全生命周期碳排放量大于中国案例（以下简称中国和日本）。中国的全生命周期碳排放量小于日本，运行阶段是差异最大的阶段，其次是隐含碳排放。

表2中日办公建筑全生命周期各阶段碳排放对比

如图3a所示，受到建材生产碳排放因子、运输距离、运输碳排放系数的共同影响，日本的隐含碳排放量小于中国。如图3b所示，日本主要建材的碳排放系数均小于中国，钢材是差异最大的建材。这是日本自能源危机以来建材工业部门更加关注高效的工艺技术和设备所致。中国的运输距离采用标准中的默认值(40/500km)，而日本的运输距离采用当地政府的相关报告(10/150)。日本由于国土空间有限，资源更加集中，运输距离远小于中国。运输碳排放系数统一采用了8t的柴油货车，受到能源利用效率的影响，日本的运输碳排放系数小于中国。运行过程分为能耗碳排放和维护碳排放2部分。受到当地能源结构的影响，日本的电力碳排放系数小于中国，但中国在节能方面做了更多努力，最终导致运行阶段能耗碳排放量略低于日本。日本维护部分的碳排放量显著大于中国，分别采用两国的估算方法进行计算，结果反映了当地的统计水平。

图3中日建筑碳排放对比

本研究基于文献调研得到的40例办公楼进行了全生命周期各阶段的碳排放强度对比，如图4所示。

图4中日统计案例对比

全生命周期各阶段的均值对比结果如表3所示，显示中国办公楼全生命周期各阶段碳排放量均高于日本，其中隐含碳排放量是日本的1.54倍，拆除阶段碳排放量是日本的2.46倍，运行阶段碳排放量是日本的1.29倍。从中日比值来看，运行阶段差异最小，但从差异总量来看是占比最大的环节。

表3建筑全生命周期各阶段案例均值对比

运行阶段是导致差异的关键环节。中国的电力碳排放因子约为日本的5倍，但能耗为日本的0.38倍。较低的能源碳排放系数不仅显著降低了运行阶段碳排放量，抵消了高能耗导致的增碳量，还体现在了建材加工生产等相关过程，是产生较低隐含碳排放的关键。

本研究筛选了日本DECC库中的29 155例5/6区的公共建筑，其中含全年电耗指标的共25 819例。

对比中日两地的6类主要公共建筑的能耗监测均值，以电力为代表的能耗强度与案例分布如图5所示。结果显示政府机构与学校的能耗强度最小，两国基本一致。而日本的其他4类公共建筑的能耗强度大于中国，商场是中国的2.9倍，酒店是中国的1.9倍，办公楼是中国的1.8倍，医院是中国的1.2倍，在减少能源需求方面相比中国具有更大潜力。

图5基于数据库的中日公共建筑能耗对比

基于个体和统计层面相结合的中日建筑全生命周期碳排放对比结果表明，隐含碳排放量贡献了26%的差异，运行阶段贡献率为70%，拆除阶段仅为4%。隐含碳排放与运行阶段是导致差异的关键阶段。

隐含碳排放由建材生产、运输和建造3部分构成。日本受到20世纪能源危机的影响，致力于提高设备能效和能源效率，具有较小的建材生产和能源碳排放因子，一定程度上体现了日本工业生产部门在低碳方面的先进性。

运行能耗与电力碳排放系数是运行阶段的2个关键指标。其中，运行能耗是气候环境、人口与经济等因素综合影响的结果。中国一方面受到大陆性季风气候的影响，另一方面受到逐年增长的人口、城镇化及第三产业发展的影响，建筑的基础能耗大于日本，并在未来仍具备增长空间。但在这一基本前提下，通过定量对比发现中国的实际能耗要小于日本，这要归功于中国在节能方面所做的努力，日本在节能方面仍有较大改善空间。能源结构的变化将直接影响电力碳排放因子，统计案例中日本的电力碳排放因子仅为0.19kgCO ₂ /(kW·h)，但这是20世纪90年代核电供能的结果。受到东日本大地震的影响，日本关停所有核电站后采取化石能源弥补导致的能源缺口，2022年最新公布的电力碳排放因子为0.433kgCO ₂ /(kW·h)。相反，中国正在大力推广可再生能源应用，两国在电力碳排放系数方面的差距正在逐年减小。受日本电力碳排放因子的浮动影响，统计案例中日本的运行阶段碳排放量小于中国，但在个体对比过程中采用最新数据进行核算后，发现运行阶段的碳排放量略高于中国。

要想如期达成“双碳”目标，节能与减碳必须同步进行。

在能源节约方面，需要一方面抑制用能需求，另一方面提高能源效率，通过绿色生活方式，防止建筑能效与能耗的同步上升。 中国传统的生活方式导致了与发达国家相比较低的能耗强度。在功能和使用率相似的建筑中，由文化和行为导致的用能差异可达2～10倍。因此，应当在保持当前节能生活习惯的基础上，采用被动式技术降低建筑能耗需求，提高设备的能源效率。建立能源管理系统，实现部分时间局部空间的室内环境需求控制是需进一步推广开展的工作之一。以上是中国区别于发达国家的减碳路径，避免走日本等发达国家能耗水平很高后再节能的老路。

在绿色减碳方面，推广绿色建材、清洁能源取代化石燃料、建筑的全面电气化是最关键的3个要点。 同时，学习日本的废弃物处置经验，提高建筑拆除废弃物的回收利用率，形成相关的政策体系明确责任主体，对废弃物的处置进行约束。采用具体的固体废物管理和基于物质流动分析的指标有助于大幅度提高回收水平，同时减少最后处置废物的数量。

除此之外，公众意识也是急需提高的关键环节。随着中国建筑电气化进程的推进，公众对能源使用方面相关知识缺乏关注。公众的节能意识和能源使用行为通常受到以下因素影响：①传统的习惯；②教育背景及生活环境；③经济效益。受教育程度越高的群体采用全空间降温的比例越小，说明他们更注重节约能源。吸收日本的低碳教育经验，使垃圾分类和处理成为义务教育的一部分，制定有效政策提高垃圾回收利用率，鼓励企业构建绿色可持续的发展模式，通过宣传应对全球变暖所采取节能措施和利用可再生能源的必要性、减碳性和经济性等方式来提高国民和企业的主观能动性。