基于全寿命期理论的绿色建筑碳排放研究

绿色建筑是在全寿命期内节约资源，保护环境，减少污染，为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。 [1] 从 2006年第一版国家标准GB/T 50378—2006《绿色建筑评价标准》发布以来，我国绿色建筑经历了从无到有、从少到多的发展历程。据统计，截至2021年底，全国30个省（直辖市、自治区）累计建成绿色建筑 85.91亿平方米，其中2021年新增绿色建筑19.9亿平方米，当年新增绿色建筑占年度新增建筑的比例为84.22%。  

近年来，国家多个文件提出要建设高品质绿色建筑。 ^①② 什么是高品质绿色建筑？结合我国当前社会发展的需求，低碳排放是高品质绿色建筑亟须解决的重要问题之一。我国建筑全过程碳排放总量占全国碳排放的比例为50.6%及以上 ^③ ，在当前“双碳”目标背景下，绿色建筑应强化低碳技术，从而显著降低全寿命期的碳排放量 [2] 。  

1 研究方法和碳减排技术路径  

建筑碳排放计算是一项复杂的系统工程，涉及建材生产、建造施工、运行维护等不同阶段，与工业、电力、运输等行业存在不同程度的交叉。建筑碳排放的温室气体包括二氧化碳（CO ₂ ）、甲烷（CH ₄ ）、氧化亚氮（N ₂ O）、氢氟碳化物（HFC s ）、全氟化碳（PFC s ）和六氟化硫（SF ₆ ）等，其中二氧化碳排放量最大。  

本文采用的主要研究方法 ：研究分析现有建筑碳排放计算标准、计算方法等优缺点，结合绿色建筑评价需求，构建可操作性强的绿色建筑碳排放计算方法 ；选取不同气候区和不同建筑类型的绿色建筑标识案例，基于建筑运行数据、能耗模拟、文献等资源，量化分析围护结构热工性能、建筑电气化水平、可再生能源利用、设备和系统能效、节水技术、绿色建材等技术的碳排放强度，从而建立绿色建筑碳减排技术体系。  

2 国内外建筑碳排放计算方法  

2.1 碳排放计算范围  

建筑行业在应对全球气候变暖问题中起到十分重要的作用。降低建筑碳排放来应对环境问题已是全世界达成的共识，但是建筑碳排放的核算范围还存在差别。 [3] 《温室气体核算体系》（ GHG Protocol ） [4] 与ISO 14064-1 ：2018《温室气体——第1部分 ：组织层面温室气体排放和减排进行量化和报告的规范》 ^④ 通过对碳排放源进行分类，提出碳排放计算范围应包括直接碳排放、间接碳排放和其他间接碳排放。美国联邦政府和地方政府，以及建筑2030（Architecture 2030）、国际未来生活研究院（ILFI）、美国绿色建筑委员会（USGBC）等社会组织制定、发布了国家、地方和社团等各级低碳建筑设计、核算和评价标准，但这些标准并未统一建筑碳排放计算的范围。 [5] 英国政府发布了《可持续住宅标准》，首次对“零碳住宅”给出了定义 ：“零碳住宅”的所有能源使用（包括供暖、照明、热水和其他用能）所产生的净二氧化碳排放量为零（涵盖炊事、家用电器等能耗的碳排放量）。然而，英国《建筑法规》却未将炊事、家用电器等能耗纳入建筑总能耗中。上述两者对建筑能耗和碳排放规定的范围不一致，导致以“零碳排放”为导向的相关标准或政策在英国的推行并不顺利。 [6] 日本及欧洲其他国家也针对建筑碳排放制定了系列政策、标准，除了运行碳排放外，还尝试积极推动建筑全寿命期中施工、建材等阶段灰色能源的降碳。 [7-8] GB/T 24040—2008《环境管理 生命周期评估 原则与框架》、BS EN 15978 ：2011《建筑工程的可持续性—建筑物环境性能评估—计算方法》，以及我国的GB/T 51366—2019《建筑碳排放计算标准》和CECS 374 ：2014《建筑碳排放计量标准》，从全寿命期角度出发，提出建筑全寿命期碳排放应包括建材生产和运输、建造施工、运营维护、拆除及材料处置等方面的碳排放总和。  

2.2 碳排放计算方法  

根据计算思路和范围，建筑碳排放计算的基本方法分为自上而下和自下而上两种方法。 [9] 自上而下方法是先估算总体建筑能耗与碳排放，再进行时间和空间的降尺度分析，计算模型包括LCA、IOA、RE-BUILDS、Scout、BLUES、ELENA等，主要适用于建筑业宏观层面碳排放的核算 ；自下而上方法是先计算单个建筑的逐时能耗，再放大到区域尺度进行碳排放计算 [10] ，计算模型包括Invert/EE-Lab、ECCABS、RE-BUILDS、Core-Bee、Scout、BLUES等，主要适用于建筑单体的碳排放计算和核查。模型的输入参数主要通过排放因子法、过程分析法和投入产出法获取。GB/T 51366—2019《建筑碳排放计算标准》和CECS 374：2014《建筑碳排放计量标准》依据排放因子法对建筑碳排放核查、计算和预测进行了规定，但其过程较为复杂，并不能反映绿色建筑有关技术措施的节能减排效果。  

根据定义，绿色建筑需要在建筑全寿命期节约资源、保护环境，最大限度地降低对环境的负面影响。因此，建设单位应对建材生产和运输、建造施工、运营维护、拆除及材料处置等方面的碳排放进行控制。同时，控制单体建筑微观层面的碳排放，需要使用碳排放因子法和过程分析法相结合的方法来获取相关基础数据。  

3 绿色建筑碳排放计算模型和软件开发

本文基于全寿命期理论和碳排放因子法，建立了绿色建筑碳排放计算模型，结合国家标准GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》的评价需求，使用涵盖建材生产及运输阶段、建造阶段、运营阶段和废弃阶段4个阶段的碳排放计算和核算方法，实现对绿色建筑设计阶段碳排放量的计算和预测，并对建筑运行阶段碳排放量进行核算。计算公式如下所示 ：  

C lc =C sc +C sg +C yx +C cc -C lh -C kzs  

式中 ： C lc 表示绿色建筑全寿命期碳排放量（kg CO ₂ e）；  

C sc 表示材料生产阶段建筑碳排放量（kg- CO ₂ e）；  

C sg 表示施工建造阶段建筑碳排放量（kg- CO ₂ e）；  

C yx 表示运行维护阶段建筑碳排放量（kg- CO ₂ e）；  

C cc 表示废弃拆除阶段建筑碳排放量（kg- CO ₂ e）；  

C lh 表示绿地碳汇碳减排量（kg CO ₂ e）；  

C kzs 表示可再生能源系统碳减排量（kg- CO ₂ e）。  

基于建筑碳排放计算模型开发的1.0版软件，可以分析不同绿色建筑技术对建筑全寿命期碳排放的贡献率，为绿色建筑选材、系统设计、设备选型和运行维护等方面提供依据。同时，该软件具有碳排放因子数据库的增删、修改和查询功能，便于数据库的及时更新。  

4 绿色建筑碳减排计算和分析

采用开发的碳排放计算软件，对不同气候区的居住建筑和办公建筑采用不同绿色建筑技术，并对产生的碳排放进行初步分析（表1、图1）。  

 

1 建筑模型  

在参数设置方面，本文根据不同气候区现行的建筑节能设计标准设置了基准建筑模型，在满足GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》第3.2.8 条规定的基础上，根据绿色建筑星级，分别基于围护结构、暖通空调系统、照明和设备、电梯、可再生能源（太阳能热水和光伏发电）、绿色建材和可循环材料用量、绿色施工、绿地率等要求，设置了不同方面的减碳情景，并分别计算了在不同绿色建筑技术措施的影响下，不同气候区居住建筑和公共建筑全寿命期的碳排放量（表2、表3）。  

表2 绿色居住建筑全寿命期碳减排率和主要技术措施减排贡献  

                 

                 

                 

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表3 绿色办公建筑全寿命期碳减排率和主要技术措施减排贡献              

         

         

         

   

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5 初步结论分析

计算结果表明 ：绿色居住建筑和公共建筑在不同气候区均能够大幅降低碳排放，并且绿色建筑星级越高，碳减排量越高 ；与普通节能居住建筑相比，各气候区一星级、二星级和三星级绿色居住建筑碳减排幅度分别为 12%～16%、23%～34%、32%～46%；与普通节能办公建筑相比，各气候区一星级、二星级和三星级绿色办公建筑碳减排幅度分别为10%～12%、23%～29%、34～50%。  

此外，绿色建筑受气候区影响较大，不同地 区绿色建筑技术的碳减排贡献存在较大差别。绿 色居住建筑碳减排潜力较大的绿色低碳技术措施主要为建材、可再生能源、照明、围护结构和供暖空调设备5个方面；绿色办公建筑碳减排潜力较大的绿色低碳技术措施主要为建材、照明、可再生能源、动力设备、围护结构、供暖空调设备6个方面。   

6 结语

本文分析了国内外建筑碳排放计算范围和计算方法，提出绿色建筑碳排放应对建材生产和运输、建造施工、运营维护、拆除及材料处置等全寿命期碳排放进行计算和控制的观点。本文采用碳排放因子法和过程分析法，建立了绿色建筑碳排放计算模型，并开发了单机计算软件，结合我国不同气候区特点，对居住建筑和公共建筑设置了不同减碳情景，并分别计算了在不同绿色建筑技术措施中对绿色建筑全寿命期碳排放的影响。结果表明，绿色建筑技术的应用在各气候区均能大幅降低碳排放，并且碳减排量随着绿色建筑星级的提升而提高。  

下一步，团队将针对碳排放因子库，补充考虑电力、绿化等碳排放因子的地区化差异和各类化石能源碳排放因子的热值差异，进一步完善碳排放计算软件，优化操作界面及数据分析功能，并通过案例计算提升计算结果的精确度，从而为绿色建筑碳减排提供技术支撑。

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