基于碳排放量模型的全過程綠色建筑工程管理探究

田麗媛 劉虎民

（1.天津市盛濱建筑工程質量檢測有限公司，天津 塘沽 300480；2.中建六局西北建設有限公司，陜西 西安 710115）

目前，建筑業仍是國民經濟支柱產業，其消耗的能源數量及碳排放量占比較高。碳排放量過高的直接后果就是溫室效應，而溫室效應將嚴重制約我國的經濟發展，減少溫室效應的有效手段就是減少二氧化碳氣體的排放量。因此，對建筑物進行全生命周期碳排放量評價研究，提前采取節能減排措施控制二氧化碳排放過量，對我國經濟的持續增長、改善全球環境的影響至關重要。張智慧教授建立了建筑工程環境表現評價系統，可對建筑物的材料階段、使用階段、拆除階段以及周圍環境的影響進行分析；沈丹丹建立了碳排放量模型，以上海某公共建筑為案例進行分析，為設計階段、施工階段、運行階段提供指導。本文選取濱海文化中心——探索館作為研究對象，采用全生命周期評價方法，將各階段的碳排放量進行核算對比，依據計算結果對碳排放量重點階段采取相應措施，進行碳排放量控制。

1 計算模型的建立

本文選取單位建筑每年碳排放量作為評價指標（碳排放量指溫室氣體轉化為二氧化碳當量后的排放量），碳排放量的計量單位為千克（kg），選取《IPCC國家溫室氣體清單指南（2006）》提供的碳排放因子數據。單體建筑物的碳排放量核算是對建筑物整個過程氣體排放量的核算。將建筑物的全壽命周期匯總得到整個壽命周期的碳排放量：

式中：P為全建筑壽命周期的碳排放量，P1、P2、P3、P4分別為設計階段、建造階段、運營維修階段、拆除回收處理階段的碳排放量。

2 工程概況

本工程位于天津市濱海新區中心商務區天堿片區的濱海文化中心項目——探索館，占地面積6 936.9㎡，建筑面積72 730㎡。結構安全等級為二級，抗震設防烈度為7度，地震加速度值為0.15g，建筑物耐火等級為一級，結構使用年限為50年。探索館基礎屬于長螺旋鉆孔壓灌樁基礎，結構類型為鋼框架-混凝土剪力墻體系，地上5層，地下2層，建筑總高度為28m。

3 全生命周期碳排放量分析

3.1 設計階段碳排放量核算

設計階段的碳排放量主要是指辦公設備及用品的能耗，其設計耗時、能源消耗與整個壽命周期相比所占比例較小。因此，本項目的設計階段能耗忽略不計，對整個生命周期的碳排放量核算也不會有較大影響。

3.2 建造階段碳排放量核算

建筑物碳排放建造階段是指建筑物從原材料的生產、運輸、現場施工直至竣工交付所經過的全部過程。本文借鑒工程造價的施工定額思路，將各階段繁瑣的核算過程簡化為建筑材料的生產耗能、運輸耗能兩大部分。在此基礎上，統計各建材的消耗量、電能、汽油、煤炭等能源的消耗量。建造階段的碳排放量計算公式為：

式中：P21、P22分別為建筑材料的生產過程碳排放量和運輸過程碳排放量。

3.2.1 建材生產過程中的碳排放量核算

研究表明，建筑產品建造階段90%的溫室氣體來自鋼筋混凝土工程、鋼結構工程、砌筑工程。因此，本文在核算碳排放量時，僅對上述建材核算碳排放量，同時，考慮回收利用率。建材生產過程碳排放公式：

式中：n為建材種類，pi為第i類建材排放因子，qi為第i類建材消耗量，ai為第i類建材的回收系數（鋼材取0.8、鋼筋取0.4），主要建材建造過程碳排放量核算見表1。

表1 主要建材建造過程碳排放量計算結果

3.2.2 運輸過程中的碳排放量核算

運輸過程主要考慮將建材、設備機械等物資運送到施工現場，并將各種建筑垃圾運輸到指定垃圾場過程中的碳排放量。運輸過程碳排放公式：

式中：qi為第i種運輸工具百公里耗油量，Si為第i種運輸工具公里數，pi為第i種運輸工具所耗能源的碳排放因子，k為L與kg換算系數。

本工程施工現場在天津濱海新區，選擇的建材均在天津周邊或河北秦皇島，其運輸方式主要是公路運輸，平均運距取100km，公路運輸碳排放量按照表2、表3核算（混凝土運輸車每車15m3、砌體運輸車每車15m3、鋼筋等其他材料運輸車每車10t），累加求得總碳排放量。

表2 公路運輸碳排放計算表

表3 運輸過程碳排放量表

3.3 運營維護階段碳排放量核算

運營維護的碳排放量主要指煤、電、燃氣等能源的消耗造成的碳排放量。運營維護階段碳排放公式：

式中：qi為第i種能源平均消耗量，m為使用年限，pi為第i種能源的碳排放因子。

本項目取單位面積平均耗電60.3kW·h作為核算依據。

3.4 拆除處理階段碳排放量核算

本項目拆除階段的碳排放量取物化階段的10.1%作為碳排放量，即：

依據上述公式可以得出各階段在不同設計年限下（25年、50年、70年）碳排放量的計算結果見表 4。

表4 各階段碳排放量占總排放量計算表

3.5 全生命周期的碳排放量分析

由表4可以看出，在50年使用周期條件下，濱海文化中心——探索館的碳排放量主要集中在運營維護階段，碳排放量為193 844t，占全生命周期碳排放量的75.3%；物化階段碳排放量為57 660.92t，占全生命周期碳排放量的22.4%；而拆除回收處理階段、設計階段分別占全生命周期的2.3%、0%。運營維護階段的碳排放量為施工階段碳排放量的3.36倍。可見，運營維護階段為節能減排的重點階段，相對而言，運營維護階段也是現階段社會各界普遍關注的節能減排階段。

目前，我國大部分地區的建筑均未達到50年就已拆除，即建筑平均壽命為25～30年。故本文將建筑使用壽命按照我國建筑平均壽命25年、設計使用年限50年、國家推薦建筑使用年限50～100年（本文取70年）分別進行對比分析。結果表明，隨著使用壽命的增加，當使用壽命為25年、50年、70年時，建筑運營維護階段碳排放量比例逐漸增大，分別為60.42%（96 922.18t）、75.3%（193 844t）、81.04%（271 382.1t）。因此，延長建筑的使用年限可以作為減少能耗的有效措施。

隨著建筑使用壽命的逐漸降低，即為70年、50年、25年時，建筑使用維護階段的碳排放量所占比例逐漸減少，而建造階段比例逐漸升高，分別為17.22%、22.4%、33.95%，說明隨著使用壽命減少，建造階段碳排放量比例逐漸增大，而現在采取的措施都是針對運營維護階段，若使用年限減少，從全壽命周期來看，就是把運營維護階段的影響轉移到建造階段。

4 結語

本文通過對建筑的全生命周期分階段進行碳排放量核算，建立了建筑工程全生命周期的碳排放量的核算模型，根據濱海文化中心——探索館在不同使用壽命下碳排放量的結果分析，對比得到使用維護階段的碳排放量結論如下：

（1）當建筑的設計使用壽命為50年時，建筑物的碳排放量主要集中在運營維護階段，為節能減排的重點階段。在全過程綠色建筑工程管理過程中，可以在設計方案階段提出低碳環保方案，如采取風力發電、光伏發電，禁止使用落地窗，加強高性能維護結構的使用，使用智能化低能耗電器、循環水等綠色、低碳環保措施來減少全生命周期的碳排放量。

（2）根據不同使用壽命的建筑物全壽命周期的碳排放量對比可知，增加建筑物的使用年限可以降低碳排放量的消耗。因此，在全過程綠色建筑工程管理前期就要增加設計使用年限，定期對建筑進行日常維護保養，盡可能延長建筑結構的耐久性。

（3）隨著使用壽命的減少，節能減排的重點需集中在運營維護階段和建造階段。因此，在全過程綠色建筑工程管理過程中，除采取運營維護階段的措施外，還應在施工過程中采用高性能混凝土、高強度鋼筋、裝配式樓板，減少不必要材料的使用，采用環保材料進行裝修，選取近距離的材料供應商等低碳環保措施，可有效減少全壽命周期的碳排放量。