基于低碳理論的綠色建筑經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)體系分析

徐 偉 郭雅楠

內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院

0 引言

如果目前的變暖速度持續(xù)下去，到2030-2052年，全球變暖可能達(dá)到1.5℃。中國(guó)政府明確了力爭(zhēng)2030年前達(dá)到碳排放峰值，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，從相對(duì)減少到絕對(duì)減少到零排放。從低碳概念的角度來(lái)看，綠色建筑的推廣勢(shì)在必行。然而，只是看到了綠色建筑最初的額外成本，而忽略了其良好的環(huán)境性能和長(zhǎng)期效益。在推動(dòng)中國(guó)高質(zhì)量發(fā)展中有助經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，并成為推動(dòng)全球能源轉(zhuǎn)型的重中之重。應(yīng)對(duì)氣候變化已成為我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的最大挑戰(zhàn)，但也已成為我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)綠色工業(yè)化、城市化、農(nóng)業(yè)和農(nóng)村現(xiàn)代化的最大機(jī)遇。

1 綠色建筑低碳發(fā)展必要性

在低碳視角下，綠色建筑是國(guó)家建筑業(yè)轉(zhuǎn)型重要的方式之一，傳統(tǒng)建筑業(yè)評(píng)價(jià)追求的是行業(yè)的高利潤(rùn)和高回報(bào)率，沒(méi)有反映出建筑業(yè)發(fā)展對(duì)環(huán)境的影響，內(nèi)部因素是主要考慮因素，而不考慮建筑業(yè)的外部因素。為了實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的目標(biāo)，有必要對(duì)建筑業(yè)進(jìn)行監(jiān)督，特別是自然資源的開(kāi)發(fā)利用和降本節(jié)能的實(shí)施，必須將低碳環(huán)保概念納入可持續(xù)發(fā)展中，抓緊產(chǎn)品的節(jié)能降耗，確保清潔、環(huán)保和低碳生產(chǎn)。由低碳經(jīng)濟(jì)引發(fā)的綠色建筑革命，也有利于改善建筑業(yè)的生產(chǎn)模式、生活方式等多個(gè)方面。最后，低碳視角下，豐富了綠色建筑經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)。傳統(tǒng)的綠色建筑評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以財(cái)務(wù)指標(biāo)為評(píng)價(jià)工具。基于低碳的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)體系不僅包括財(cái)務(wù)指標(biāo)，而且還包括低碳指標(biāo)。通過(guò)這些指標(biāo)，利益相關(guān)者可以從總體上了解工程的低碳環(huán)保，節(jié)能降耗和企業(yè)績(jī)效，以促進(jìn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2 基于低碳理論的綠色建筑評(píng)價(jià)體系現(xiàn)狀

基于當(dāng)前國(guó)家推行的“雙碳”目標(biāo)，社會(huì)各界重視低碳理論的研究和先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)，優(yōu)化各行業(yè)在能源利用上的低碳需求，旨在提高相關(guān)行業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

在世界范圍內(nèi)具有重大影響的綠色建筑評(píng)價(jià)體系評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要有美國(guó)LEED評(píng)估體系、加拿大GBC2000評(píng)估體系、日本CASBEE評(píng)價(jià)體系、英國(guó)BREEAM評(píng)估體系以及澳大利亞NABERS評(píng)估體系等。與國(guó)外相比，從綠色建筑碳排放核算視角出發(fā)，Vincent J.L.Gan等人［1］采用了碳當(dāng)量的會(huì)計(jì)核算方法對(duì)我國(guó)香港地區(qū)高層建筑的碳排放進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。鄭艷丹等人［2］參考建筑造價(jià)清單得出建筑施工階段的碳排放量計(jì)算公式，從而對(duì)低碳建筑的碳排放進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。張智慧和劉睿劼［3］基于關(guān)聯(lián)碳排放概念，利用投入產(chǎn)出方法分析建筑業(yè)的碳排放核算問(wèn)題。陰世超［4］、趙秀秀［5］等在對(duì)建筑碳排放進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候?qū)⒔ㄖ诜譃榻ㄖO(shè)計(jì)階段、建材生產(chǎn)和開(kāi)采階段、建筑施工階段、建筑運(yùn)行和維護(hù)階段、建筑拆除及回收階段進(jìn)行估算。

由此可見(jiàn)，從目前的碳排放概念到綠色建筑的發(fā)展，綠色建筑走低碳路線(xiàn)有著非常好的發(fā)展前景和優(yōu)勢(shì)，不僅能提高綠色建筑的經(jīng)濟(jì)效益，而且還能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。但在目前的市場(chǎng)情況看來(lái)，很多綠色建筑施工過(guò)程中并沒(méi)有考慮節(jié)能減排，只是以綠色建筑為口號(hào)，綠色建筑的理念還沒(méi)有真正付諸實(shí)踐，無(wú)法達(dá)到從傳統(tǒng)建筑業(yè)向綠色建筑的過(guò)渡。國(guó)家為了更好地推進(jìn)綠色建筑理念，必然要引入碳排放指標(biāo)，以求推動(dòng)綠色建筑業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的目標(biāo)。

3 基于低碳理論的綠色建筑經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系制定的總體思路

基于低碳理論的綠色建筑指標(biāo)體系量化了建筑全生命周期各個(gè)階段的碳排放，為我國(guó)建筑節(jié)能減排提供了重要的數(shù)據(jù)支持。將建筑碳排放評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)用到綠色建筑評(píng)價(jià)體系中，可以彌補(bǔ)綠色建筑評(píng)價(jià)體系的不足，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的節(jié)能減排。本文強(qiáng)調(diào)建筑運(yùn)行階段、建材的生產(chǎn)和運(yùn)輸階段、建筑建造及拆除階段三方面，對(duì)建筑涉及給暖通空調(diào)、生活熱水、照明及電梯等專(zhuān)業(yè)進(jìn)行碳排放核算。建立綠色建筑全生命周期碳排放計(jì)算框架，根據(jù)層次分析法構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，然后進(jìn)行矩陣構(gòu)造，計(jì)算出指標(biāo)權(quán)重，并建立碳排放評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。最后，結(jié)合具體案例，采用綠色建筑碳排放經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)體系對(duì)建筑星級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)從低碳到綠色建筑的過(guò)渡。

4 基于碳排放核算的綠色建筑全生命周期評(píng)價(jià)研究

評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取將影響低碳建筑項(xiàng)目評(píng)價(jià)結(jié)果的有效性，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的合理與否也決定著低碳建筑項(xiàng)目評(píng)價(jià)是否與實(shí)際相符合，科學(xué)完整的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)統(tǒng)籌考慮建筑項(xiàng)目全生命周期的各個(gè)階段［6］。本章將建筑全生命周期分為建筑運(yùn)行階段、建材的生產(chǎn)和運(yùn)輸階段、建筑建造及拆除階段，根據(jù)每個(gè)階段特點(diǎn)不同，設(shè)定不同的核算對(duì)象，構(gòu)成了綠色建筑全生命周期碳排放計(jì)算框架。

全生命周期碳排放指數(shù)是評(píng)價(jià)建筑全球變暖類(lèi)型的重要指標(biāo)，旨在控制建筑物在整個(gè)生命周期內(nèi)的碳排放，其計(jì)算公式如下：

式中，建筑全生命周期碳排放指參評(píng)建筑年CO2的排放量，單位kgCO2/m2（a）

建筑全生命周期碳排放基準(zhǔn)值指建筑全生命周期內(nèi)所允許產(chǎn)生的最大的建筑碳排放量。

4.1建 筑物運(yùn)行階段碳排放計(jì)算

本文在進(jìn)行運(yùn)行階段碳排放計(jì)算時(shí)，分別計(jì)算出空調(diào)采暖、生活熱水、照明及電梯這三部分產(chǎn)生的碳排放，最后將這三部分的碳排放總和相加（見(jiàn)圖1）。一部分的計(jì)算公式均參考于GB/T 51366-2019《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》。

圖1 建筑運(yùn)行階段碳排放內(nèi)容

建筑物的運(yùn)行階段各系統(tǒng)的碳排放量計(jì)算公式如下：

式中，CM為建筑運(yùn)行階段單位建筑面積碳排放量（kgCO2/m2)，Ei為建筑第i類(lèi)能源年消耗量（單位/a），EFi，j為第i類(lèi)能源的碳排放因子，Ei，j——為i類(lèi)系統(tǒng)的第i類(lèi)能源消耗量（單位/a）；ERi，j——類(lèi)系統(tǒng)消耗由可再生能源系統(tǒng)提供的第i類(lèi)能源量（單位/a）；i為建筑消耗終端能源類(lèi)型，包括電力、燃?xì)狻⑹汀⑹姓崃Φ龋琷為建筑用能系統(tǒng)類(lèi)型，包括空調(diào)采暖、生活熱水、照明及電梯系統(tǒng)等，Cp為建筑綠地碳匯系統(tǒng)年減碳量（kgCO2/a），y為建筑設(shè)計(jì)壽命（a），A為建筑面積（m2）。

空調(diào)制冷劑產(chǎn)生的碳排放計(jì)算公式為：

式中，CECAC為空調(diào)能耗系數(shù)；E為空調(diào)系統(tǒng)能耗；L為空調(diào)負(fù)荷。

生活熱水計(jì)算公式為：

式中，Qr為每年生活熱水所消耗的熱量，T為每年使用生活熱水的天數(shù)，m為每年使用生活熱水的人數(shù)，qr為每人所用生活熱水的定額。

式中，Wr為每年使用生活熱水所消耗的能源，Qr為每年太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)所提供的熱量，和分別為生活熱水的輸配效率和年平均熱源效率，tr和ti分別為設(shè)計(jì)熱水和冷水溫度。

照明的能耗計(jì)算公式為：

式中，E1為建筑整體照明系統(tǒng)年能耗，i為某房間，J為某天，Pij為照明功率密度值，tij為照明時(shí)間，pp為應(yīng)急燈照明功率密度。

電梯的能耗計(jì)算公式為：

式中，Ee表示每年電梯所產(chǎn)生的能量消耗，p表示電梯的能量消耗，ta表示電梯每年平均運(yùn)行的小時(shí)數(shù)，v表示電梯的運(yùn)行速度，W表示電梯的額定負(fù)荷載重量，Es表示電梯待機(jī)過(guò)程中產(chǎn)生的能耗，ts表示電梯每年平均待機(jī)的小時(shí)數(shù)。

4.2建 造及拆除階段碳排放計(jì)算

建筑和拆除階段的計(jì)算公式均參考于《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》。

建筑建造階段碳排放計(jì)算公式：

建筑拆除階段碳排放計(jì)算公式：

式中，MC表示建筑建造或拆除階段的碳排放量，CEi為建筑建造或拆除階段所使用機(jī)械臺(tái)班量，廠(chǎng)施工機(jī)械的碳排放因子。

4.3建 材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段碳排放計(jì)算

建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段的碳排放應(yīng)為建材生產(chǎn)階段與建材運(yùn)輸階段之和，其計(jì)算公式參考于《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》。

建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段的碳排放計(jì)算公式如下：式中，Csc為建筑全生命周期建材生產(chǎn)階段的碳排放量，Cys為建筑全生命周期建材運(yùn)輸過(guò)程產(chǎn)生的碳排放量，CJc為該階段總的碳排放量。

建材生產(chǎn)階段碳排放公式：

式中，i為建材的種類(lèi)，Mi為建筑材料的消耗量，F(xiàn)i為建筑材料的碳排放影響因子。

建材運(yùn)輸階段碳排放公式：

式中，Di為建材從生產(chǎn)地到施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸距離，Ti為建筑材料運(yùn)輸過(guò)程的碳排放影響因子。

5 基于低碳理論的綠色建筑經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

低碳理論下的綠色建筑經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)中建筑碳排放評(píng)價(jià)指標(biāo)的思想是對(duì)建筑碳排放的綜合分析，從建筑的角度對(duì)建筑各個(gè)階段的生命周期進(jìn)行分析。在綜合評(píng)價(jià)權(quán)重指標(biāo)的選擇中，主要參考“低碳節(jié)能建筑綜合評(píng)價(jià)權(quán)重指標(biāo)”和“中國(guó)低碳節(jié)能建筑綜合評(píng)價(jià)權(quán)重指標(biāo)”，主要考慮各類(lèi)建筑碳排放的重要因素，碳排放作為重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查、定性和定向分析，使評(píng)價(jià)體系更加客觀和完善。

5.1體 系建立

利用層次分析法，建立加入建筑碳排放評(píng)價(jià)指標(biāo)的綠色建筑評(píng)價(jià)體系層次結(jié)構(gòu)圖（見(jiàn)圖2）。

圖2 基于低碳理論的綠色建筑經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)體系

5.2權(quán) 重確定

5.2.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣

假設(shè)現(xiàn)在有n個(gè)專(zhuān)家對(duì)m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，其構(gòu)成的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)矩陣r=（xij）m＊n：

5.2.2 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理

由于綠色建筑的評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)的影響因素眾多，需對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。若第i位受調(diào)查者對(duì)第j個(gè)指標(biāo)的評(píng)分為xij分，對(duì)其進(jìn)行歸一化處理后的數(shù)據(jù)記為Xij，則可用以下兩個(gè)公式對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理：其中，max(xj)、min(xj)分別為指標(biāo)j評(píng)分的最大值與最小值。

5.2.3 根據(jù)熵的定義，計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的熵值為：

5.2.4 計(jì)算指標(biāo)j的差異性：

差異性系數(shù)cj表示該指標(biāo)在整個(gè)評(píng)價(jià)體系的重要程度，其數(shù)值越大表明該指標(biāo)在整體評(píng)價(jià)的重要程度越大，相應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重值ωj也越大。

5.2.5 計(jì)算指標(biāo)j的權(quán)重值：

各級(jí)指標(biāo)的熵值法權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 基于低碳理論的綠色建筑經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系

5.3評(píng) 分標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)參考行業(yè)相關(guān)規(guī)范，并結(jié)合相關(guān)現(xiàn)有案例的試評(píng)價(jià)情況，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家咨詢(xún)法和專(zhuān)家打分法將百分制評(píng)價(jià)法下綠色建筑評(píng)價(jià)的分值線(xiàn)性分布［40，100］。為方便推廣及使用，低碳理論下的綠色建筑評(píng)價(jià)等級(jí)分為3個(gè)等級(jí)，并根據(jù)等分公式將區(qū)間進(jìn)行劃分，評(píng)價(jià)等級(jí)得分區(qū)間范圍為［40，60］，［60，80］，［80，100］分別對(duì)應(yīng)一星級(jí)、二星級(jí)、三星級(jí)建造水平。

6 案例結(jié)果分析

6.1工 程概況

該工程位于包頭市包鋼療養(yǎng)院院內(nèi)，擬建建筑物為昆都侖區(qū)醫(yī)院門(mén)診樓住院樓，設(shè)地上六層，地下室一層，項(xiàng)目總用地面積11 377.78 m2，主要建設(shè)門(mén)診住院綜合樓一棟，總建筑面積17 131.24 m2，其中地上建筑面積16 939.87 m2，地下建筑面積2 224.93 m2、建筑高度30.9 m，屬一類(lèi)高層建筑，耐火等級(jí)為一級(jí)，設(shè)計(jì)抗震烈度為8度。抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，設(shè)計(jì)使用年限50年。

6.2全 生命周期碳排放計(jì)算及結(jié)果分析

該建筑位于北部地區(qū)，夏季炎熱，冬季寒冷。建筑運(yùn)行階段的碳排放量空調(diào)系統(tǒng)比電梯系統(tǒng)高出28.6%。經(jīng)計(jì)算，建材的生產(chǎn)和運(yùn)輸階段每平方米的碳排放量比建筑材料運(yùn)輸階段高出20倍。計(jì)算得到，建筑施工階段碳排放占建筑建造及拆除階段的90%，施工階段每平方米碳排放量是拆除階段的10倍。

建筑全生命周期的碳排放，該項(xiàng)目建筑在整個(gè)生命周期內(nèi)總的碳排放量為124 784.6 t，其中建筑運(yùn)行階段所產(chǎn)生的碳排放最多，占總碳排放的68%，建材的生產(chǎn)及運(yùn)輸階段次之，占30%，占比最少的是建筑的建造及拆除階段為2%。通過(guò)計(jì)算可以得出該建筑CO2排放量為156 026.73 t，單位建筑物面積年平均碳排放量為16.2 kgCO2/m2(a)。將計(jì)算數(shù)值代入公式4-1中，對(duì)照碳排放評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，47.8%介于［40，60）之間，所以該建筑全生命周期碳排放指標(biāo)滿(mǎn)足一星級(jí)建筑門(mén)檻。因此，本文所建立的基于低碳理論綠色建筑經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系能較為合理地對(duì)綠色建筑建造水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有一定的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、可行性與可操作性。