寒地民用建筑運行階段碳排放測算與減排策略研究

關鍵詞：寒地民用建筑；碳排放；運行階段；節能減排

中圖分類號：X16 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0232-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.070

Abstract： Regarding thecarbon emisions of civil buildings incold regions，taking the libraryofEast Universityof Heilongjiang as the research object，acarbonemission calculation model was constructed using thecarbon emission factor method and energy audit method.It was found that the main sources ofcarbon emisions during the operation phase come fromelectricityand heating.Basedonthis，emissionreduction strategies are proposedfrom multiple dimensions，aimingto providereference for energy conservation and emision reductionof the museum and other cold area civil buildings，and help them move towards zero carbon development.

Keywords： civilbuildings incold regions;carbon emissions;operation phase; energy conservationand emissionreduction

近年來，全球氣候變化加劇，溫室氣體減排成為國際社會關注的核心議題。建筑領域作為我國三大耗能行業之一，其碳排放問題尤為突出。民用建筑的能源消耗與碳排放規模不容小，節能減排任務迫在眉睫。特別是寒地民用建筑在碳排放管控上面臨巨大挑戰。圖書館作為典型的寒地民用建筑，日常人流量大，具有代表性。在全球低碳發展背景下，亟待探究該館每年的碳排放量，哪些關鍵節點構成了碳排放的主要源頭，以及應采取哪些減排策略，實現低碳環保的綠色發展目標。本研究以黑龍江省東方學院圖書館為例，系統開展碳排放測算，結合翔實的數據分析，探尋有效的減排策略，為寒地民用建筑應對碳排放挑戰提供創新性方案。

1相關理論

寒地民用建筑，即位于嚴寒地區的建筑，設計、建造及運行過程中需在圍護結構、結構選型、建筑材料的選用方面，充分考量低溫、降雪、凍土等特殊環境因素，以應對漫長而嚴寒的冬季。

碳排放是指人類活動過程中向大氣中釋放二氧化碳等溫室氣體的行為，這些氣體在大氣中累積，導致全球氣候變暖。結合《建筑碳排放計算標準》（GB/T51366—2019），將建筑物的生命周期劃分為物化、運行、維護以及拆除4個階段[1，本文研究的是運行階段的碳排放，是指建筑在使用過程中因能源消耗而產生的二氧化碳排放。在建筑的全生命周期中，這一階段的碳排放占據著舉足輕重的地位。

2圖書館概況

2.1 工程概況

圖書館于2015年設計并施工，建造工期為1年，設計使用年限為50年，建筑總面積為 30 980.91m² ，建筑高度為 26.6m ，氣候分區為嚴寒地區A區。圖書館主體為框架結構，地上5層，1層為密集書庫、學術報告廳、檔案館和校史館，2層設服務臺、辦公區、檢索區與學生自習室；3～5層為閱覽室、電子閱覽室與自習區。

2.2工程特點分析

2.2.1 功能布局特點

功能分區明確，布局合理，多種空間穿插設計，采取藏、借、閱、研一站式全開架大流通的管理方式[2]大開間閱覽室在提升采光與通透感的同時，增加了冬季熱量散失與夏季熱量吸收風險，對建筑能耗管理構成挑戰。

2.2.2 圍護結構特點

外墻采用復合墻體，傳熱系數為 0.26W/（m²?K） 1，低于嚴寒地區的節能標準。外墻傳遞的熱量少，有利于降低供暖能耗。外窗為四腔三玻鋁塑窗，夏季可遮擋太陽輻射熱，冬季可增強保溫功能。頂層采用玻璃幕墻設計，可增強采光效果，但會降低整體保溫隔熱性能，加大供暖與制冷能耗需求及碳排放壓力[3]。

2.2.3設備系統配置特點

暖通空調系統采用城市集中供熱管網供熱，末端為地板輻射采暖；夏季制冷依靠自然通風。設備老化與選型差異導致能效不均，冷熱分布失衡，能耗浪費嚴重。照明系統以發光二極管（Light-EmittingDiode，LED）燈具為主，但未能實現自然采光與人員活動的智能調節，導致能源利用效率低下。電梯系統含2部垂直電梯與自動扶梯，存在頻繁啟停問題，耗能較大。

3建筑運行階段碳排放測算

采用碳排放因子法和能源審計法對數據進行測算和分析。選定相應的碳排放因子后，利用AutodeskRevit和斯維爾軟件計算碳排放，得出項目的碳排放量及各項相關指標。通過能源審計，準確了解能源使用狀況，為制定科學合理的減排策略提供依據。

3.1能源消耗數據收集

詳細記錄建筑運行過程中各類能源的使用量，根據購買記錄獲取集中供暖數據；借助電力監控系統記錄全年各區域的照明、設備的耗電量。數據來源包括總務處提供的資料和實地調研數據，這些數據和分析結果為后續的實驗結果提供了有力的數據支持。

3.2碳排放模型構建

使用AutodeskRevit軟件創建圖書館三維信息模型，精確描繪建筑的幾何特征，實現建筑信息集成與可視化。圖書館的Revit模型如圖1所示。隨后將模型導入建筑碳排放CEEB2024軟件中，結合氣象數據、熱源參數、電力數據、建筑功能及作息時間，設定邊界條件，精準測算全年的能耗情況。

圖1圖書館的Revit模型

整合建筑全生命周期各階段數據，將產生的碳排放數據進行匯總，將各區域各時間段的電力碳排放全部相加，快速準確地核算出圖書館建筑運行階段的總碳排放量。

3.3碳排放測算分析

在生成的分析報告中，按照不同季節、建筑功能區域及能源類型對碳排放進行了分類細化計算，并通過圖表形式直觀呈現了計算結果，為制定減排策略提供了有力依據。能源審計能夠有效識別能源浪費問題，并及時采取整改措施，從而降低能源消耗和碳排放。

測算結果顯示，圖書館運行階段的碳排放主要來源于電力消耗以及供暖系統。其中，供暖在運行階段產生的碳排放比例最大，達到 54% 。這主要是受嚴寒地區氣候特點的影響，冬季時間長、溫度低，采暖期長達6個月，能源消耗較多。

4寒地民用建筑運行階段的碳排放影響因素及減排策略分析

4.1碳排放影響因素

第一，能源消耗類型與用量。圖書館運行需消耗多種能源，如照明用電、空調系統用電、設備用電以及冬季取暖用熱等，能源消耗的類型與用量直接決定碳排放量。

第二，設備能效水平。圖書館的設備于2015年投入使用，照明燈具、電梯等設備已進人老化階段，能效低，導致碳排放增加。

第三，人員活動與使用頻率。人員在館內的活動及圖書館的使用頻率對碳排放有影響，圖書館日均開放時間長達 12h ，人員密集時段的設備使用率高能耗大，從而推高了碳排放。

第四，建筑圍護結構性能。外墻、屋頂、門窗的保溫隔熱性能及氣密性對能耗和碳排放有重要影響。隨著時間的推移，原材料的性能逐漸下降，能量損失增加，進一步加劇了碳排放。

4.2 減排策略

第一，提高能源利用率。重點是設備節能升級，比如把傳統燈具換成智能LED照明系統，節能效果可達 60%～70% 。搭建集能耗監測、智能控制和數據分析功能于一體的智能能源管理系統（BuildingEnergyManagementSystem，BEMS），該系統可根據室內外環境變化以及人員活動情況，靈活調整設備運行狀態和功率，做到精準管控能源，減少設備閑置時的能耗，從而降低系統總能耗和碳排放。

第二，優化建筑低碳設計。提升圍護結構的保溫隔熱性能，給外墻加上高效保溫層，換上高性能節能門窗，能讓傳熱系數降低 40%～50% 。為了提高自然采光效率，可以增設采光天窗、光導管和反光板，并配備智能照明系統，根據自然光照強度自動調節亮度，照明能耗可降低 30%～40% 。在屋頂和南立面安裝太陽能光伏和光熱系統，根據能耗需求和日照條件，讓可再生能源的自給率達到 20%～30% ，實現建筑的低碳可持續設計。

第三，優化能源結構。優化能源結構的關鍵在于用清潔能源替代傳統能源。優先推廣地源熱泵供暖系統，其性能系數（CoefficientofPerformance，COP）可達 3.5～4.5 ，節能效果顯著，能夠降低 40%～50% 的能耗。同時，擴大太陽能光伏和光熱系統的應用規模。例如：光伏系統產生的電可用于照明和設備供電，富余電力可并人電網；光熱系統則用于滿足生活熱水需求，從而推動能源結構向低碳化方向轉型。

第四，創新低碳綠色技術。研發智能保溫隔熱系統，借助傳感器和物聯網設備實時監測建筑內外的溫度、濕度等參數，再根據這些數據自動調節保溫隔熱設備的工作狀態。通過這些科技創新，推動圖書館向低碳轉型，引領行業在可持續發展方面的技術創新。

5結論

寒地民用建筑的碳排放問題不可忽視。本研究構建了適用于圖書館的碳排放測算模型，分析了其碳排放特征和多種影響因素，同時提出一套有效的減排策略。研究表明，多策略的協調實施可以顯著降低建筑的碳排放、提升能源效率，并推動可持續發展。相關結論不僅為東方學院圖書館的節能減排提供了科學依據，也為其他寒地民用建筑提供了有益的參考。未來的研究將聚焦模型的智能化升級，結合物聯網、大數據與人工智能，實現實時監測與調控。

參考文獻

1高項榮.基于BIM-LCA的我國嚴寒地區住宅建筑碳排放測算與減排研究[D].包頭：內蒙古科技大學，2023.

2 董長錚，張劍鋒.大學圖書館建筑設計與實踐[J]低溫建筑技術，2013（5）：13-14.

3 吳潤奇.基于數據分析與評價的辦公建筑圍護結構生態性設計研究：以夏熱冬冷地區為例[D].北京：北方工業大學，2022.