居住建筑全生命周期碳排放对比分析与减碳策略

居住建筑全生命周期碳排放对比分析与减碳策略

刘枫填

（广州方华国际设计集团有限公司，广东广州， 510000）

摘要：中国的项目开发尚未形成面向效果的能源管理，强调开发设计，建设安装阶段缺乏能源效率目标的管理和转移，设计条件的能源效率和能源消耗目标无法实现。当90%的运行时间优于设计条件时，仍无法优化能耗和能效结果，产生明显的漏斗效应。在此基础上，下文讨论了住宅建筑整个生命周期碳排放与碳减排策略的比较分析。

关键词：居住建筑全生命周期；碳排放对比分析；减碳策略

引言

当前，世界面临着严重的资源短缺和污染问题。严峻的形势要求人们重视资源节约和环境保护，同时提高生活质量，实现人类的可持续发展。作为国民经济的支柱产业，建筑业在建设利用过程中消耗了大量资源和能源。根据气专委的统计，建筑业的能源消耗约占整个社会总能源消耗的40%，占碳排放的36%。考虑到建筑行业能耗高、排放高、污染严重的特点，国际社会在1960年代提出了绿色建筑的概念，这意味着，为了为人民创造健康、适用和高效的利用空间，要在建筑的整个生命周期内创造资源(节能、节地、节水和节材)、环境保护、减少污染和人与自然和谐共生。

1概述

大量的能源消耗是导致全球变暖的最重要因素，生产的温室气体约占人类温室气体排放总量的三分之二。作为中国国民经济的支柱，建筑业促进了经济和社会发展，提高了人民的福利，并继续扩大其市场容量。然而，作为一个主要的能源消费国，有很多问题，比如资源消耗大，碳排放高，环境污染严重。大量的研究表明，建筑节能是可行的，但在巨大的能耗环境下，如何通过采用新技术和新手段，更加有效合理地从源头上控制建筑能耗，是每个建筑商都要思考和面对的问题，这对于保证中国经济的健康发展具有重要意义。因此，绿色建筑评价体系的适用性和有效性还不够充分，尤其是对影响经济价值的指标考虑较少。由于绿色建筑设计参数数量多、组成复杂，各种措施引起的生命周期成本的增加或降低没有在设计中得到反映。因此，在参数化设计中，通过分析每个设计参数对建筑能耗和生命周期成本的影响程度，可以在实现节能目标的基础上有效控制建筑投资。该论文旨在从建筑节能成本的优化设计入手，整合节能设计的相关专业知识和技术，并对绿色建筑进行全生命周期多目标优化，以促进中国建筑业的可持续发展。以福建实际设计为案例研究，结合当地天气条件和标准，对公共建筑的优化设计过程和方法进行了验证。

2居住建筑全生命周期碳排放对比分析

2.1拆除阶段碳排放

拆除阶段的碳排放主要包括建筑物拆除时人工拆除和使用小型机具机械拆除使用的机械设备消耗的各种能源动力产生的碳排放，以及废弃物在处理过程中由于运输所产生的碳排放。其中运输所产生的碳排放计算方法与建材运输阶段碳排放计算方法一致。

2.2使用维护阶段碳排放

使用维护阶段碳排放包括两个方面，即建筑使用阶段的碳排放和建筑维护的碳排放．建筑使用维护过程碳排放量＝建筑使用过程碳排放量＋建筑维护过程碳排放量．建筑使用阶段的碳排放量基本为建筑使用过程中的能耗（主要为采暖、空调、照明和设备能耗构成）所产生的碳排．特别说明的是，本计算过程中使用能耗统一按照设计定额的参数进行计算，未考虑居住者的生活习惯所产生的个体能耗差异，否则难以进行分析．维护阶段的碳排放主要根据维护阶段的设备更换、材料更换和维护施工情况确定．

2.3建材生产阶段碳排放

建筑建材生产阶段主要的碳排放量来自于混凝土和钢材，其次是玻璃，占比分别为32.84%、50.03%和13.48%。主要是因为本项目采用框架-剪力墙结构体系，围护结构采用的是玻璃幕墙体系，混凝土、钢材和玻璃的用量大，且这3种建材的碳排放因子也较高，导致碳排放量大。但是钢材和玻璃等属于可再循环材料，在项目回收阶段可以循环再利用，回收阶段的碳排放核减后，这2种材料的碳排放量占比并不高。根据上述分析，要降低建材生产阶段的碳排放量可以通过选择可再循环材料，碳排放因子小的材料以及优化结构设计和建造过程管理降低材料的用量来实现。

3居住建筑全生命周期减碳策略

3.1使用阶段减碳策略

使用阶段的碳排放占全生命周期的８０％以上，其减碳效果在建筑全生命周期中起着决定性的作用．归结起来，使用阶段减碳主要可通过“节流”、“开源”和“延寿”三方面来实现．“节流”即节能，通过减少建筑的运行能耗来减少建筑的运行阶段碳排放．目前我国虽然已经全面实行了建筑节能的强制性措施，制定了诸多建筑节能的规范，已经实现较１９８０年建筑基准能耗节能７５％的目标，但目前我国的建筑能耗距离发达国家尚有一定距离，通过降低运行能耗降低碳排还有很大的潜力．“开源”即建筑自身产能，通过自身产能从而少用甚至不用外界能源．这一建筑策略目前也日益得到重视，“零能耗”和“负能耗”建筑已经成为现实，并且很多发达国家已经制定了“零能耗”建筑标准．建筑产能基本通过主动式和被动式两种方式实现，两种方式的具体运用也已经有众多研究成果．“延寿”即延长建筑寿命，通过碳排放计算的分析可以看出，延长建筑寿命可以大大降低建筑全生命周期的年均碳排放强度，减少对环境的影响．通过改造提升建筑的居住条件和性能，减少能耗，也是减少建筑碳排放的有效措施．

3.2建筑全生命周期碳排放的控制方式

根据建筑生命周期不同阶段的特点，可以分别讨论降低建筑生命周期碳排放的方法。建筑材料生产的碳排放包括燃料燃烧和材料化学反应时释放的CO2气体。根据一些研究报告，虽然可以采用一些新的水泥生产工艺，但一般来说，很难减少材料化学反应过程中的碳排放。由于大部分建筑材料，如预制钢筋混凝土、钢条和砖，都是在工厂生产的，因此，建筑材料生产过程中的碳减排主要可以通过使用高效机器来降低能耗、燃烧余热发电和回收废气来实现。此外，一些地区的水泥和其他建筑材料产能过剩，这需要政府干预，遵循国家发展战略，及时调整工业结构，消除落后的生产能力。施工过程中的碳排放主要来自电器的电气消耗。应该说，几乎所有的电力项目都与国家或地区的发电结构有关。调整发电结构，采用新的可持续发电方法，不仅可以减少建筑的全生命周期碳排放，还可以减少其他来源的碳排放。

3.3选择最优绿色建筑项目组合

对各个替代性绿色建筑项目进行科学分析和评价是项目组合选择的基础和前提。然而，并非所有评估结果优秀的项目都能入选最终的绿色建筑项目组合，决策者必须仔细考虑其他因素，如有限的资源和管理能力、替代绿色建筑项目之间的相关性等。指出上述问题，解决方法通常是在运算研究中使用数学思维规划。由于本论文中绿色建筑项目组合选择的目的不是使一项投资的效益最大化，而是使经济和环境的综合效益最大化，因此目标规划方法可以有效解决资源有限(复杂约束)的多中心问题。

3.4多指标正交试验设计

在优化设计过程中，为了探究测试指数结果中的多因素机制，这些因素通常被组合测试。因为有很多因素，所以会有很多组合。如果采用综合测试方法，每个组合都将被逐个测试，测试时间和复杂性会进一步增加，任务会更重，甚至有些测试也无法完成。因此，在实际应用中，进行完整的多因素实验是不现实的。必须使用实验设计方法，更科学地选择用于实验的代表性水平组合，简化测试时间，并收集足够的测试信息。

结束语

因此，降低建筑全生命周期碳排放量最有效的方式是控制运行阶段的碳排放，通过采用高效灯具、高性能供暖空调设备、智能化控制、完善运行管理等方式减少建筑运行所需要的能源消耗，降低碳排放量。合理选择建材种类，选择可再循环和碳排放因子小的建材，同时，优化结构设计、完善建造过程管理，减少建筑材料的使用和浪费。

参考文献

[1]王怡洁.打通建筑全生命周期的“智慧”脉络[N].中国建材报,2021-07-14(001).

[2]徐滢清.居住建筑全生命周期的适应性设计策略研究[D].大连理工大学,2021.

[3]徐西蒙.基于生命周期理论的建筑碳足迹分析[J].环境科学导刊,2021,40(02):28-34.

[4]甘彬霖,谯钰.基于全生命周期的可持续建筑实践路径探讨[J].城市住宅,2020,27(12):97-100.

[5]李晓娟,刘科.面向全生命周期的绿色建筑多目标优化决策[J].上海节能,2020(10):1117-1120.