大型公共建筑全生命周期碳排放核算及评价

材料约为我国资源利用量的40%～50%，所消耗的能源约占全社会各项活动总能耗的30%[4]。建筑物在施工建设、运营和拆除过程中所引起的温室气体排放量，预计在2030年将占全社会总排放量的25%左右[5]。如何行之有效的减少建筑物建造施工、运营维护和拆除过程的碳排放已经成为世界各国学者的研究热点。

生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）方法是对某一产品（或服务）在整个生命周期内相关的环境因素和潜在影响进行评估[6，7]，已被广泛用作建筑行业综合环境影响评估方法。生命周期评价通过为各类型建筑物和建筑材料产品生命周期的每个阶段定义一个分析范围来评估能源消耗和环境污染物排放水平[8，9]。刘念雄等[10]将建筑物的生命周期划分为建材生产准备、建筑物建造施工、运营维护、拆除4个阶段，并对建筑物各个阶段的碳排放数据进行了详细分析。Stephan A 等[11]将建筑物生命周期框架分为建筑材料生产、建筑物建造、运营维护、拆除及建材产品处理阶段，并将建筑物生命周期碳排放过程划分为物化、运输和运营三个层次。笔者以生命周期评价理论为研究基础，将北京市某大型公共建筑作为实例研究对象，分析建立了大型公共建筑全生命周期碳排放核算模型，根据核算结果对案例建筑碳排放数据进行定量分析，以期为我国现阶段大型公共建筑节能减排和绿色发展提供理论支撑和基础数据。

2建筑业生命周期评价理论原理

2.1核算边界

建筑物生命周期，是指建筑物从开始设计建造到建筑物拆除处置的全过程，包括建筑材料开采和生产，建筑构配件生产加工，建材产品运输，建筑工程建造施工，建筑物运营维护，循环再利用及拆除处置等阶段，如图1所示[12]。对大型公共建筑进行碳排放核算应将视角聚集在建筑物的全生命周期内，但由于大型公共建筑设计规划、招投标等阶段的数据不可得且占比非常少，案例中暂时只考虑对大型公共建筑碳排放数据影响较大的主要阶段，即大型公共建筑碳排放核算范围界定为物化、运营和拆除阶段。

2.2功能单位

建筑物碳排放量会因建筑物规模、使用材料、使用机械器具、拆除方式的不同而大不相同；而运营维护阶段碳排放将会在建筑物全生命周期内持续发生，因此建筑物的使用年限对碳排放数据的影响也非常大。因此，选取一个合适的功能单位是大型公共建筑生命周期评价指标准确的关键，该指标要兼顾单个建筑碳排放量的纵向可比性和各个建筑碳排放量横向可比性。选取单位面积年碳排放量作为建筑物生命周期碳排放评价指标不仅能够减少因建筑物规模、使用材料、机具不同而引起的影响，也能使得各建筑物间指标评价结果具有一定的一致性和可比性，故大型公共建筑生命周期碳排放核算的功能单位是单位建筑面积年碳排放量。

2.3清单分析

建筑物生命周期碳排放清单分析，是指为实现建筑物特定的研究目的，对研究所需要的数据进行搜集，即针对所研究建筑物形成的一份详细的输入输出数据清单，如图2所示[13]。

2.4核算模型

建筑物全生命周期碳排放一般以产生的CO2排放量来衡量。核算模型公式为[14]：

CT=Cc+Cu+Cd （1）

式（1）中，CT表示CO2总排放量；Cc表示物化阶段CO2排放量；Cu表示运营阶段CO2排放量；Cd表示拆除阶段CO2排放量。

由此可以得出建筑物单位面积年碳排放量，即建筑物生命周期CO2排放量评价指标C：

C=CT/（S·Y）（2）

式（2）中，S代表建筑物的总建筑面积，Y代表建筑物的使用年限，文献和标准表示，我国一般房屋使用年限为50年。

建筑物物化阶段CO2排放量分为三个部分，即：

Cc=cc1+cc2+cc3（3）

式（3）中，cc1表示物化阶段建材产品生产所产生的CO2排放量；cc2表示物化阶段建材产品运输所产生的CO2排放量；cc3表示物化阶段施工过程所产生的CO2排放量。

建筑物运营阶段CO2排放量Cu分为三个部分，即：

Cu=cu1+cu2+cu3（4）

式（4）中，cu2表示運营阶段建筑物供暖消耗能源所产生的CO2排放量；表示运营阶段建筑物空调及照明等消耗能源所产生的CO2排放量；表示运营阶段建筑物空调及照明等消耗二次能源所产生的CO2排放量。

建筑物拆除阶段CO2排放量分为三个部分，即：

Cd=cd1+cd2（5）

式（5）中，cd1表示拆除阶段建筑废弃物处理所产生的CO2排放量；cd2表示拆除阶段建筑废弃物运输所产生的CO2排放量。

3北京市某公共建筑生命周期评价

选取北京市某大型公共建筑作为实例研究对象，其建设用地面积为4.14万m2，总建设面积为36.9万m2（办公楼地上建设面积为24.0万m2，地下建设面积为12.9万m2），设定该大型公共建筑的使用寿命为 50 年。因设计规划和招投标阶段碳排放量占比相当少且数据不可得，案例只核算物化、运营和拆除阶段的碳排放量。

3.1数据清单

该案例建筑物物化阶段的数据来源于具体的施工方案和工程量清单。

建筑物物化阶段碳排放主要包括建筑材料生产和运输、施工过程消耗能源和资源所引起的排放。案例选取施工用量最大的10种建材产品进行分析，具体数值如表1所示。

表1建筑材料消耗量

种类水泥/万t钢筋/万t砂/万t石/万t粘土砖/万块木材/m3玻璃/万t铝材/万t涂料/万t陶瓷/万t

消耗量15.925.6734.2143.501.791371.10.270.180.131.70

该案例中大型公共建筑所用的建筑材料主要是从北京周边地区购进，其运输方式以公路运输为主，因无法准确衡量建材产品运输距离，在此统一选取35 km。其中公路运输的单位运输碳排放为1.92E-4 t/（t·km）[15]。施工过程主要是各种施工机械消耗化石燃料所产生的碳排放。

建筑物运营阶段碳排放主要包括建筑物照明、采暖、空调等等日常生活和工作所需的能源消耗排放，其数据主要来源于建筑物使用过程中的能耗数据，设定该大型公共建筑的使用寿命为50年，具体数据如表2所示。

建筑物拆除阶段碳排放主要包括建筑废弃物处理和运输所产生的碳排放，建筑废弃物运输量与消耗量一致，建筑物废弃物处理工程量具体如表3所示。

3.2碳排放核算

由表1～3的数据可以分别计算出该大型公共建筑物化阶段、运营阶段和拆除阶段碳排放量，具体如表4所示。

3.3结论与分析

由表4可見，该大型公共建筑生命周期碳排放总量为835.27万t，每平方米年碳排放量为452.72 kg/（a·m2）。其中运营阶段碳排放量最多，为804.92万t，占总排放量的96.37%，每平方米年碳排放量为15.77 kg/（a·m2）；其次为物化阶段，碳排放为29.10万t，占总排放量的3.48%，每平方米年碳排放量为436.27kg/（a·m2）；拆除阶段碳排放量为1.24万t，占总排放量的0.15%，每平方米年碳排放量为0.67 kg/（a·m2）。因此，大型公共建筑节能减排的重点方向在于运营阶段和物化阶段[16]。

运营阶段碳排放主要包括电力和取暖耗能两大部分。照明和空调是电能的主要消耗项目，因此在大型公共建筑设计阶段就要考虑到能源消耗问题。一是在保证人们办公和生活质量的情况下，充分利用自然光和改变大型公共建筑的电源结构，大力发展太阳能、风能等清洁能源，推广高效清洁的供电体系；二是养成良好的用电习惯，减少长明灯和空调无效运行等方面的能源浪费；三是在满足照明、取暖制冷需求的情况下，要尽量采用节能环保型灯具，减少空调等大型耗能设备的使用，降低建筑运营耗能。

物化阶段碳排放主要集中在建筑材料生产和施工机械运用方面，故可针对这两方面进行节能减排改造。一是增强建筑材料生产工艺和新型建筑材料的研究开发，提高建筑材料行业的能源利用率，提高建筑材料使用寿命；二是鼓励建筑材料生产商实施清洁生产，从而进一步降低材料损耗；三是选用新型节能型施工机械，实现建筑工地用能的最优化管理；四是合理安排施工现场作业，尽量减少夜间施工。

4结语

基于生命周期评价理论为研究基础，分析了大型公共建筑生命周期碳排放核算方法和评价原理，对大型公共建筑生命周期碳排放核算范围及功能单位进行了界定，同时对大型公共建筑生命周期物化、运营和拆除阶段分别进行了清单分析，建立了大型公共建筑生命周期碳排放核算模型。选取了北京市某大型公共建筑为公共建筑生命周期碳排放核算和评价案例，定量分析与评价了案例建筑生命周期各阶段能耗及碳排放特点，为生命周期理论在大型公共建筑方面的应用提供了数据，进一步为大型公共建筑能耗数据库的建立及其节能减排措施的制定奠定基础。

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