建筑物生命周期碳排放测算简化方法的研究

李冬青

（深圳市建设工程造价管理站，广东 深圳 518031）

建筑物生命周期碳排放测算简化方法的研究

李冬青

（深圳市建设工程造价管理站，广东 深圳 518031）

低碳建筑及低碳建筑技术作为降低建筑物碳排放的重要措施，需要通过测算碳排放量的变化值评价其建设效果.本文在总结现有文献研究成果的基础上，结合现有评价方法的不足及我国工程建设的特点，以建筑物生命周期碳排放量为评价目标，通过对建筑物生命周期各阶段资源投入状况的分析整理，提出了根据劳动资源、材料资源以及设备资源投入过程的碳排放测算方法.根据建筑物生命周期运行过程中部分资源投入数量无法准确统计的特点，建立了实体资源投入过程及服务性资源投入过程碳排放量测算的简化方法，并对同一工程不同设计方案的碳排放量进行了测算和比较.工程实例表明，本文所提出的方法具有较强的可操作性，对于低碳建筑评价尤其有效.

碳排放；低碳建筑；建筑物生命周期；碳排放测算；碳排放测算简化模型

1 建筑物碳排放测算方法的研究现状

在众多的温室气体中，二氧化碳的温室效应值最低，但由于其巨大的排放量，其对温室效应的贡献率远远大于其它温室气体.因此，国际社会公认减低“温室效应”应该从对二氧化碳的排放控制着手.尽管在后《京都议定书》时代，发达国家和发展中国家之间就碳减排承诺和所承担的责任方面存在严重分歧，各国都在强化推行降低碳排放的相关管理措施，炭减排技术的研究更成为研究领域的热点[1].对碳减排技术及降低碳排放管理措施的效果评价，需要从碳排放量的变化着手.同时，各国家、地区之间推行的碳排放权交易，也需要以碳排放量为基础，碳排放量已成为许多研究领域的重要参考指标，而针对碳排放量测算方法的研究也成为评价碳减排技术和相关管理措施有效性的关键所在.

中国是人口和资源消耗大国，节能降耗潜力巨大，各行各业都存在较大的碳减排空间.建筑业目前作为国民经济的支柱行业，每年竣工的房屋建筑面积超过 20亿 m2，且呈现逐年上升的趋势.建筑物的建造与使用过程中消耗了大量的自然资源和能源，对环境造成了严重的负面影响[2].据欧洲及美国的文献统计，建筑业的能源消耗量超过整体能源消耗的三分之一，CO2排放量更超过了整体排放的40%[3,4].因此，建设绿色、节能和可持续发展的低碳建筑对有效控制碳排放具有重要意义.

低碳建筑是指在建筑物的整个生命周期内，通过采用低碳技术降低资源和能源的消耗，进而减少温室气体排放的建筑物.在建筑物生命周期内应用的低碳技术种类繁多，包括在建筑设计阶段制定减少温室气体排放的技术方案、在建筑建造阶段采用低碳的材料和施工措施、在使用和拆除处置阶段实现能源节约和资源回收等[5].通过对建筑物生命周期碳排放量的核算，可以评价低碳技术在建筑领域应用的效果，为低碳建筑技术的评价与选择提供依据.

国内外学者针对建筑物在不同阶段的碳排放状况进行了大量的研究，在建筑物生命周期碳排放的测算范畴以及测算方法方面，积累了一定的研究成果.[6,7]根据生命周期评价原理分析了碳排量的构成；文献[8]对建筑物实体建造和使用过程的碳排放进行了分析和界定；文献[9]强调建筑物在规划设计阶段不产生实物碳排放，而在建筑材料生产和构配件加工、建筑物建造、建筑物运行与维护等阶段均会产生大量的碳排放；文献[10,11]对建筑物生命周期按照不同的方式进行了阶段划分；文献[12]认为使用阶段的碳排放仅包含设备对能源消耗所造成的排放量；文献[13]通过建立综合评价网络，按照材料生产、建筑建造、建筑设备运行以及建筑的终结5个阶段分析了建筑物生命周期碳排放的构成.现有文献针对建筑物生命周期的划分、碳排放的测算方法方面积累了大量的研究成果，为低碳建筑的评价提供了依据.然而，不同学者对于建筑物生命周期中碳排放的范围界定和测算方法方面存在较大差异，由此导致碳排放量测算的结果存在较大偏差.现有文献中，关于碳排放测算方法存在的问题主要集中在2个方面：一是有关建筑物生命周期碳排放范围界定各有侧重点，未准确反映建筑物生命周期全过程的碳排放构成；二是现有碳排放量测算方法侧重于理论研究，由于基础资料的缺失，导致可操作性不够，难以满足绿色建筑评价以及碳交易的需求.本文采用生命周期评价方法对建筑物碳排放范围进行重新界定，在分析不同阶段碳排放特点的基础上，提出涵盖建筑物全生命周期的碳排放量测算方法.

图1 建筑物生命周期评价模型

2 建筑物生命周期碳排放范围的界定

碳排放量直接来源于有机碳氢化合物（能源物质）的消耗过程，通过确定建筑物生命周期各阶段能源消耗的类型及消耗量，即可确定建筑物碳排放的总量.而建筑物生命周期各阶段能源消耗的类型与数量，与资源投入状态直接相关.因此，本文从定义建筑物生命周期模型着手，通过分析建筑物生命周期各阶段资源投入状况，构建碳排放量测算的数据系统模型.

2.1 碳排放测算过程的建筑物生命周期评价模型

生命周期评价是国内外学者公认的一种有效评价方法.建立生命周期评价模型、确定评价指标与界定评价范围，是生命周期评价的基础，也是影响评价结果的关键（ISO14000）.本文以碳排放量作为评价指标，结合建筑物生命周期运行的特点，建立了生命周期评价模型，界定建筑物生命周期碳排放量测算过程的评价范围、设计数据采集结构模型.模型设计过程中，需要在满足碳排放量测算范围要求的同时，保证测算方法的可操作性.

按照建筑物实体产生至消亡的过程，建筑物的生命周期应从获取土地资源开始，包括土地资源获取、建筑物建造、建筑物使用与维护、建筑物拆除4个主要阶段.根据生命周期评价的原理，建立如图1所示的生命周期评价模型，并据此界定建筑物生命周期各阶段的主要工作内容，测定建筑物生命周期各阶段碳排放量.

2.2 建筑物生命周期资源投入状况模型

根据建筑物生命周期各阶段工作的特点，生命周期各阶段的工作项目归纳为2个类别：1）仅需要投入人力资源和生产（办公）设备的咨询服务类工作，可归纳为服务性资源投入的工作过程；2）投入人力资源、生产（办公）设备以及实体材料资源、并以实体材料资源投入为主的工作过程，可归纳为实体性资源的工作过程.建筑物生命周期各阶段主要工作及资源投入的状态见表 1.建筑物生命周期中服务性资源投入和实体资源投入的工作过程的碳排放特征各不相同，其中建筑物施工建造和建筑物的运行使用阶段的碳排放量最为突出.

表1 建筑物生命周期各阶段资源投入情况构成

表2 IPCC-2006 建筑物生命周期常用能源碳排放因子（CO2）表

3 建筑物生命周期碳排放的测算原理

目前用于碳排放量测定的方法主要有3种：实测法、理论计算法和排放系数法.在建筑物生命周期碳排放测算的过程中，需要根据资源投入类型的不同合理选择方法.由于碳排放量直接来源于有机碳氢化合物（能源物质）的消耗过程，测算建筑物生命周期碳排放量必须解决 2个问题：建筑物生命周期内消耗的能源类型及各类能源的消耗量和消耗单位量的各类能源消耗所产生的碳排放量值，即能源的碳排放因子.

3.1 能源碳排放因子的确定

能源碳排放因子是指单位质量的各类能源从开采到使用消耗全过程所产生的碳排放（CO2）总量，是表征能源温室气体排放特征的重要参数，也是计算各类经济活动碳排放量必备的基础数据.本文以此为依据，建立了能源消耗量和碳排放量之间的数量关系.根据2006年政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的《国家温室气体清单指南》，结合我国各项能源的热值，可以推导计算我国各类能源的碳排放因子.表2为推导计算出的建筑物生命周期常用能源碳排放因子（IPCC假定，能源在相同使用环境下的碳排放系数保持不变）.

3.2 资源碳排放量的计算

根据碳排放产生的基本原理，从建筑物生命周期中各项工作的内容以及资源投入的状况入手，可以通过测定各类资源的能源消耗量，计算建筑物生命周期碳排放总量，如图2所示.

由于建筑物生命周期过程投入的资源类型与数量庞大，难以准确统计全部资源的能源消耗状况.通过对现有文献成果及技术标准的分析，可以推导分别针对劳动资源投入、生产（办公）设备资源投入及实体材料资源投入的碳排放估算方法.

图2 建筑物生命周期碳排放测算方法示意图

1）人力资源的碳排放总量（TCHr），是指工作人员在工作时间以及非工作时间的衣、食、住、行过程中消耗各类能源导致的CO2排放总量.本文在人力资源碳排放总量计算的过程中，采用人力资源消耗总量（Hr）及人均碳排放数量（CHr）的乘积确定，计算方法如下：

公式（1）中，Hr可以根据现有的专业技术标准以及统计数据资料估算；CHr可以依据我国居民的生活水平状况，按照碳排放手册确定不同地区人员的平均碳排放数值，例如：荷兰环境评估机构（PBL）和欧盟联合研究中心（JRC）2012年的研究报告显示 2011年中国人均碳排放量为每年7.2吨.

2）设备类资源包括办公类设备、施工机械设备和交通运输设备3大类，其碳排放数量（TCJX）是指根据设备类资源运行过程中的能源消耗数量测算的.测算过程中，需要获得各类工作过程中投入的设备资源运行时间（TJX）、各类设备资源的单位运行时间能耗（EJX）以及能源碳排放因子（ce），计算如下：

公式（2）中，TJX根据现有的专业技术标准以及统计数据资料估算；EJX与机械运转的功率直接相关，按照设备出厂的技术性能指标确定.

3）实体材料资源碳排放量（TCM），是指材料从原材料的开采、到加工、包装、运输至施工现场的全过程消耗能源所导致的 CO2排放的总量.国内学者通过对常用建筑材料生产过程的分析，测定了一般常用建筑材料碳排放系数（cM），即单位数量某种建筑材料的碳排放量，见《绿色奥运建筑评估体系》和《2006年国家温室气体排放清单指南》.由此，TCM可以根据建筑物生命周期各阶段投入的各类实体材料资源的总量（TM）与单位量实物资源碳排放系数（cM）的乘积的总和，计算公式如下：

4 建筑物生命周期碳排放测算的简化方法

4.1 建筑服务性资源投入过程的碳排放测算

服务性资源投入阶段包括工程咨询、工程设计、工程监理、工程造价咨询和物业管理五类工作内容.由于服务类工作内容特点是没有大量的材料、设备投入，因此消耗能源数量少，相应产生的直接碳排放极少，碳排放构成如图3所示.

图3 服务类工作资源投入的碳排放构成示意图

由于大型公建筑生命周期碳排放消耗量构成中，服务类项目的碳排放比重低，按照图3所示方式分项测算各类能源的消耗量需要投入大量的基础性工作，且个别基础数据缺乏导致部分能耗测算不准.本文采用单位GDP能耗（EGDP）做为基础数据，计算单位GDP的碳排放量（CGDP），从而根据咨询服务类项目费用总额（TFS）测算CO2排放总量（TCs），计算方法如公式（4）.

根据我国每年统计公报中的能耗状况以及GDP数据，可以计算万元 GDP的碳排放量（CGDP）.例如，根据中华人民共和国2012年国民经济和社会发展统计公报，我国2012年能源消费总量 36.2亿吨标准煤，全年国内生产总值为519322亿元，则2012年我国单位GDP的能耗及CO2排放量计算过程如公式（5）、（6）所示（标准煤碳排放因子为2.493t）：

4.2 建筑实体性资源投入过程的碳排放测算

建筑实体性资源投入过程包括建筑物建造、本体使用维修、建筑设备更新、拆除与回收等工作过程.此类过程碳排放测算所需基础数据中，技术工人投入量（Wr）、建筑材料投入量（Wm）、施工机械设备投入量（Wj）以及拆除过程资源回收量（HSm）可以根据现有技术标准准确估算；实体资源投入过程中的其他劳动资源、办公设备资源投入量难以按照单一建筑物进行核算，但根据建筑类企业的运作管理模式，可以核算该部分投入的总费用（QTGDP）.根据建筑实体性资源投入过程数据结构的特点，此类过程碳排放量由技术工人投入的碳排放、建筑材料碳排放、施工机械投入碳排放、其他产值碳排放以及资源回收降碳量五个部分构成，碳排放的构成及测算程序如图4所示.

根据图4所示的碳排放计算程序，实体性资源投入过程的碳排放量（TCm）可按照公式（7）计算：

4.3 建筑物生命周期碳排放量测算实例

某学校建筑面积为24000 m2，根据可行性研究报告中提供的钢结构及钢筋混凝土结构2个设计方案，按照本文提出的测算方法，对服务性资源投入及实体资源投入过程的碳排放量测算结果见表 3，表4.

图4 建筑实体性资源投入过程碳排放构成示意图

表3 服务性资源投入过程碳排放量汇总表

表4 实体性资源投入过程碳排放量汇总表

测算结果显示：钢结构设计方案建筑物生命周期碳排放总量为344991.51t，混凝土框架结构设计方案建筑物生命周期碳排放总量为343790.36t，钢结构方案碳排放量高于混凝土框架结构.

该测算结果与目前专业人员的认知相矛盾.通过对测算过程的中间数据分析，原因在于钢结构在建造过程中材料资源的能耗以及使用阶段修缮维护的能耗高于混凝土框架结构.

5 结论与建议

5.1 结论

1）建筑物做为温室气体的主要排放源，对其生命周期碳排放量进行测算是十分必要的.本文根据生命周期评价方法，构建了建筑物碳排放测算模型，提出了涵盖建筑物生命周期各环节的碳排放量测算方法.实例证明，本文所提出的方法可以用于不同设计方案碳排放的测算和比较，具有较强的可操作性，所得测算数据比现有方法更为全面准确.

2）以碳排放量作为评价目标的建筑物全生命周期评价模型，应从便于碳排放测算的角度出发界定模型的范围以及资源的输入输出.根据建筑物生命周期中输入的劳动资源、材料资源以及生产（办公）设备资源三大基础性资源的不同，可将建筑物生命周期各类工作过程划分为两类：其一，不包含材料资源投入的服务性工作过程；其二，包含材料资源投入的实体性资源投入的工作过程.

3）建筑物生命周期碳排放量测算的理论方法是通过测定各类能源的消耗数量以及相应能源的碳排放因子进行.由于建筑物的生命周期时间历程久远且能源消耗状态复杂，存在着难以按照单一建筑物准确统计能源消耗数量的问题.采用核算各类资源投入的数量以及单位资源的碳排放量、从而测算建筑物生命周期碳排放总量的方法，可以有效解决无法单独核算建筑物各类能源消耗的问题.

引入单位GDP能耗水平以及单位能耗碳排放量两个参数，依据服务性资源投入过程的GDP总值即可测算该过程的碳排放量.这种按照 GDP总额进行碳排放量测算的方法简便易行，可以有效解决建筑物生命周期过程中投入的部分资源数量难以准确核算的问题，对于碳排放量少、测算过程复杂的建筑物生命周期工作过程尤其有效.

5.2 建议

1）建筑物生命周期碳排放的测算，需要大量的基础数据支撑.由于建筑领域已有基础数据并不完整，本文所提出的测算方法仍属于估算范畴，测算范围全面，但精度不高.碳排放测算后续工作的重点在于完善碳排放测算的基础数据，以提高碳排放测算的精度.根据现有文献数据的情况分析，基础数据的完善主要集中在劳动资源以及材料资源投入过程.

2）在劳动资源投入的碳排放测算过程中，劳动资源投入数量以及单位劳动资源碳排放量数据均不完整.除建造阶段的劳动资源投入量以外，其他劳动资源投入的数量均难以清晰统计，建议在今后的研究工作过程中，加强对各类劳动资源投入数量的监测，以定额形式确定各类工作过程的劳动资源配置数量，为碳排放测算提供依据.在单位劳动资源碳排放量测算过程中，影响因素包括了地理气候条件、人的生活习惯、地区消费水平等因素，存在很大的地区性差异，建议分区域测算单位劳动资源碳排放量，以提高劳动资源碳排放测算的精度.

3）材料资源在材料生产、加工以及运输的过程中产生的碳排放，是建筑物生命周期碳排放的主要来源.根据现有的相关技术标准，材料资源的投入数量可以准确核算.对已有建筑物常用的单位材料资源碳排放量标准，应该随着工艺的变化、供应渠道的变化等出现差异，在今后的研究工作中，应建立分区域的各类材料碳排放标准数据，并随材料生产工艺的变化及时更新.

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On the Simplified Calculating Methods of Building Life-cycle Carbon Emissions

LI Dongqing
（Shenzhen Construction Cost Management Station, Shenzhen, Guangdong 518031, China）

As the important measures to reduce the building’s carbon emissions, low-carbon buildings and their related low-carbon technologies need to be evaluated by measuring their carbon emissions. Based on the existing research results and the practice of construction projects in China, the carbon emissions measurement methods of labor, materials and equipment was proposed in this paper, with the carbon emission of the building life-cycle as an evaluation index. Because the amount of some resources investment in building life-cycle is difficult to calculate, a simplified carbon emissions calculating method in the process of materials resources and service resources input was established. Also, a comparison of carbon emissions between different design schemes of the same project was carried out. The results of the comparison showed that the simplified carbon emissions evaluating model this paper proposed is very practical, and it will be especially effective for low-carbon building evaluation.

carbon emissions; low-carbon buildings; building life-cycle; carbon emissions calculation; the simplified model of carbon emissions

TU201.5；X16

A

1672-0318（2016）05-0031-08

10.13899/j.cnki.szptxb.2016.05.007

2016-05-16

李冬青（1962-），女，辽宁人，硕士，高级工程师，研究方向为建筑经济评价.