传统和现代住宅建筑外墙体的碳足迹评估

胡晶捷

(中冶南方工程技术有限公司，武汉 430072)

建筑产品生产和建造阶段的大多数温室气体来自于钢筋混凝土工程、金属结构工程和砌筑工程，其中来自材料生产的直接和间接排放占总排放的绝大多数。因此，在建筑项目规划和决策中要纳入对碳足迹的评估，重点是对建筑材料的选用进行考察和把关。

目前计算和评估建筑物碳足迹的方法已有许多，高鑫等人[1]采用基于过程的清单分析法和排放系数法，构建了装配式混凝土建筑物化阶段碳足迹测算模型。不少人用碳排放系数法计算建筑物在施工阶段的碳排放量[2-4]，并分析该阶段的碳减排措施。张时聪等人[5]结合单体建筑最优设计方案，讨论了建筑物全生命周期碳排放的计算方法。徐西蒙等人[6]对世博生态城低碳中心的碳足迹进行了核算,结果表明该建筑的碳足迹主要来源于材料生产阶段。毛潘等人[7]结合案例，对四种不同种类保温材料的典型墙体构造，进行全生命周期的碳排放核算与对比，得出不同要求下相应的墙体构造方案。在进行建筑全生命周期的碳排放核算中，既要突出重点又要简洁和准确，并充分利用那些定量的数据，从节能减排方面判断建筑、材料及建造的适用性和先进性，进而优选建筑设计方案，这方面的相关研究还相对较少。该文以湖北省恩施州某住宅建筑项目为例，重点对同一建筑的传统和现代的两种不同材料的外墙体进行分析比较，计算和评估外墙体的碳足迹，判断两种住宅外墙体及其材料的适用性，以此进一步优化和确定后续的建筑设计方案。

1 计算与评估方法

“碳足迹”是指某一个生产过程或生产产品的整个生命周期中排放的二氧化碳和其他温室气体(甲烷、氧化亚氮等)的总量。其它温室气体基于100年的全球变暖潜势值转化为二氧化碳当量进行统一计量。

自20世纪末以来，发达国家政府和国际组织，如联合国环境规划署、国际标准化组织、世界可持续发展工商理事会、美国供热制冷空调工程师协会、德国可持续建筑协会、英国政府等，已先后建立了碳排放计算标准。例如英国政府建议采用《政府住宅能源评级的标准评估程序》评估住宅建筑的碳足迹，英国环境保护署推出了“碳排放”专用计算器。

碳足迹算法中较好的是全生命周期评估方法，它被称为“从最初开始到最终消失或结束”的整个过程的计算方法。我国国标《建筑碳排放计算标准》中考虑了建筑全生命期。

应用全生命周期评估方法开展建筑能源使用及环境影响评价的研究，主要在3 个方面:一是比较建筑材料的环境影响，以支持绿色建材; 二是评价建筑生命周期各阶段的能源使用效率和环境影响，进而提出优化方案; 三是对单体建筑或区域内建筑系统开展全生命周期评估，着重于量化其环境影响，识别关键影响因素和提出政策建议。

建筑材料全生命周期碳足迹评估的五个步骤：1)明确研究对象及定义、计算范围或计算边界，根据建筑元素材料的功能、特性及适用性，选择适合分析和比较的建筑元素及建筑材料；2)考虑每一种材料的特征、特性及用量，包括材料生产、运输、施工制造、使用寿命及运行特征等；3)选择合适的计算方法和计算标准，建立数据库；4)对碳足迹从最初开始到最终消失的全生命周期进行量化评估与影响评价；4)进一步分析和解释，提出改进建议，优化建筑设计方案，优选合适的低碳材料和低碳建造方式等。

计算建筑物碳足迹的实质是将建筑物从无到有再到无的相关过程中消耗的煤、油、燃气、电力、可再生能源等转化为当量二氧化碳排放。建筑全生命周期碳足迹，包括材料生产及运输阶段的碳足迹、施工建造阶段的碳足迹、运行维护阶段的碳足迹、建筑拆除回收阶段的碳足迹。各阶段的碳排放量均为材料、能源和机械台班清单等与相对应碳排放因子的乘积，可参考文献[8]和英国的《政府住宅能源评级的标准评估程序》等。

2 案例与分析

2.1 案例概况

案例为湖北省恩施州某住宅项目，恩施州是少数民族自治州，少数民族特色明显，当地民居多半是用传统砖砌块砌筑房屋，砖内有一层隔热材料。项目附近有一个混凝土工厂，方便就地取材。另一方面，新材料新技术的发展使得现代金属铝板等材料的使用成为可能。

该文重点考虑其中的一套住房，七层楼，面积106 m2，层高3.0 m，对同一套住房进行传统和现代的两种不同材料的外墙体分析比较，考虑外墙体的功能和材料的适用性与特殊性，包括墙体材料的工厂生产，运送到工地，在工地的施工建造、场地运输、运行维护和拆除回收过程等，见表1。

表1 两种不同类型墙体的主要特征及比较

墙体主要用于保温隔热，根据住宅建筑能效设计标准，不同材料的使用标准是它们在建筑中应提供相同的热舒适的能力，墙体的物理量导热系数U值应相同,见表2。

表2 两种不同类型墙体的主要材料特性及材料用量

2.2 碳足迹计算与评估

依据建筑全生命周期理论和《建筑碳排放计算标准》及英国的《政府住宅能源评级的标准评估程序》，分别计算两种不同类型外墙体材料的碳足迹并进行评估。

1)材料生产阶段的碳足迹

分别计算两种不同类型外墙体的材料在生产阶段(从材料生产并运到施工建造工地门口)的碳足迹的量，见图1。

2)施工建造阶段的碳足迹

分别计算两种不同类型墙体在施工阶段(建造工地现场)的碳足迹的量，见图2。

3)运行阶段和拆除阶段的碳足迹

该文主要是考虑外墙体的碳足迹，房屋在运行维护阶段的暖通空调、生活热水、照明及电梯等未包括其中；一般外墙体在生命周期中较少进行大的修复和翻新，相应的碳足迹占比较少。

在拆除回收阶段，可能会用到少量的设备或人工拆除墙体，并运输到回收场或填埋场，考虑到运输距离较短，两种墙体材料拆除阶段相应的碳足迹占比也较少或相差不大，因此在下面的总碳足迹中未包括运行阶段和拆除阶段的碳足迹。

由图1可见，在该项目中，现代金属铝板外包墙体在生产阶段的碳足迹比传统砖砌块砌筑墙体的要多1倍左右，其中砖材的碳足迹占总数40.7%；铝材的碳足迹占总数92.0%，铝材的材料生产的占比耗能较大，铝材工厂到工地的距离较长，耗能较多。由图2可见，在该项目施工建造阶段，人员数量和运输的碳足迹起主要作用，但是施工阶段碳足迹比生产阶段的要小很多。在该项目中，材料生产包括运输的碳足迹消耗起主导作用。在整个阶段中，传统砖砌块砌筑墙体中材料生产(包括运输)的碳足迹消耗占82%；现代金属铝板外包墙体中材料(包括运输)的碳足迹消耗占96%，占比很高。

从上面的碳足迹计算、评估和比较中，很容易得到两种不同材料的外墙体的碳排放优劣的判断，该案例中，传统砖砌块砌筑墙体比现代金属铝板外包墙体的碳足迹要少很多，传统砖砌块就地取材，材料临近施工现场，大大节约了运输能源，而且，还能提供良好的热舒适性，其颜色和质感也给予居住者归属感和亲切感。

但是，如果进一步改进现代金属铝板的生产方式，如果现代金属铝板的生产工厂距离施工工地很近，总碳足迹会大幅减少，而且，现代铝板外包可以给居住者带来新的居住感受，满足人们对现代生活方式的品质需求和符号化的心理满足；现代铝板外包施工阶段的碳足迹较少，板材装配式施工方便，施工人数较少，工期较短，越来越受到欢迎。

3 结 论

a.对两种不同类型外墙体碳足迹进行定量计算、比较和评估，为进一步优选外墙体设计方案及低碳建材、低碳建造提供了技术依据。

b.碳足迹计算结果表明，该案例中传统砖砌块砌筑墙体比现代金属铝板外包墙体更有优势。由于生产耗能和长途运输耗能较多，现代金属铝板外包墙体的总碳足迹比传统砖砌块砌筑墙体的要多41%，其中材料生产(包括运输)的碳足迹消耗占96%，占比很高。但是，如果现代金属铝板的生产工厂距离施工工地较近，如果进一步改进生产方式和施工方式，现代金属铝板外包可能会更受欢迎。