绿色建筑全生命周期碳排放计算实践与探讨——以重庆市设计院建研楼工程为例

蒋超，谢崇实，黎昆

（重庆市设计院有限公司，重庆 400015）

0 引言

2020年9月，习近平主席在第75 届联合国大会上提出中国将在2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”的目标[1]。 这一目标是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体[2]。 《中国建筑能耗研究报告2020》指出，2018年全国建筑全生命周期碳排放总量为49.3 亿tCO2，占全国能源碳排放的比重为51.2%[3]。 因此，降低建筑全生命周期碳排放是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要路径。

绿色建筑是指在全生命周期内，节约资源，保护环境，减少污染，为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑[4]。 绿色建筑提倡在提供健康、舒适的室内环境的同时，尽可能降低建筑运行阶段能耗，提倡绿色施工，使用绿色建材，从而形成一条全生命周期降低建筑碳排放的有效路径，这是建筑业实现“碳达峰、碳中和”的必由之路。

住房和城乡建设部于2019年发布了 《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366—2019），规范了建筑碳排放计算方法[5]。 结合近年来相关研究和标准，本文以重庆市设计院建研楼工程为例，探索适用于重庆的新建绿色建筑碳排放计算的路径和方法，计算出该项目全生命周期碳排放量，可为后续节能减排研究提供基础数据。

1 项目概况

重庆市设计院建研楼（图1）总用地面积1762.4m2，地上建筑面积2978.10m2，地 下 建 筑 面 积2075.36m2，总 建 筑 面 积5053.46 m2，包括3 层地下车库与5 层地面建筑。 项目采用的主要绿色建筑措施有： 利用被动设计加强自然通风、 自然采光；采用可智能调光、调节色温的智能照明系统；利用可再生能源，配备光伏发电系统；从设计到施工的全过程BIM 设计； 地上主体结构采用预制装配式钢结构，实现土建装修一体化设计； 高效的多联机系统及独立的新风系统。项目于2022年3月获得LEED v4 BD+C 金级认证，于2020年获得重庆市绿色建筑金级设计认证、绿色建筑二星级设计认证。

图1 项目效果图

2 建筑全生命周期碳排放计算

2.1 建筑运行阶段碳排放计算

项目处于夏热冬冷地区，建筑使用阶段碳排放应为建筑工程规划许可证范围内能源消耗产生的碳排放量和可再生能源及碳汇系统的减碳量[5]。 该项目为新建建筑，无建筑运行相关数据，因此，笔者采用了建筑能耗模拟的方法，计算了建筑年能耗，采用了国家机关公布的区域平均碳排放因子计算因电力消耗造成的碳排放量。 本文采用由生态环境部公布的2019年度中国区域电网基准线排放因子[6]作为计算依据，如表1 所示。 根据电量碳排放因子计算公式[7]，重庆市（华中电网）2019年电力排放因子为0.5721kgCO2/kW·h。

表1 2019年中国区域电网基准线排放因子[6]

2.1.1 建筑能耗模拟及可再生能源计算

建筑能耗模拟采用的能耗模拟软件eQuest 是由美国劳伦斯伯克利国家实验室和J.J. Hirsch 及其联盟共同开发的一款建筑能耗模拟软件，可进行建筑逐时能耗模拟，其计算内核DOE-2 是目前世界上应用最广泛的能源模拟程序。

项目围护结构采用自保温体系，砌体采用250mm 蒸压加气混凝土砌块，热桥采用垂直纤维岩棉板；项目空调系统采用了多联机及独立的新风系统；项目照明系统采用了可智能调光、调节色温的智能照明系统；项目无集中生活热水需求，冬季盥洗用热水采用局部电加热设备。 项目消耗终端能源类型仅有电力，无其他能源。

项目照明功率密度、设备密度、新风量、空调设计温度等运行特征，均按照项目实际设计值进行模拟。 项目空调、照明、设备运行时间表和人员在室率等参照《公共建筑节能设计标准》附录B中表B.0.4-1、表B.0.4-4、表B.0.4-6、表B.0.4-10[8]设定。

模拟得出的建筑各系统全年能耗数据如表2 所示。

表2 建筑各系统年能耗模拟值

项目可再生能源采用光伏发电系统，光伏系统共1 个光伏面板安装区，位于已建办公楼屋顶。 光伏系统供电负荷为车库及办公一般照明，接入一般照明箱0.4kV 低压配电母线。 项目共安装光伏发电板136 块，总面积为126.5m2。

光伏系统发电量根据《建筑碳排放计算标准》式4.5.5 计算。其中，年太阳辐射照度取886kW·h/m2，根据厂家提供的系统参数，光伏电池转换效率取20%，光伏系统损失效率取40%，计算出的光伏系统年发电量为13447kW·h。该工程光伏发电系统采用自发自用未接入电网的运营方式，因此光伏发电量可直接减扣建筑年用电量，得到项目年用电情况如表3 所示。

表3 项目年用电情况统计表

2.1.2 绿化碳汇

目前国内外对绿化碳汇相关研究还比较少，研究方法也有所不同，《建筑碳排放计算标准》也未对相关的计算进行规定。 因此，笔者比较了多位学者的研究结果，根据该项目绿化的实际情况，决定采用阴世超[9]研究的相关结果进行绿化碳汇计算。 适用于该项目的不同绿植类型的碳汇量如表4 所示。

表4 适用于本项目的不同绿植种类的年固定碳量

根据不同类型绿化的面积，可计算出本项目年绿化碳汇量为1.11tCO2，可降低建筑运行阶段碳排放8.8%，具体数据如表5 所示。

表5 年绿化碳汇量计算表

2.1.3 运行阶段碳排放

根据上述计算，取建筑运行年限为50年，电力排放因子取0.5721kgCO2/kW·h，可计算出建筑运行阶段碳排放量为6243.60 tCO2，具体数据如表6 所示。

表6 建筑运行阶段碳排放

2.2 建材生产和运输阶段碳排放计算

2.2.1 建材生产阶段碳排放

建材生产阶段的碳排放根据《建筑碳排放计算标准》式6.2.1计算，主要建材碳排放因子可按标准附录D 取值。 附录D 中未给出的建材碳排放因子，笔者参考东南大学的相关研究[7]进行取值。

由项目采用BIM 设计模型，可直接导出项目各主要建材用量。 整理得出项目主要建材及碳排放因子清单如表7 所示。 由此计算出项目建材生产阶段的碳排放量为4677.63 tCO2。

表7 项目主要建材用量及碳排放因子清单

2.2.2 建材运输阶段碳排放

建材运输阶段碳排放根据《建筑碳排放计算标准》式6.3.1 计算，笔者统计了项目主要建材用量及材料生产地，并根据附录E选择合适的运输方式，可得项目主要建材运输距离及运输方式碳排放因子清单（表8）。 由此计算出项目建材运输阶段的碳排放量为64.28 tCO2。

表8 项目主要建材运输距离及运输方式碳排放因子清单

综上可得项目建材生产和运输阶段碳排放总量为4677.63+87.28=4764.91 tCO2。

2.3 建筑建造及拆除阶段的碳排放计算

2.3.1 建筑建造阶段碳排放

建筑建造阶段碳排放计算可从机械设备台班、施工工艺和建造流程几个方面来进行计算[7]。 在计算时，笔者主要从施工工艺的不同，将施工碳排放分为耗电及耗油两种情况进行计算。 耗电量可根据项目工地逐月用电量统计得出，从而通过电力碳排放因子得出碳排放量。 施工耗油主要由于现场机械设备运转引起，建造阶段的主要耗油工艺为开挖移除土方、平整土方和水平运输[7]，这部分耗油可以根据工程土方量进行计算。

该项目施工期为2019年6月—2021年8月，共27 个月，项目工地逐月用电量如图2 所示。 可以看出，项目施工阶段用电量受现场工艺的影响，用电量大致在4000～7000kW·h/月，平均每月用电量为5019 kW·h。 同时，用电量也受到春节假期、疫情停工（2020年2—3月）及土建和精装施工转换（2021年1月）等因素影响。 项目施工期内，总用电量为135533kW·h，碳排放量为77.54 tCO2。

图2 施工逐月用电量

根据项目工程量决算清单，项目总土石方开挖量为11750m3，场地回填平整量为1655.8m3，余方外运量为10011.08m3，外运距离按20km 估算，计算可得项目耗油工艺产生的碳排放量如表9所示。

表9 耗油工艺碳排放量

综上，项目建造阶段碳排放量为77.54+59.63=137.17 tCO2。

2.3.2 建筑拆除阶段碳排放

建筑拆除阶段的计算不确定因素较多，可按照现有研究合理估算其碳排放。 笔者根据相关研究结论[7]，建筑拆除阶段碳排放量按照建筑总建材生产阶段到建造施工阶段产生的碳排放量的10%[7]来估算，其碳排放量为0.1×(4741.91+137.17)=487.91 tCO2。

综上，建筑建造及拆除阶段的碳排放总量为487.91+137.17=625.08 tCO2。

2.4 项目全生命周期碳排放量

综上，该项目建筑全生命周期碳排放量为11633.59 tCO2，单位面积碳排放量为3906.38kgCO2/m2。其中运行阶段碳排放量占比53.67%，建材生产与运输阶段占比40.96%，建造及拆除阶段占比5.37%，具体数据如表10 所示。

表10 建筑全生命周期碳排放

3 碳排放计算标准及减碳措施探讨

3.1 计算标准尚待补充及完善

笔者在计算过程中发现，《建筑碳排放计算标准》（下文简称《标准》）中尚有部分计算方式需进一步完善，一些基础数据还需要补充，下文举例说明。

（1） 《标准》中建筑运行阶段碳排放计算未纳入办公设备的能耗。 《标准》条文说明中认为这部分碳排放不确定性大，碳排放量占比不高，不影响对设计阶段建筑方案碳排放强度优劣的判断，因此建筑碳排放计算不纳入家用电器、办公电器、炊事等的碳排放量[5]。 但笔者在能耗模拟中发现，设备能耗需参与能耗模拟计算，其直接影响项目冷负荷计算，且该项目办公设备能耗占总能耗比例为23%，占比较大。因此在本次计算中，笔者考虑了项目办公电器能耗引起的碳排放量。 笔者建议，计算此部分碳排放时，设备功率密度可参照《公共建筑节能设计标准》附录B 中表B.0.4-9设置。

（2） 《标准》对绿化碳汇的计算无相关规定。 笔者通过查阅文献，选取了适用于该项目的绿化碳汇研究结果，计算得该项目绿化碳汇可降低建筑运行阶段碳排放量8.8%，说明绿化碳汇是不可忽视的减碳方式。 在后续的标准修订中，建议增加绿化碳汇计算方法。

（3） 《标准》中部分常用建材的碳排放因子欠缺，如建筑卷材等。 笔者采用其他学者的研究结果计算发现，该项目建筑卷材的碳排放量比保温材料、外饰面材料等更大。 在后续的标准修订中，建议逐步补充完善各种建材的碳排放数据。

（4） 《标准》中建筑拆除阶段碳排放计算办法可操作性不强。《标准》 中采用了与建造阶段相似的方法计算拆除阶段的能源用量，但拆除阶段不确定性较大，不同拆除项目的工程量难以确定，拆除项目每计量单位的能耗系数无相关规定，造成计算较为困难。 笔者查阅文献发现，我国对建筑拆除阶段碳排放研究的数据较少。 通过比较不同文献的计算方法和数据，笔者采用了一种较为普遍的方式来对这部分碳排放进行估算，以保证计算的合理性和可操作性。 在后续的标准修订中，建议完善建筑拆除阶段的相关计算方法和基础数据。

3.2 对降低建筑全生命周期碳排放的探讨

（1） 从建筑全生命周期碳排放来看，建筑运行阶段碳排放量最大，主要原因是其时间长、跨度大。 如果从年碳排放量来看，可呈现出“U”形分布（图3），即建材的生产和运输、建筑拆除碳排放量较大，运行阶段较为平稳。 在现有的城市化发展模式下，从旧建筑拆除到新建筑建成的3～5年，是碳排放量最大的阶段。 综上可知，在“双碳”目标背景下，想要降低建筑全生命周期碳排放量，就必须改变大拆大建的旧发展模式。

图3 建筑全生命周期年碳排放量

（2） 建材生产与运输阶段的碳排放比例如图4 所示，建材生产碳排放占98%，其中建筑主体结构材料生产碳排放比例高达77.4%，占建筑总排放量的31.7%。 建材生产引起的碳排放有排放量大、排放强度大等特点。 降低建材生产阶段碳排放，可大幅降低全生命周期碳排放量。 因此，采购碳排放量更低的绿色建材，抑或从源头上减少建筑材料的使用，如利用既有建筑主体结构进行改造，采用可循环或可再利用的建材，可大幅降低建筑全生命周期碳排放量。

图4 建材生产与运输阶段碳排放比例

（3） 土石方开挖、外运及建材运输环节都是运输过程中涉及的碳排放，这部分碳排放随着运输距离的增加，碳排放量将显著增大。 由于该项目99%（按重量计）的建材均在本地采购，运输距离不超过200km，且土石方外运的距离不大，运输过程产生的碳排放仅占总碳排放量的1%。 因此，尽量采购本地建材，设计阶段注意土石方平衡，施工阶段合理控制土石方外运距离可降低运输过程产生的碳排放。

（4） 在建筑运行阶段，空调和照明用能所产生的碳排放量占比分别为48%和28%，是最主要的碳排放来源 （图5）。 在后续的运营阶段，项目的管理方可利用智慧化楼宇控制系统，在保证室内物理环境的同时，充分利用自然通风、 自然采光等措施，降低照明和空调的使用频率，还可利用能耗监测系统，对楼宇的各分项能耗进行监控和分析，挖掘进一步降低能耗的可能性。

图5 建筑运营阶段各系统碳排放比例

4 结语

本文依据《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366—2019），以绿色建筑重庆市设计院建研楼工程为例，计算了项目全生命周期碳排放量。 通过总结计算过程，从设备能耗的计算、绿化碳汇的计算、建材的碳排放因子欠缺、建筑拆除阶段碳排放计算等方面对《建筑碳排放计算标准》的完善提出了建议。 通过碳排放计算数据的分析，对降低建筑全生命周期碳排放的路径进行了探讨。 随着国家标准 《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB 55015—2021）的发布，建设项目可行性研究报告、建设方案和初步设计文件将包含建筑碳排放分析报告[10]，建筑碳排放计算将随着标准的执行迅速得到普及。