基于全生命期的既有建筑改造碳排放統(tǒng)計(jì)分析及效能提升研究

1 既有建筑改造全生命期理論

1.1 建筑全生命期

為便于研究，以改造發(fā)生作為分割點(diǎn)將既有建筑改造的全生命周期分為改前和改后兩個(gè)階段，如圖 1 所示，改前階段包括建筑修建至改造發(fā)生前的建筑材料生產(chǎn)及運(yùn)輸、建筑施工以及改造前運(yùn)營階段。改后階段包括改造發(fā)生開始至建筑拆除處置階段，包含改造所需的建筑材料生產(chǎn)及運(yùn)輸、建筑施工、建筑運(yùn)營和建筑拆除處置五個(gè)階段。本次研究主要針對改后階段，分析研究改后階段碳排放特點(diǎn)并提出相應(yīng)的減排策略。

 圖1 既有建筑全生命周期劃分 

2 既有建筑改造全生命期碳排放計(jì)算

2.1 項(xiàng)目概況

統(tǒng)計(jì)既有建筑改造過程中實(shí)際的能源、人員以及材料消耗等信息，計(jì)算建筑材料生產(chǎn)及運(yùn)輸、建筑施工、建筑運(yùn)營和建筑拆除處置五個(gè)階段的碳排放量。為便于比較，以單位建筑面積碳排放作為計(jì)算值。建筑全生命周期單位面積碳排放總量 C 計(jì)算如下：

（1）

式中分別代表建筑材料生產(chǎn)、建筑材料運(yùn)輸、建筑施工、建筑運(yùn)營和建筑拆除處置階段的單位建筑面積碳排放量。

碳排放因子是指生產(chǎn)或消耗單位質(zhì)量物質(zhì)伴隨的溫室氣體的生成量，是表征某種物質(zhì)溫室氣體排放特征的重要參數(shù)。碳排放因子將建筑全生命周期中能源、建筑材料、機(jī)械設(shè)備臺班等的使用量與碳排放量聯(lián)系起來，為便于分析，本次研究建材、化石能源碳排放因子主要來源為《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》GB/T51366-2019 ，依據(jù) 2023 年生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于做好 2023—2025 年發(fā)電行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放報(bào)告管理有關(guān)工作的通知》，本文采用的電力碳排放因子為 0.5703 tCo2/MWh。

2.3 建材生產(chǎn)階段碳排放計(jì)算

建材生產(chǎn)階段的碳排放主要來自原材料開采運(yùn)輸中能源的使用以及建材生產(chǎn)工藝中的排放。建材用量根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際發(fā)生清單計(jì)算，改造建筑主要建材生產(chǎn)（考慮部分建材的回收）的碳排放總量為 979.06 kgCo2e/㎡，如圖 2 所示。

2.4 建材運(yùn)輸階段碳排放計(jì)算

建材運(yùn)輸過程中的碳排放量與建材的重量、運(yùn)輸工具、運(yùn)輸距離有關(guān)，建筑建材運(yùn)輸過程的碳排放總量為 8.78 kgCo2e/㎡，如圖 3 所示。

2.5施工階段碳排放計(jì)算

施工階段產(chǎn)生的碳排放量主要來自施工機(jī)械設(shè)備的能源消耗和施工涉及的人員的能源消耗，改造建筑建造施工階段機(jī)械設(shè)備耗能的碳排放總量為 11.16 kgCo2e/㎡，各類機(jī)械設(shè)備碳排放量構(gòu)成，如圖 4 所示。辦公及施工人員耗能的碳排放總量為 34.84 kgCo2e/㎡，見表1 和表 2 施工階段合計(jì)的碳排放總量為 46.00kgCo2e/㎡。

表 1 辦公人員碳排放量

表2 施工人員碳排放量

2.6 運(yùn)營階段碳排放計(jì)算

模擬建筑改造后的實(shí)際用能情況，對建筑運(yùn)營期的采暖、制冷、通風(fēng)、照明、設(shè)備等終端用能量進(jìn)行計(jì)算，得出建筑年用電量為 134.22 kWh/(㎡a)。改造建筑利用建筑自身及周邊建筑的屋面和立面，設(shè)置了光伏發(fā)電。經(jīng)測算，光伏年發(fā)電量為 160.38 kWh/(㎡a)，改造建筑運(yùn)營階段碳排放量為 -10.57 tCo2e/ 年。按照改造后建筑 30 年壽命，合計(jì)運(yùn)營階段單位面積碳排放量為 -447.57 kgCo2e/㎡。改造建筑運(yùn)營階段碳排放，見表 3。

表3  改造建筑運(yùn)營階段碳排放

注：1. 終端能耗包含項(xiàng)目采暖、制冷、照明、通風(fēng)、設(shè)備等全部終端能耗。2. 負(fù)號代表可再生能源盈余。

2.7 拆除廢棄階段碳排放計(jì)算

按照建筑規(guī)模估算建筑拆除階段的人員、機(jī)械臺班，以及建筑垃圾的發(fā)生量估算建筑拆除廢棄階段碳排放量，如圖 5 所示。計(jì)算得出改造建筑拆除階段的碳排放總量為 11.52 kgCo2e/㎡。

2.8 結(jié)果分析

匯總以上計(jì)算結(jié)果，改造建筑全生命周期單位面積碳排放總量 C 為 597.75 kgCo2e/㎡，如圖 6 所示。其中建材生產(chǎn)階段碳排放量 979.06kgCo2e/㎡，占比93.66%；建材運(yùn)輸階段碳排放量 8.78kgCo2e/㎡，占比 0.84%；施工階段碳排放量 46.00kgCo2e/㎡，占比4.40%；建筑拆除處置階段碳排放量 11.52 kgCo2e/㎡，占比 1.10%。建筑運(yùn)營階段碳排放量 -447.57 kgCo2e/㎡。

3 既有建筑改造減排策略研究

3.1 建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段

3.1.1 合理選擇低碳建筑材料

3.2 建筑施工階段

建筑施工階段，總體碳排放量為 59.54 kgCo2e/㎡，從施工階段碳排放的構(gòu)成上看，如圖 7 所示。施工過程可以通過以下措施合理降低施工和拆除階段碳排放量。

從構(gòu)成上看，由于改造項(xiàng)目的特殊性及新冠疫情的影響，該項(xiàng)目施工工期較長，反應(yīng)到碳排放數(shù)據(jù)上，該項(xiàng)目施工人員產(chǎn)生的碳排放量占施工和拆除階段碳排放總量的 62.1%，拋除不可控因素的影響，對現(xiàn)場管理人員以及工人的合理安排將會(huì)對施工過程的節(jié)能降碳起到積極性作用。

機(jī)械設(shè)備所產(chǎn)生的碳排放量占施工和拆除階段碳排放總量的 32.4%，從機(jī)械設(shè)備種類上看，以柴油機(jī)械為主，在施工階段盡可能采用以電能或其他可再生能源為能源的機(jī)械設(shè)備，可以降低施工階段碳排放量。

改造建筑功能為展廳，建筑內(nèi)存在大量高耗能展示設(shè)備，建筑運(yùn)營過程中設(shè)備用電量較大，建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)為運(yùn)營期零碳，通過光伏發(fā)電產(chǎn)生的碳替代抵消建筑的實(shí)際碳排放，實(shí)現(xiàn)建筑運(yùn)營零碳的目標(biāo)，大幅降低建筑全生命周期的碳排放總量。若項(xiàng)目未達(dá)成運(yùn)營期零碳，如圖 8 所示。其終端耗電量為 134.22 kWh/(㎡a)，建筑全生命周期碳排放量達(dá) 3341.69 kgCo2e/㎡，是目前項(xiàng)目的 5.59 倍。因此，降低建筑運(yùn)營期碳排放量，對于降低建筑全生命周期碳排放量具有重要作用。

既有建筑改造不同于新建建筑，改造存在諸多的條件限制和制約。因此，既有建筑節(jié)能改造不應(yīng)按照統(tǒng)一的模式去執(zhí)行，應(yīng)考慮建筑的實(shí)際情況，因地制宜的制定改造方案，同時(shí)改造的方案制定應(yīng)站在建筑全生命周期的視角考慮建筑碳排放量，例如對于建筑中已有的材料、構(gòu)件，盡可能的實(shí)現(xiàn)再利用，不僅可節(jié)省改造的投資，對于降低全生命周期碳排放量同樣起到積極作用。同時(shí)，對于既有建筑的零碳改造，對于降低建筑全生命周期的碳排放量具有重要的作用。