建筑施工碳排放测算模型研究

建筑施工碳排放测算模型研究

1 引言

全球气候变暖的危机严重影响着人类的生存与发展, 已成为21世纪人类社会亟需面对的重要挑战。2009年的联合国气候大会在哥本哈根举行, 旨在寻求减少碳排放以解决全球气候变暖问题的途径。建筑建造、使用和拆除过程中对能源和资源的消耗及固体废弃物的处理将带来巨大的温室气体排放量。由建筑的碳排放带来的环境影响越来越大, 我国正处于城镇化和工业化加速发展阶段, 建设规模和建设速度都为世界发展史上所罕见的。与此同时, 二氧化碳排放量也随之不断加大, 据统计, 每年建筑领域排放的二氧化碳排放量占到总排放量的35%以上, 因此, 如何减少建筑的二氧化碳排放就显得尤为重要。施工阶段作为建设项目全生命周期中非常重要而且最为复杂的阶段, 会消耗大量的资源和能源, 产生大量的温室气体[ 1] 。然而, 由于国家的大力支持与政策要求, 低碳节能建筑大行其道, 部分低碳技术应用之后所减少的碳排放却尚不足以抵消因采用这项技术而带来的生产和施工过程中增加的碳排放, 使得其应用毫无意义。因此, 研究建筑施工阶段碳排放测算很有现实意义。

2 建筑施工过程中的碳源分析

2. 1 国际碳足迹评价标准

解决全球气候变暖的方法就是要做到碳减排,那么首要的问题是找到合适的研究方法去定量评价碳排放, 从中找到主要碳排放因子以形成碳减排措施, 并对每种措施进行量化评价找到最低碳的途径。目前, 国内外普遍认可的定量评价碳排放的方法是采用碳足迹评价标准。综合学者们对碳足迹的定义, 可以认为碳足迹是一项活动、一个产品(或服务)的整个生命周期, 在某一地理范围内直接和间接产生的二氧化碳排放量(或二氧化碳当量排放量) [ 2 ] 。根据国家环境毒理和化学学会( SETAC )的定义, 碳足迹评价就是碳足迹的计算方法, 碳足迹评价标准就是对碳足迹计算方法的规定。碳足迹已日益成为了研究的焦点和热点, 目前利用碳足迹评价的规范和标准也不断推出, 主要包括欧盟的温室气体盘查议定书( ENCORD )、英国的PAS 2050:2008、日本的TSQ 0010和国际标准化组织正在制定的ISO 14067等。其中ENCORD 是最早颁布的, 于2001年10月颁布了第一版, 2010年2月颁布了第三版[ 3] , 在当前众多国际碳足迹评价标准中发展相对成熟, 并且应用最为广泛。ENCORD 指出只有清晰定义了碳排放的测量边界才能保证碳足迹计算的关联性、完整性、一致性、透明性与准确性。ENCORD将碳足迹的测量范围定义为三种: 直接碳排

放、间接碳排放、其他间接碳排放, 并要求根据这三种碳排放量形成碳评估评价报告[ 4] 。本文选用ENCORD为依据, 根据该标准中碳源分类思想和计算方法, 针对我国国情和建筑特点进行建筑施工中的碳源分析。碳源即二氧化碳的来源, 分析碳源就是要找到产生二氧化碳的各种活动即碳足迹, 从而通过碳足迹得到碳排放量。

2. 2 建筑施工过程中的碳源分类

对国际上先进的碳足迹评价标准---欧盟温室气体盘查议定书分析, 结合我国建筑施工业的管理现状, 得到建筑施工中的碳源。

2. 2. 1 建筑施工活动的操作边界即三大测量范围的确定

结合我国建筑业环境, 将直接碳排放定义为通过机械设备的动力燃料的燃烧直接向大气排放温室气体的影响; 将间接碳排放定义为机械设备电力及蒸汽的能源使用引起的碳排放; 将其他间接碳排放定义为施工消耗材料、施工建筑垃圾引起的碳排放, 通常情况下施工过程中不可测量的碳排放, 如从空调和制冷剂泄漏的温室气体排放量以及施工人员的碳排放量等, 相对建筑施工总的碳排放比重很小, 可以忽略, 故在其他间接的碳排中只考虑材料、建筑垃圾引起的碳排放。故得到建筑施工中的碳源, 如图1所示。

图1 建筑施工图中的碳源

对建筑施工中的碳源分析可以看到机械设备和材料是引起碳排放主要来源, 机械设备的碳排放就是因为需要消耗动力能源而产生碳排放, 根据动力能源与碳排放的直接、间接

关系分为: 直接来源即燃料、间接来源即电力和蒸汽。而材料的碳排放则占剩余碳源中的绝大部分, 建筑施工中消耗的大分资源都是摊销在建筑材料上。因此, 本文针对机械设备的碳排放、材料的碳排放进行重点分析。

2. 2. 3 机械设备的碳排放

机械设备的碳排放是由于消耗动力燃料或电力或蒸汽而引起的。建筑中机械设备众多, 有必要对其进行分类, 分类依据既要体现碳排放量的影响程度又要有利于安排施工以指导低碳施工。为此将建筑中的机械设备分成了三类: 办公室设备、施工机械设施、仓储维修设备。这样的分类体现了对分类依据的要求, 可以在施工前知道现场办公、现场施工、现场布置(仓储维修)所产生的碳排放, 能针对性的加强施工管理。

2. 2. 4 建筑材料的碳排放

大量的建筑材料, 如结构钢框架组件、混凝土和混凝土制品、钢筋、沥青产品等, 是通过形成建筑实体的运营、维修保养、报废而产生碳排放, 不同的施工方案其材料的使用量计划也不同, 带来的碳排放就不同, 而且材料的碳排放占的比重较大,ISO14067鼓励采用全生命周期评价法( LCA ) 来考量施工引入的材料碳排放量。施工中的碳排放测算也必须将材料的碳排放纳入, 只有这样才能鉴别不同的施工方案的碳排放量影响, 进而改进施工方案指导低碳施工。国外一些机构, 如美国国家标准与技术研究所, 为对材料全生命期中二氧化碳的排放量进行充分的掌握和测量进行了诸多的实验, 从而形成了较为完善的建筑材料碳排放数据库, 而我国还未进行全面的碳排放测量实验, 各种材料碳排放测算的精确度与国外相比尚有较大差距。从施工消耗建筑材料引起的碳排放角度, 可将其分为五个阶段的影响: 原材料的开采和掘取、原材料运输、建筑材料的生产和施工、材料使用、材料报废。

3 基于BIM 的建筑施工碳排放的测算方法

3. 1 碳排放测算基本方法介绍

由于数据获取困难, 无法形成数据统计的规模效应, 我国建筑碳排放的测算还处于比较初级的阶段。目前, 对建筑碳排放的测算主要采用三种方法: 实测法、物料衡算法和排放系数法[ 5 ] 。

( 1)实测法

主要通过监测工具或国家认定的计量设施, 对目标气体的流量、浓度、流速等进行测量, 得到国家环境部门认可的数据来计算目标气体总排放量。实测法要求采集的样品数据具有很强代表性和较高的精确度, 当能满足这些要求时, 这是一种比较意义。