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1、绿色居住建筑运营阶段碳排放量化指标计算与分析 郭春梅 楚尚玲 由玉文 辛建华 吕丽娜 天津城建大学能源与安全工程学院 中国城市科学研究会绿色建筑研究中心 摘 要： 随机选取天津市一、二、三星级 (各 5 个) 绿色居住建筑, 从建筑设备能耗、住区绿化、水系统 3 个方面建立了绿色居住建筑运营阶段碳排放量化计算模型, 以建筑分项能耗计算结果为基础, 采用碳排放系数法, 核算出不同星级绿色居住建筑运营阶段的总碳排放量和各类分项碳排放量。结果表明:一、二、三星级单位建筑面积年碳排放量均值依次为 84.70, 80.13, 70.81 kg/ (m2a) , 随着星级的增加呈现递减的趋势, 与建筑设备
2、运行能耗规律相似, 而住区绿化系统和建筑水系统的碳排放量与星级分布并无关联。关键词： 绿色居住建筑; 运营阶段; 碳排放系数法; 碳排放量; 作者简介：郭春梅 (1971-) , 女, 博士, 教授, 主要从事建筑节能与可再生能源在建筑中利用技术的研究工作。收稿日期：2016-12-15基金：国家重点研发计划项目 (2016YFC0700100) A QUANTITATIVE INDICATOR CALCULATION AND ANALYSIS OF CARBON EMISSION OF GREEN RESIDENTIAL BUILDING BASED ON OPERATION AND MAI
3、NTENANCE STAGEGUO Chun-mei CHU Shang-ling YOU Yu-wen XIN Jian-hua LV Li-na School of Energy and Safety Engineering, Tianjin Chenjian University; Green Building Research Center of China Urban Science Research Association; Abstract： Consisted with construction equipment systems, residential landscapin
4、g and water system, a carbon emission model of green residential buildings operational stage was established. The paper selected fifteen green residential buildings composed of five buildings of star one, five buildings of star two and five buildings of star three in Tianjin. Based on the energy con
5、sumption simulation data, and combined with carbon emissions coefficient, total and sub-item carbon emission quantities of fifteen buildings operational stage was calculated. The annual carbon emission by per area unit was 84. 70, 80. 13, 70. 81 kg/ (m2a) for star level one, two, three, respectively
6、. Carbon emission increased while the star level decreases, which showed a similar trend to the energy cost by facilities running. But the carbon emissions of landscaping system and water system had nothing to do with star level.Keyword： green residential building; operation and maintenance stage; c
7、arbon emission coefficient; carbon emission quantity; Received： 2016-12-150 引言建筑、交通运输和工业是能源消耗的三大领域, 也是温室气体排放的重要源头。联合国政府间气候变化专门委员会统计, 建筑业的能源消耗占全球能源消耗总量的 40%左右, 引起了约 36%的温室气体排放1-2。可见对建筑业碳排放量化限制的重要性。2006 年, 联合国环境规划署对建筑物碳排放通用指标3进行了研究, 通过不同能源碳排放因子将统计的能耗值折算为碳排放值;2009 年, 发布的建筑物运行阶段能耗及温室气体排放测算报告4, 提供了建筑运营阶段
8、 CO2排放的测算方法。2007 年, 美国暖通空调制冷工程师协会对建筑碳排放的计算方法进行了研究, 希望借助“碳排放计算工具”来判断和对比不同建筑设计方案在运营过程中造成的碳排放差异5。日本从 CASBEE2008 版开始引入建筑物生命周期 CO2排放的核算, 并提供了基于统计数据的标准核算方法6。英国“标准评估程序 2012”提出了一种对 CO2排放量进行简单估算的方法, 把 CO2排放率及基于 CO2排放计算的环境影响评价等级作为重要的指标7。德国绿色建筑评估体系提出了建筑碳排放完整明确的计算方法, 建立了建材和建筑设备碳排放的数据库8。2012 年, 我国住建部科技项目“中国建筑物碳排
9、放通用计算方法研究”立足于全寿命周期, 界定了建筑物碳排放计算的边界, 并采用碳排放系数法对建材生产、建筑建造、建筑运行三部分的碳排放进行计量9。国内许多学者在建筑物碳排放核算上也做了不少的研究。朱嬿等10、彭渤11和鞠颖12等对建筑全生命周期 CO2排放量进行研究, 发现建筑运营阶段的碳排放量占整个生命周期碳排放量的大部分。张智慧等13、阴世超14和王霞15建立了全生命周期碳排放核算的模型, 对单个案例的碳排放总量进行了计算。综上, 国内外学者和相关机构关于建筑碳排放进行了诸多研究, 除德国的绿色建筑评价标准对碳排放提出了量化指标, 其他仅限于定性约束。在我国无论是国家标准还是地方标准, 对
10、于绿色建筑碳排放的量化并未提出明确要求。本文以天津地区绿色居住建筑为研究对象, 量化分析在运行阶段的碳排放量, 以期为绿色建筑碳排放量化评价提供数据基础。1 材料与方法1.1 研究材料本文对天津市不同星级设计标识的绿色居住建筑项目进行收集, 一、二、三星级各随机选取 5 个项目, 项目基本情况统计见表 1。表 1 绿色居住建筑基本情况统计 Table 1 Statistics of basic conditions of green residential buildings 下载原表 1.2 研究方法建筑碳排放核算方法通常有:实测法、投入产出法、碳排放系数法 3 种。碳排放系数法的基本原理是
11、, 碳排放量=活动数据排放因子16, 该方法计算结果直观且准确度较高, 得到了政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 的推荐17, 国内外学者、机构在进行建筑物碳排放度量时大都采用此法, 因此本文拟采用此法。2 计算模型的建立本文建立了包括建筑设备系统、住区绿化系统、建筑水系统 3 个方面绿色居住建筑运营阶段碳排放量的计算模型。2.1 建筑设备系统运行的碳排放量计算模型建筑设备系统运行的能源消耗和碳排放来源于供暖系统、供冷系统、照明系统、电梯系统、生活热水系统、电器设备、风机及水泵, 其碳排放量计算见式 (1) 。式中:G 1、G heat、G cool、G light、G elevator、
12、G hot-water、G equip、G fan+pump分别为建筑设备系统、供暖系统、供冷系统、照明系统、电梯系统、热水系统、电器设备、风机水泵单位建筑面积的年碳排放量, kg/ (ma) ;Eheat、E cool、E light、E elevator、E hot-water、E equip、E fan+pump分别为供暖系统、供冷系统、照明系统、电梯系统、热水系统、电器设备、风机水泵单位建筑面积的年耗电量, k Wh/ (ma) ;C electricity为电网碳排放系数, kg/ (k Wh) 。地热能、太阳能等可再生能源可起到减碳作用。地热能作为热源的能耗是通过 e QUEST
13、软件模拟得到, 然后与建筑热源为市政热源时 (其他用能形式完全一致) 模拟出来的能耗对比得到地热能的节能量, 最后乘以碳排放系数计算出碳减排量。在太阳能加辅助热源的热水系统中, 太阳能日产热水量对应的产热量计算见式 (2) :式中:Q hot-water为太阳能日产热水量对应的产热量, k J/d;L sun-water为太阳能日产热水量, m/d; water为水的密度, 1 000 kg/m;C w为水的定压比热容, 4.187k J/ (kg) ;t 1为贮水箱内水的设计温度, , 取 60;t 0为水的初始温度, , 取 15。太阳能热水系统产生热水的过程不消耗电能, 若将热电转换效率
14、为 0的电热水器作为太阳能热水节能的基准, 换算公式见式 (3) 。式中:E sun-water为太阳能热水系统的热源节电量, k Wh/ (ma) ;D 为不同太阳能分区, 太阳能辐射每年能够保证的天数, d/a; 0为作为基准的常规能源的能效比;A d为住宅总建筑面积, m。求得太阳能热水系统热源节电量后, 乘以电力碳排放系数即可得到太阳能热水系统的碳减排量。2.2 住区绿化系统的碳减排量计算模型绿色植物通过光合作用实现固碳, 但受住区自然环境、绿化面积、绿色植被种类及物种搭配形式的影响, 其固碳能力存在较大差别。根据文献18-19, 住区绿化系统单位建筑面积的年 CO2固定量 G2可按式
15、 (4) 进行计算。式中:G 2为住区绿化系统单位建筑面积的年 CO2固定量, kg/ (ma) ;G e为不同物种搭配方式单位面积 40 年的 CO2固定量, kg/ (ma) , 其中, 600 kg/m 为基准值;A e为不同物种搭配方式的绿化面积, m;A s为住区总用地面积, m;A 为项目的总建筑面积, m;R 为住区绿地率, %。2.3 建筑水系统的碳排放量计算模型建筑水系统主要包括给水系统、中水系统、排水系统, 其碳排放主要来源于水 (自来水、中水、污水) 生产或处理的能源消耗和建筑内给排水输送系统的能源消耗两方面, 碳排放量计算公式如下:式中:G 3、G 31、G 32分别为
16、建筑水系统、水生产及处理系统、建筑给排水循环泵单位建筑面积的年碳排放量, kg/ (ma) ;W g、W z、W w分别为住宅建筑的年自来水、年中水、年生活污水用水量, m/a;E g为给水制水行业的动力消耗平均值, 取 0.30 k Wh/m;Ez为再生水系统的动力消耗平均值20, 取 0.935 k Wh/m;Ew为污水处理系统的动力消耗平均值, 取 0.25 k Wh/m;Cw为污水处理过程中碳源转化的 CO2排放值, 取 0.60 kg/ (k Wh) ;Ewater supply为建筑生活用水给水泵的年能耗值, k Wh/a;E drainage为建筑水系统排水泵的年能耗值, k Wh/a;其他参数含义同前。2.4 电力碳排放系数的选择目前电力基准线排放因子采用的是电量边际排放因子 OM 和容量边际排放因子BM 的加权平均, 权重各为 50%21。本
