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教学楼全生命周期碳排放测算与减排策略研究
作者：李前进等
来源：《价值工程》2014年第28期
摘要： 目前，建筑工程的碳排放问题日益成为热点话题。基于生命周期评价理论（LCA），选取某教学楼工程作为案例进行研究，搜集、整理该教学楼的相关数据，对其生命周期各阶段碳排放量进行了分析计算，并提出相应的减排策略。
Abstract： At present， carbon emissions of construction industry is becoming a hot topic. Based on the life cycle evaluation theory （LCA）， a school' s teaching building was chosen to collect， organize the classroom building related data that was analyzed to calculate the carbon emissions of the various stages of its life cycle， and the related potential ways to reduce carbon emissions were discussed.
关键词： 教学楼；全生命周期；碳排放；减排
Key words： teaching building；life cycle；carbon emissions；emission reduction 中图分类号：TU-0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）28-0106-02 0 引言
近年来，温室气体排放引起的全球升温，已经成为国际社会普遍关注的问题。根据联合国间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）公布的数据显示，建筑活动中二氧化碳排放量占全球总碳排放量的三分之一。因此，建筑业作为能耗大户，其减排潜力巨大。随着高等教育事业的高速发展，各高校招生人数逐年增加。为满足正常教学要求，各高校相继对校区进行大规模的新建、改建、扩建，实现教学建筑的低碳化，是建设绿色校园的重要环节。下面以某高校教学楼工程为例，运用全生命周期评价理论（Life Cycle Assessment，LCA）计算教学楼全生命周期碳排放量，并通过对各阶段碳排放量比较分析，提出有效的减排策略。
1 教学楼全生命周期阶段划分及碳源分析
某砖混教学楼占地面积1448.81m2，建筑面积6065.07m2，共五层，计有教室44间，设计年限50年。
1.1 教学楼全生命周期阶段划分 建筑工程全生命周期指从材料与构件生产（含原材料的开采）、规划与设计、建造与运输、运行与维护直到拆除与处理（废弃、再循环和再利用等）的
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全循环过程[1]。首先将教学楼全生命周期划分为设计阶段、建材生产阶段、施工阶段、使用维护阶段和拆除阶段，然后分析各阶段的碳源，计算出各阶段的碳排放量。具体阶段划分见图1。
1.2 教学楼各阶段的碳源分析 对碳排放衡量的碳因子来说，决策设计阶段的碳因子太少，不好衡量，而且相对于其他三个阶段碳排放总量来说可以忽略。因此，本实例不计算设计阶段碳排放量，只计算建材生产阶段、施工阶段、运营阶段和拆除阶段的碳排放量。
1.2.1 建材生产阶段碳源分析 教学楼工程所需的建筑材料种类多、数量大，选取教学楼材料明细表中占材料总值80%的材料纳入碳排放计算范围，纳入的建筑材料见表1。由于缺乏运输工具的数据，本例不分析建材运输的碳排放，只分析建材生产的碳排放。由于建材的碳排放因子各不相同，通过查找文献并进行整理得到建材对应的碳排放因子，见表1。
1.2.2 施工阶段碳源分析 教学楼施工阶段的机械使用数量较多，运输土方、钢筋加工、混凝土搅拌、钢筋焊接、石料切割等施工机械作业过程需要消耗燃料或电能，能源消耗量数据见表2。
参照IPCC国家温室气体排放清单指南，汽油碳排放因子0.554kg/kg、柴油碳排放因子0.592kg/kg[7]。电力碳排放因子按照中国工程院、国家科委北京项目、国家环境局温室气体控制项目、国家科委气候变化项目、美国能源部/能源情报局（DOE/EIA）、日本能源经济研究所（IEEJ）电力碳排放因子的均值，取定为0.998kg/kW·h。
1.2.3 使用维护阶段碳源分析 教学楼使用维护阶段的主要碳源包括电风扇、日光灯、投影仪的电消耗和冬季集中供暖燃煤。
1.2.4 报废拆除阶段碳源分析 报废拆除阶段碳排放量与拆除使用的机器设备、施工工艺和拆除数量有关。根据文献[8]，拆除阶段碳排放量可按照施工阶段的90%估算。 2 教学楼全生命周期碳排放计算与分析 2.1 全生命周期碳排放计算
2.1.1 建材生产阶段碳排放计算 建材生产阶段碳排放量计算公式：建材生产碳排放量=Σ第i种建材消耗量×第i种建材碳排放因子，依据表1中各种建材消耗量及其相应碳排放因子，可计算出教学楼使用的主要建材生产的碳排放量为1705.829t。
2.1.2 施工阶段碳排放计算 施工阶段能源消耗的碳排放计算公式：能源碳排放量=Σ第i种能源的消耗量×第i种能源碳排放因子，利用表2中汽油、柴油及电的消耗量合计，乘上2.2.2中确定的各种能源的碳排放因子，计算出施工阶段的碳排放量为18.559t。 2.1.3 使用维护阶段碳排放计算
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①电力能源碳排放量计算。学校配备了能耗监测系统，可按月统计每天的电量消耗，但是该节能平台尚存在瑕疵，致使统计数据出现漏洞，如：正常的教学时间电量为零，假期电量不为零等现象。在剔除此类不合理数据后，选取了2013年五月、六月、十月的用电量数据。 计算出五、六和十月份的日用电均值，见表3。
将表3的三个日用电均值进行平均，得到2013年每天平均用电量227.3873kW·h。考虑放假，全年按九个月计算，则推出2013年全年的用电量是61394.571kW·h。教学楼使用寿命50年，使用阶段电能的碳排放量：61394.571kW·h×50年×0.998kg/kW·h=30635.09kg=3063.5t。
②采暖碳排放量计算。该教学楼为市区热电厂集中燃煤供热系统，采暖能耗统计值为12.7kgce/（m2·y），该教学楼每年的碳排放量：12.7kgce/（m2·y）×50年×6065.07m2=3851319.45kg=3851.319t。
该教学楼使用维护阶段的总碳排放量：3063.5+3851.319=6914.908t。 2.1.4 拆除阶段碳排放量计算 此阶段的碳排放量按照施工阶段的90%估算，即18.559t×90%=16.703t。
2.2 全生命周期各阶段碳排放量比例 根据教学楼各阶段碳排放量计算结果，可以计算各阶段碳排放量所占百分比，如表4所示。
根据表4，施工阶段和拆除阶段的碳排放占总碳排放量的0.2%左右，建材生产阶段和使用维护阶段的碳排放几乎占碳排放总量的1/5和4/5。从量上来看，减少使用维护阶段的碳排放量是减少教学建筑全生命周期碳排放量的关键。 3 减排策略
根据上述教学楼建材生产阶段、施工阶段、使用维护阶段、报废拆除阶段碳排放量计算分析结果，考虑各阶段之间有机联系，制定减排策略如下：
①由于采暖所产生的碳排放占使用维护阶段碳排放量的55%，因此要对采暖进行合理的控制，对于教学楼而言，每天晚上十点到第二天早上七点，教学楼都属于闲置状态，因此在这段时间，可以适当减少对教学楼的供暖流量，以减少碳排放。
②每个教室有6个风扇，前、中、后各有两个。调查发现，风扇在夏季几乎开了就不停，使用时间比较长，但清晨和早上气温一般较低，时间在8：00-9：00这段时间不是太热的话尽量少开风扇，下午气温高，一般开满一个下午，晚上可只开前后的风扇并打开窗和门，形成对流。若按上述做法，每日的风扇工作时间为上午3小时，下午4小时，晚上3小时，晚上每个教室若是只开4个风扇，那么将比全天开每日节省电42.24kw·h。
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③通过数据处理与计算，可知教学楼使用维护阶段碳排放量较多。一方面，高校在新建、扩建、改建校区时，要通过创新、优化设计方案，从源头上采取节能减排的措施，如采用节能灯具、智能温度控制系统、实时能耗监测平台等。另一方面，应在校园内，进行节能减排的宣传、讲座或知识竞赛，提高师生“低碳”意识，培养节能减排的良好习惯。 4 结论
计算表明，教学楼使用维护阶段的碳排放量比例最高，应作为减排的重点阶段，尤其应该通过优化规划设计方案，建造全生命周期碳排放量较低的教学建筑。本文中碳排放因子均在阅读大量文献和统计资料的基础上，整理推算得出，而实际生产工艺不同、能耗统计方法不同等会造成碳排放因子差距很大。因此，亟需通过大量的基础研究建立完善的碳排放因子数据库。另外，后续研究中也可以对不同建筑类型、不同结构形式的教学建筑进行碳排放的计算，在此基础上，得到评价教学建筑全生命周期碳排放的一个基本标准，从而丰富节能减排对策。 参考文献：
[1]龚志起，张智慧.生命周期评价和管理与建筑业可持续发展[J].2004（2）：26. [2]刘博宇.住宅节约化设计与碳减排研究——以上海地区典型住宅平面中的5个问题为例[D].上海：同济大学，2008.
[3]杨倩苗.建筑产品的全生命周期环境影响定量评价[D].天津：天津大学，2009. [4]绿色奥运建筑研究课题组著.绿色奥运建筑评估体系[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.8.
[5]陈庆文，马晓茜.建筑陶瓷的生命周期评价[J].中国陶瓷，2008，44（7）. [6]水中和，万惠文.谈废旧混凝土的资源化[J].建材发展导向，2004，2（4）.
[7]Lin S L. LCA-based energy evaluating with application to school buildings in Taiwan[C] ∥Proceedings of EcoDesign2003： Third International Symposium on Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing ， Taiwan： [ s.n.] ， 2003. 409-413.
[8]国家温室气体清单计划.IPCC国家温室气体排放清单指南[M].日本：日本全球环境战略研究所，2006.
