李 靜

(重慶交通大學(xué)管理學(xué)院，重慶 400074)

溫室氣體(GHG)的排放引起全球氣候變暖已成為國際社會普遍關(guān)注的焦點問題。在中國的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，擔(dān)負(fù)著國家基礎(chǔ)建設(shè)的建筑業(yè)，在將大量投資轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖa(chǎn)品的生產(chǎn)活動中，既消耗了大量資源和能源，也產(chǎn)生了大量的廢棄物，給環(huán)境帶來巨大影響。當(dāng)前，中國工程建設(shè)所使用的資源和材料，約占全國資源利用量的40%～50%，所消耗的能源約占全社會總能耗的30%;伴隨建設(shè)活動所排出的廢棄物約占城市廢棄物的40%左右［1］。建筑材料、機(jī)械設(shè)備的使用和土地用途變更過程中對能源和資源的消耗及固體廢棄物的處理帶來巨大的溫室氣體排放量。如何減少建筑材料、機(jī)械設(shè)備的使用和土地用途變更過程中的CO2排放量是低碳社會對工程管理的時代要求，而實現(xiàn)從建筑單一產(chǎn)品碳排放計量到建筑工程項目碳排放的計量的轉(zhuǎn)換也奠定了碳減排機(jī)制的基礎(chǔ)。

一、文獻(xiàn)回顧

在CO2排放計量方面，國內(nèi)外的一些學(xué)者對其進(jìn)行了初步的研究，如Darrell Cass提出用混合生命周期方法來量化關(guān)聯(lián)不同的路面設(shè)計的CO2排放量［2］。張濤提出了一種建筑材料全壽命周期CO2排放的計算方法［3］，羅智星在建筑材料消耗能源的基礎(chǔ)上，研究了建筑材料生產(chǎn)階段CO2排放計算方法［4］，汪靜在中國城市住區(qū)生命周期CO2排放量方面做出了具體計算與分析［5］。但是，目前這些研究只是單一對某一排放源從全壽命周期的角度做出計算，沒有全面地去計算各排放源的排放量。

目前，很多是從某一方面進(jìn)行定性或定量研究，對土地用途變更引起CO2排放的研究較少。因此，擬通過對前人研究方法的總結(jié)，從建筑工程定額和排放源出發(fā)，綜合比較在建筑材料、機(jī)械設(shè)備和土地用途變更三方面的計算方法，從中確定出比較適合的方法來計算各自的CO2排放量。

二、建筑過程中的碳源分析

建設(shè)工程定額是由大量建筑材料、機(jī)電產(chǎn)品通過人工和機(jī)械的消耗形成的。由于人的碳排放是不計算的，所以建設(shè)工程中的碳排放源為建筑材料、機(jī)電產(chǎn)品和機(jī)械設(shè)備。但是，土地用途的變更、利用形式的變化也會產(chǎn)生碳排放，因此建設(shè)工程中的碳源可以歸結(jié)為建筑材料、機(jī)電產(chǎn)品、施工機(jī)械設(shè)備使用和土地用途變更這4個方面。建筑材料包括建材及其構(gòu)配件在生產(chǎn)、制造、加工、搬運過程中產(chǎn)生的排放，以及廢棄建筑垃圾進(jìn)行焚毀、掩埋等處置時產(chǎn)生的排放;施工機(jī)械設(shè)備使用包括建材及物資的交通運輸、現(xiàn)場安裝，以及輔助材料生產(chǎn)時產(chǎn)生的排放;機(jī)電產(chǎn)品包括供暖、通風(fēng)、空調(diào)、照明等建筑設(shè)備，以及修繕時產(chǎn)生的排放;土地利用形式的變更包括施工場地土地利用形式變化和綠化的碳匯吸收。

三、碳排放的計量方法

(一)建筑材料CO2計量方法的確定

目前常用的CO2排放量計算方法為實測法、質(zhì)量平衡法和碳排放系數(shù)法。實測法對實驗條件及數(shù)據(jù)收集處理與分析方法要求高，受樣品影響大;質(zhì)量平衡法在化學(xué)成分復(fù)雜時，活動數(shù)據(jù)難以分類檢測，且分類成本過高。因此，選擇碳排放系數(shù)法計算建筑材料CO2排放量。建筑材料碳排放主要是在建筑材料生產(chǎn)階段產(chǎn)生(建筑材料運輸階碳排放歸于機(jī)械設(shè)備中來計算)，為此借鑒張濤的建筑材料CO2計算模型，提出以下模型［3］:

式中，QM為建筑材料的使用數(shù)量;CM為建筑材料生產(chǎn)階段CO2排放因子;ψ為建筑材料因工藝損耗等原因造成廢棄的廢棄系數(shù)。s為建筑材料的回收利用系數(shù)，目前可回收利用的建筑材料主要有鋼材和鋁材。

尚春靜在建筑生命周期碳排放核算文章中提出了一種計算方法［6］，該方法將碳排放分為材料生產(chǎn)、使用和拆除處置各階段的各類溫室氣體排放量與其全球氣候變暖影響潛能特征當(dāng)量因子相乘所得到的總和。其公式為:

式中，GWI為建筑物生命周期碳排放指數(shù)(kgCO2);Wij為建筑物生命周期內(nèi)第j階段(j=1，2，3分別為生產(chǎn)、使用和拆除處置階段)所產(chǎn)生的第i種溫室氣體的質(zhì)量(kg);GWPi為第i種溫室氣體的全球變暖影響潛能值(kgCO2/kg溫室氣體);i為溫室氣體的種類代號。

式(1)僅是用來計算建筑材料CO2的排放量，而公式⑵中的溫室氣體不僅僅包括CO2，還有甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物等。因此，公式⑴和⑵所運用的范圍不一樣，根據(jù)具體的案例來做出選擇。

(二)機(jī)械設(shè)備CO2計量方法的確定

建設(shè)工程定額具體由土石方工程、擋墻護(hù)坡、基礎(chǔ)工程、腳手架工程、砌筑工程、混凝土工程和鋼筋混凝土工程、金屬工程、門窗和木結(jié)構(gòu)、樓地面工程、屋面工程、防腐隔熱保溫工程和裝飾工程組成。機(jī)械設(shè)備的碳排放是由于消耗動力燃料或電力而引起的。工程使用動力燃料的設(shè)備可按照柴油和汽油分類，定額每個子項中所用到的具體機(jī)械設(shè)備及其使用到的燃料類型見表1，為能夠準(zhǔn)確評估機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的二氧化碳EPA提出一個模型［7］:

式中:Af為調(diào)整系數(shù)，一般取為0.85;Lf為設(shè)備效率，取為0.59，CO2來自于EPA2004;h為工作時間，一般取為8 h;EF為排放系數(shù)。

Chijoo Lee在關(guān)于玻璃類型的高層建筑中用生命周期成本分析如何增加能源效率和減少CO2排放一文中提出了計算方法［8］，文中提出的排放量是用石油當(dāng)量(Toe)來計算，Toe是一個能源單位，1Toe=1 kcal，它相當(dāng)于燃燒一噸原油所釋放的能量。

其中，e為排放系數(shù)，TC/TOE;P為功率 ;t為時間;44/12∶CO2的相對分子質(zhì)量/C的相對原子質(zhì)量。

(注:由 IPCC 可知為0.000 215，為0.564)

式(4)的方法是通過間接轉(zhuǎn)換成TOE來確定排放量，而式(3)的方法是直接對其進(jìn)行計算，為方便計算案例中采用式(3)的方法。

(三)土地用途變更產(chǎn)生CO2的計量方法

對于國家尺度土壤碳儲量的研究，王紹強(qiáng)等運用中國第一次土壤普查資料結(jié)合1∶400萬中國土壤分布圖，估算得到中國土壤碳庫存為100 Pg，南京土壤研究所史學(xué)正課題組基于1∶100萬提出中國土壤總有機(jī)碳庫存89.1Pg的估計值。目前來看，中國土壤學(xué)家傾向于接受全國大陸土壤(100 cm 深度)有機(jī)碳庫存為 90Pg［9］。

單位建筑面積CO2固定量的增加值:由《中國綠色低碳住區(qū)減碳技術(shù)評估框架體系》可知單位建筑面積折算綠化系統(tǒng)的CO2固定量與基準(zhǔn)相比的增加值計算如下［10］:

其中，GCA為折算到單位建筑面積的綠化系統(tǒng)年CO2固定量(kg/m2);GC為單位綠地面積的綠化系統(tǒng)40年CO2固定量(kg/m2);Rg為住區(qū)綠地率;As為住區(qū)總用地面積(m2);A為住區(qū)總建筑面積(m2)。

Byungil Kim在評估韓國公路建設(shè)導(dǎo)致土地使用的改變而產(chǎn)生的溫室氣體排放量文章中提出了一種計算土地使用方式改變而導(dǎo)致碳排放量變化的方法［11］，其公式為:

其中:ΔC為土地使用轉(zhuǎn)變帶來的含碳量的改變;Aafter為植被面積;Abefore為建筑面積;Cafter為植被中所儲存的碳量;Cbefore為建造建筑物之前的碳儲存。

注:Cbefore=V×Wd×Bef×R×Ccf，其中V指單位體積的碳儲存量，W指木頭的密度，B指地上生物量中可轉(zhuǎn)換為碳的轉(zhuǎn)化因子，R指根管比，C指碳轉(zhuǎn)換率。

式(5)計算的是綠化系統(tǒng)CO2固定量，而公式⑹計算的是土地含碳量的改變，可根據(jù)具體案例選擇計算方法。

四、案例分析

本文選取天津市某一住宅小區(qū)，建筑面積為362 700 m2，低層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，占地面積為151 714 m2，綠地面積為53 100 m2，綠化率為35%，該小區(qū)主要種植楊樹、榆樹、松柏等(喬灌木混合種植)。本文只考慮廢棄物在拆除和轉(zhuǎn)運過程中需要消耗的能源，假定運輸距離為30 km。

(一)數(shù)據(jù)來源

本文按照天津市建筑工程定額總結(jié)出每一個分項工程所使用的主要建材和主要機(jī)械設(shè)備，見表1。

表1 各分項工程的主要建材和機(jī)械設(shè)備及使用的動力燃料

由表1中的主要建筑材料可總結(jié)出5種主要的建材，分別為水泥、鋼材、木材、玻璃、鋁材。材料的用量來源于工程量清單和施工方案，材料用量和碳排放清單見表2和表3，其中生產(chǎn)階段碳排放因子數(shù)據(jù)來源于IPCC和《全球氣候變化和溫室氣體清單編制方法》及綠色奧運建筑研究課題組《綠色奧運建筑評估體系》。根據(jù)工程結(jié)算資料得知，水泥用量為218.9 kg/m2，鋼材用量為96.6 kg/m2，木材用量為0.001 6 m3/m2，玻璃用量為 0.36kg/m2，鋁材用量為0.26 kg/m2，此用量已考慮工藝損耗和運輸損耗，因此ψ取0。

表2 5種材料的總用量

表3 5種材料生產(chǎn)階段排放因子

機(jī)械設(shè)備有使用燃料的，有使用電力的，在施工階段和廢物處置階段其能源的消耗量是不同的。各種設(shè)備的能源消耗量及其排放系數(shù)采用政府間氣候變化專門委員會(IPCC)提出的標(biāo)準(zhǔn)，兩階段的具體消耗量見表4，能耗排放系數(shù)見表5，動力能耗及時間見表6，其中動力能耗及時間來自于工程結(jié)算資料。

表4 設(shè)備消耗量

表5 各種能耗的排放系數(shù)

表6 動力能耗及工作時間

由《中國綠色低碳住區(qū)減碳技術(shù)評估框架體系》可知不同栽植方式單位面積40年CO2固定量是不同的，其固定量見表7。

表7 不同栽植方式單位面積40年CO2固定量

(二)碳排放計量

由以上數(shù)據(jù)可以計算出該建筑物的主要建筑材料、機(jī)械設(shè)備和由于土地用途變更產(chǎn)生的碳排放:

建筑材料單位面積排放量:M=218.9 kg/m2×800 kg/t+96.6 kg/m2×2 000 kg/t × (1 －0.2)+0.001 6 m3/m2× 200 kg/t+0.36 kg/m2×1 400kg/t+0.26kg/m2×1 600 kg/t ×(1 －0.2)=330.52 kg/m2

建筑材料總排放量:362 700×330.52=119 879 604 kg

機(jī)械設(shè)備:M=0.85 ×160×0.59 ×3.064×426.55+0.85 ×160 ×0.59 ×3.179 ×401.38+0.85 ×1 080 ×0.59×0.96 ×15 674=8 376 746 kg

土地用途變更:GCA=(1 100－600)×151 714×0.35/(40 ×362 700)=1.83kg/(m2·a)

總建筑面積的年 CO2固定量:1.83×362 700=663 741 kg/a

總面積原有的碳庫存(100 cm深度):204 814 m2×90Pg

建筑后減少的碳庫存(100 cm深度):151 714 m2×90Pg

(三)分析與討論

由以上數(shù)據(jù)可知，碳排放主要來自于建筑材料，主要建材在生產(chǎn)過程中由于消耗能源會產(chǎn)生碳排放，其工藝過程由于原料生化反應(yīng)也會產(chǎn)生碳排放，如水泥生產(chǎn)除了能源消耗產(chǎn)生碳排放外，其碳酸鹽礦物原料分解也產(chǎn)生大量CO2。減少碳排放的途徑有:一是減少生產(chǎn)工藝過程中碳排放較多的建材的使用;二是清潔生產(chǎn)，減少建造過程中材料的損耗。

其次，產(chǎn)生的碳排放來自于機(jī)械設(shè)備，而其原因主要是由于燃燒了大量的燃料或者使用了電力，減排途徑主要是提高機(jī)械設(shè)備的使用效率，減少能源損耗，用可再生能源代替化石燃料，以及減少設(shè)備的空運轉(zhuǎn)時間和通電時間。

關(guān)于土地用途變更方面，可以通過加大住宅區(qū)的綠化面積來提高綠化系統(tǒng)對CO2的固定量來減少碳排放。當(dāng)然還有其他減排措施，例如可以在設(shè)計時考慮相應(yīng)的節(jié)能措施，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用保溫、遮陽、自然通風(fēng)技術(shù)等，在使用時提高居民的節(jié)能意識以便在建筑運行階段通過減少能源損耗而減少碳排放。

五、結(jié)束語

文章從建筑工程定額出發(fā)分析了工程建設(shè)項目碳排放的來源，并對建筑材料、機(jī)械設(shè)備、土地用途變更這3個來源進(jìn)行了分析并確定了計算方法。分析結(jié)果表明，建筑材料是碳排放最大的來源，因此建筑項目中選擇排放量較少的材料是大勢所趨。而減少機(jī)械設(shè)備的排放量需要合理分配設(shè)備的使用，提高使用效率，減少空運轉(zhuǎn)時間。在土地方面，應(yīng)該加大綠化面積，采取相應(yīng)的節(jié)能措施來減少碳排放。由于篇幅有限，所列出的計算方法也有限，大家可以豐富計算方法并選擇最優(yōu)的來計算二氧化碳排放量，并且文中只涉及到了CO2，而溫室氣體還包括甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物等，因此豐富其他溫室氣體的計量方法也可作為未來的一個研究方向。

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(責(zé)任編輯 周江川)