土木工程视角下住宅建筑全生命周期碳排放量测算研究

时间:2021-06-28 17:35 | 栏目:建筑节能论文 | 浏览:次

硕士论文网第2021-06-28期，本期硕士论文写作指导老师为大家分享一篇建筑节能论文文章《土木工程视角下住宅建筑全生命周期碳排放量测算研究》，供大家在写论文时进行参考。

文章根据全生命周期理论评价方法，建立了住宅建筑生命周期二氧化碳排放量计算模型，通过文献资料统计整理了部分常用建筑材料和主要能源的二氧化碳排放因子。同时，以通过绿色建筑铜级认证的A住宅项目和普通的B住宅项目为例，计算分析了两个项目分别在建材生产阶段、建造施工阶段、运营使用阶段和拆除报废阶段的碳排放量及其比例分布特点，以此为低碳建筑评估提供依据，为节能减排指明方向。
第 1 章绪论

1.1 研究背景

1.1.1 气候变暖及影响

轰鸣作响的机器，吞云吐雾的烟囱，以及熙熙攘攘的汽车，这是人类社会进步的象征。然而随着人类社会经济的发展，煤炭、石油、天然气等碳基能源的需求量保持持续增加，使二氧化碳等温室气体的排放量持续增长。伴随二氧化碳等系列吸热性较强温室气体的逐年增加，大气温室效应也随着增强。温室效应，是指阳光照射地球时，一部分能量被大气和地表吸收，当地球表面向外释放热量时，其中一部分能量也被大气和地表吸收，地球的大气层有与温室内玻璃相似的保温效果。大气层吸收的热量能使地球表面有着温暖的环境，变成了一个大暖房，而这一作用过程与温室作用相同，从而被称为温室效应。根据《京都议定书》中对温室气体的界定，其主要包括二氧化碳（CO 2 ）、甲烷（CH 4 ）、氧化亚氮（N 2 O）、氢氟碳化合物（HFC s ）、全氟化碳（PFC s ）、六氟化硫（SF 6）等六种气体[1]。其中对气候变化影响最大的是 CO 2 ，CO 2 对全球变暖的贡献率高达 60%。因此，人们认为二氧化碳是主要的温室气体，所以又把温室气体的排放成为碳排放。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第三次评估报告，科学家们对近百年来地球的观察资料进行统计分析发现，自 1860 年有气象观测记录以来，地球的平均温度上升了 0.6℃，而最近 100 年的温度则是过去的 1000 年中最暖的，其中最暖的年份出现在了 1983 年以后。最近的 20 年又是过去的 100 年中最暖的时间，其中 20 世纪 90年代则是本世纪最暖的 10 年，20 世纪的北半球温度增长幅度相对过去的 1000 年来说是最高的。近百年来我国的气候变化趋势基本与全球变化保持一致，平均温度上升区间为0.4℃—0.5℃。1985 年以来，我国已经出现过了 16 个大范围的暖冬，其中 1988 年的冬季是最暖的。1962 年—1980 年以来，我国的新疆乌鲁木齐河源 1 号冰川退缩了 80m，在1980 年—1982 年间又退缩了 60m。可以说，全球变暖已成为不争的事实面对全球变暖这一事实，我们呼吁减少碳排放。近年来，“碳足迹”“绿色建筑”“低碳建筑”“低碳经济”“可持续发展”等扑面而来，充盈着人们生活的方方面面，潜意识中让人们形成了低碳环保理念。国际上第一次开始关注气候变化是在 1979 年，在日内瓦召开了第一届全球气候大会，大会呼吁全球关注气候变化。此后一些列会议的召开，文件的颁布表明气候变化已提上了国际日程，具体如表 1-1 所示。

1.2 研究的目的及意义

1.2.1 研究的目的

文章基于低碳建筑的发展和建筑碳排放的研究现状，收集建筑全生命周期范围内各个阶段的清单数据，根据生命周期评价建立了一套简单的碳排放量测算模型，并将该模型应用于单体建筑的二氧化碳排放量计算，进行了绿色住宅建筑和普通住宅建筑全生命周期内碳排放量的测算对比分析。因此本文研究的目的主要体现在以下两个方面：

（1）提供一套快捷的建筑碳排放量测算方法

文章根据建筑全生命周期范围内的相关基础数据信息建立了一套用于定量测算单体建筑全生命周期范围内碳排放量的计算方法，根据此计算方法能够知道建筑在生命周期范围内的碳排放量，从而为工程项目建设各方相关人员的决策提供数据参考，为未来定量评定绿色建筑、推广低碳建筑等奠定理论基础。

（2）探讨绿色建筑与普通建筑碳排放量之间的关系

随着“绿色建筑”、“低碳建筑”等新概念的提出，部分开发商盲目吹嘘“绿色”“低碳”等混淆视听，文章将对绿色住宅建筑全生命周期范围内各个阶段的碳排放量进行计算，并与普通住宅建筑进行逐一对比分析，力求找到绿色住宅建筑与普通住宅建筑的碳排放量差距，追踪其产生偏差的大小及原因。文章的研究内容主要从四个部分进行展开，首先，本文将建筑生命周期划分为建材生产、建造施工、运营使用以及拆除报废四个阶段，运用生命周期理论确定研究目的与范围，进行生命周期清单制定与影响分析，并对建筑生命周期的碳排放进行简单解释；然后，通过建筑生命周期各个阶段的碳排放源分析，搜集数据并进行整理建立了各个阶段的碳排放量测算方法，并确定了相关的数据清单；其次，进行实证研究，分别分析了绿色住宅和普通住宅全生命周期范围内各个阶段的碳排放量，得出其生命周期范围内的二氧化碳排放总量以及各个阶段的碳排放比例；最后，将两个住宅案例的碳排放量逐一进行对比分析，分析其碳排放量产生的偏

第 2 章文献综述

2.1 主要术语

随着全球经济和人口的不断增长，人们逐渐认识到能源使用过程中所带来的环境问题，特别是大气中二氧化碳等温室气体浓度不断升高所造成的全球气候变暖问题已成为人们关注的焦点。全球气候变暖对人类生存发展已经产生了严峻挑战，在此背景下，“低碳”“低碳建筑”“低碳经济”“低碳地产”“低碳生活”等一系列的新概念应运而生。

2.1.1 碳

碳是一种非常常见的化学元素，它以各种形式广泛存在于地壳和大气之中，比如加油站的柴油、汽油，夜空中绚烂的烟花等等，关于碳的化合物在日常生活中随处可见。碳（Carbon），意为煤，木炭，是一种非金属元素，化学符号是 C，它的原子序数是 6，在化学元素周期表中位于第二周期 IVA 族。碳元素是地壳中煤、沥青、石油、碳酸盐系列以及其他一切有机化合物的主要成分，它在地壳中的含量大约为 0.027%。而在大气中碳元素主要以 CO 2 的形式在大气层和平流层间循环。

2.1.2 二氧化碳

在碳的化合物中，二氧化碳含量最高，所占比例最大，是对地球气候变化影响最大的一种气体，它对全球气候变暖的贡献率约为 55%。二氧化碳是一种无色无味的气体，在大气中所占比例约为 0.03%，海洋中约为 0.014%。地面上二氧化碳主要来源于石油、煤、天然气以及其他一些含碳化合物的燃烧，动物呼吸以及有机化合物的发酵过程，碳酸钙类矿石等的分解。二氧化碳是一种典型的温室气体，当太阳辐射透过大气层的时候，二氧化碳会吸收一些波长范围在 13-17nm 内的红外线，从而留住它的热量，就好像是给地球套上了一个无比巨大的塑料薄膜，所以能够保证地球成为昼夜温差不悬殊的温室。可以假设如果不存在温室效应，那么地球表面的平均温度将会是零下 18 摄氏度，而不会是现在人类所适应的 15 摄氏度。BP 世界 2009 年能源统计结果显示：世界的煤炭总产量是 56.72 亿吨，原油总产量是 38.21 亿吨，天然气总产量是 29869.62 亿 m³ [6]。在可预知的未来，化石能源仍将是人类社会发展的主要能源，而化石燃料中含大量碳元素，它们在燃烧过程中会向空气中释放大量的二氧化碳气体。目前人类的生产生活已对全球碳循环平衡造成很大威胁，因此，人类要控制二氧化碳的排放量，合理使用化石能源。

2.1.3 低碳

低碳（low carborn）是指较低（或者更低）的温室气体（主要是二氧化碳）排放，它的核心是降低能耗、降低污染、降低排放[7]，它强调的是整个循环系统的平衡和谐。随着世界经济的不断发展、人口的快速增长以及人类生活方式的不断改变，世界气候面临着越来越严峻的挑战。如今随着二氧化碳含量的不断增加，地球臭氧层逐渐遭到破坏，导致自然灾害屡屡发生，已经严峻威胁到人类的生存和健康，就连人们过去引以为傲的快速增长的 GDP 也因此受到影响，所以各个国家呼吁“绿色 GDP”，低碳的概念也就由此而生。《我们能源的未来，创建低碳经济》是 2003 年英国出台的一本能源白皮书，它是最早出现“低碳”一词的政府性文件。2007 年 11 月，英国首相布朗提出了低碳的概念，他表示要努力保持全球的气温升高值不超过 2 摄氏度，这就意味着在未来 10-15 年内全球温室气体排放量将会达到峰值，然后逐渐下降，到 2050 年必须达到降低一半温室气体的排放量。美国参议院于 2007 年 7 月出台了《低碳经济法案》，这是国家在法律层面上第一次提出了低碳的概念。同年日本也提出了低碳社会的理念，致力于建设低碳社会，试图通过改变居民生活方式和消费理念，实行低碳制度和低碳技术来降低温室气体的排放量

2.2 国内外低碳建筑发展现状

2.2.1 国外发展现状

全球气候和能源危机日益严峻，欧美一些发达国家为顺应时代潮流，积极开展了对低碳建筑的相关研究，并取得了一定的成绩，包括出台相关政策，筹集资金，普及公众低碳意思等。以下将会对具有代表性的英国、丹麦、瑞典等几个国家的低碳建筑发展情况进行简单介绍。

（1）英国

英国可以说是“低碳先驱”。英国政府为降低人们在生产生活中对环境造成的影响做出了不断的努力和尝试，制定了相应的政策策略，其中认可度最高的是法规制度、排放贸易和相关税收三种方法。英国政府呼吁广大公众认识到环境问题的严峻性，积极加入到保护地球环境的队伍中来，早日实现低碳减排的这一极具挑战性的社会目标。2006 年—2050 年期间，英国政府计划新建住宅将会占新建建筑的一半以上[18]，因此对住宅建筑二氧化碳排放量的控制是政府节能减排重点。在 2007 年 4 月，英国颁布了“可持续住宅标准”，为住宅设计提出了可持续性节能减排新规范。具体说来就是对建筑节能进行“绿色评级”认定，然后根据认定结果颁发相应的等级证书。对于那些节能级别比较低的住宅，政府设立的绿色住宅服务中心将免费为用提供提高能源使用效率的相关措施，并且英国政府规划自 2016 年起，所有新建住宅都要达到在运营使用过程中零碳排放的高标准要求。英国政府低碳示范性项目——贝丁顿生态村（BedZED）通过专业设计太阳能能装置、循环利用建筑材料、设计雨水收集装置等达到了基本不向大气中排放二氧化碳的高水准，因此被称为“零能源开发”，是“全球生态村”的一个成功典范

第 3 章建筑生命周期评价法概述

3.1 建筑生命周期碳排放框架

3.2 研究目的与范围

3.3 生命周期清单制定与影响分析

3.4 建筑生命周期的碳排放解释

3.5 本章小结

第 4 章建筑生命周期碳排放测算模型

4.1 建材生产阶段的碳排放

4.2 建造施工阶段的碳排放

4.3 运营使用阶段的碳排放

4.4 拆除报废阶段的碳排放

第 5 章住宅项目碳排放测算实证研究

5.1 A 住宅项目碳排放研究

5.2 B 住宅项目碳排放研究

5.3 A 住宅项目和 B 住宅项目结果对比分析

5.4 本章小结

第 6 章结语

6.1 结论

现将本文研究所得结论总结如下：

（1）通过绿色建筑评估的A住宅项目全生命周期的二氧化碳排放指标为39.4245㎏/㎡.a，而作为普通住宅的B住宅项目的排放指标为41.1827㎏/㎡.a，两者并无明显差别，说明绿色建筑并不一定就是低碳建筑。

（2）在建筑全生命周期中，运营使用阶段的碳排放量最高，所占比例高达80%以上；其次是建材生产阶段，碳排放比例占全生命周期碳排放总量的10%以上，而建造施工阶段和拆除报废阶段碳排放量相对较低。因此在建筑全生命周期中要特别重视运营使用阶段和建材生产阶段的碳排放量控制，加强建筑节能减排设计和开发使用低碳建筑材料。

（3）在建材生产阶段，碳排放量比例较高的三种建筑材料分别是钢材、混凝土和砂浆，其次，保温材料也是不可忽视的一种二氧化碳排放量较高的建筑材料。因此，在开发低碳建筑材料时，要着重关注以上四种材料。

（4）在建材生产阶段，当考虑部分建材的回收利用时，此阶段的碳排放总量降低了56.36%。因此，加强建筑材料的回收利用是降低建筑全生命周期内碳排放量的一个有效途径。

（5）建造施工阶段的碳排放量约占全生命周期碳排放总量的1%，而在建造施工阶段，仅材料运输过程中的碳排放量就占此阶段总排放量的一半以上，说明建造施工本身的碳排放量比较低，现在大力倡导建筑绿色施工意义是不大的。

（6）运营使用阶段碳排放量是整个生命周期中比例最大的，而在此阶段内，仅仅因为消耗电能产生的二氧化碳排放量约占75%。因此，在设计阶段合理设计电的使用，加强节电意识是非常必要的。

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