绿色公共建筑运营阶段减碳量化研究

焦楠 任军

摘要：通过进行能耗模拟分析，再通过数学模型计算转化为二氧化碳排放量的方法对十个典型绿建星级公共建筑进行碳排放量计算。通过与天津市典型公共建筑能耗实测数据对比，分析研究了绿色建筑与天津市完成两步节能公共建筑碳排放数据对比，得到绿色公共建筑运营阶段减碳量约为29.22%~34.36%。

关键词： 绿色建筑；碳排放；量化研究

中图分类号： S73 文献标识码： A

1概述

在全球面临能源危机和气候危机的形势下，我国政府提出到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%的发展战略目标。随着经济的高速增长，中国的城市建筑规模持续以5%-8%的速度增长，每年新增10亿多平方米的新建筑，城市建筑排放已经成为中国碳排放的主要来源之一，针对绿色建筑有技术评价而无碳排放评价的问题，对绿色建筑的减碳进行量化研究是很有必要的。通过对绿色星级建筑全生命周期中主要阶段的重要低碳技术策略的总结，以二氧化碳排放量为指标，对这些技术的效用进行量化分析，从而实现绿色星级建筑技术策略“低碳实效”的显性化。该研究对我国绿色建筑碳排放进行测算，为建筑业低碳化发展提供决策依据具有很强的指导和参考作用，同时为实现我国全局性的“节能减排”目标具有重要意义。

2绿色建筑碳排放因素分析

绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材），保护环境和减少污染，为人们提供健康，适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。

基于低碳节能建筑的基本原理进行集成设计，要综合考虑外界环境、绿色能源、规划场地、建筑景观、室内环境、技术措施、具体构造、设备选型等因素。总之，在建筑系统中的节能要素主要包括建筑外部条件、技术设备系统、建筑主体等三方面要素。

1、低碳技术运行的外部条件

在低碳节能技术设计中，建筑物外部环境和条件不仅影响到建筑物的舒适度与能耗，但同时也可以为低碳节能技术提供能源支持，为改善室外条件，降低能源消耗发挥重要作用。

2、低碳技术设备

在建筑热环境中可采用的技术设备系统种类繁多，按照技术设备系统的特点可以分为主动式系统和被动式系统；按照技术设备所使用的能源和功用可分为采暖系统、制冷系统、电力系统、照明系统，供水系统及智能控制系统。

3、建筑结构本体

在建筑低碳设计中，一些重要的建筑部位和构建发挥了重要作用。建筑为人提供一个围护结构，直接与外界环境接触，并且其技术性能的好坏也直接影响建筑的能耗以及人们的舒适度。所以在建筑低碳设计中要充分利用好建筑要素。

3绿色建筑碳排放量化分析研究

本次绿色建筑减碳量化研究是通过进行能耗模拟分析，再通过数学模型计算转化为二氧化碳排放量的方法进行计算。

3.1绿色建筑能耗模拟

本次计算选取了具有代表性的十座绿色建筑，包括七座高层建筑和三座多层建筑，其中一星级建筑一座，二星级建筑五座，三星级建筑四座，所选取算例的计算结果基本能代表天津市绿色建筑现有的能耗水平。

表1 项目概况

类型 序号 建筑面积 建筑高度 建筑层数 绿建星级

高层建筑 1 107125 142 31 二星

2 158903 190 44 二星

3 200000 250 54 二星

4 110300 130 28 一星

5 119700 160 34 二星

6 121826 180 31 三星

7 160401 176 39 二星

多层建筑 1 5175 15 4 三星

2 3467 15 2 三星

3 14186 47.8 9 三星

（1）eQuest软件介绍

本项目的能耗模拟分析采用了eQuest软件，该软件是基于DOE-2的图形化界面软件，DOE-2是在美国能源部（U.S. Department of Energy）和电力研究院的资助下，由美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）和J.J. Hirsch及其联盟（Associates）共同开发。该软件适用于建筑设计的各个阶段，能模拟全年8760小时逐时能耗。

（2）建筑能耗模拟的基本原理

用来模拟建筑能耗的数学模型由三个部分组成:

a.输入变量，包括可控制的变量和无法控制的变量（如天气参数）

b.系统结构和特性，即对于建筑系统的物理描述（如建筑围护结构的传热特性、空调系统的特性等）

c.输出变量，系统对于输入变量的反应，通常指能耗。在输入变量和系统结构和特性这两个部分确定之后，输出变量（能耗）就可以得以确定。

建模方法从建筑系统和部件的物理描述开始，例如，建筑几何尺寸、地理位罝、围护结构传热特性、设备类型和运行时间表、空调系统类型、建筑运行时间表、冷热源设备等。建筑的峰值和平均能耗就可以用建立的模型进行预测和模拟。

（3）模型简化

为了便于模拟计算，对模拟进行一些简化处理，主要有以下几个方面：

① 合并参数、功能布局相同的楼层；

② 同一朝向的周边区合并成同一个区；

③ 内部区域参数、功能相同的，合并成同一个分区；

④ 保证每个朝向的窗户面积与实际相同，不用按图纸尺寸画出。

（4）模拟结果

表2 能耗模拟结果

类型 序号 单位面积能耗

高层建筑 1 123.95

2 114.23

3 119.18

4 126.28

5 121.66

6 117.1

7 128.42

多层建筑 1 69.8

2 52.4

3 117.3

3.2碳排放计算结果

对于CO2排放量的计算，根据模拟的电消耗量估算，CO2排放量=电消耗量×电排放因子。

据《2010年中国区域及省级电网平均二氧化碳排放因子》所提供的天津区域电网碳排放因子，本次选取的电力排放因子取值为0.8733kgCO2/kWh。

通过计算对比，得到高层和多层公共建筑不同星级绿色建筑单位建筑面积能耗量以及估算的二氧化碳排放量。

表3 绿色建筑二氧化碳排放量模拟结果比较

星级 单位建筑面积能耗量（KWh） 二氧化碳排放量（kg）

一星（高层） 126.28 110.28

二星（高层） 121.49 106.10

三星（高层） 117.10 102.26

三星（多层） 79.83 69.72

星级建筑平均值 109.03 95.22

3.3天津市绿色建筑与普通公共建筑碳排放数据对比分析

本次选取了部分国家办公机关办公建筑和大型公共建筑能耗，能耗数据来源于天津市公共建筑能耗监测平台对实际运行能耗数据的监测值, 本次共选取天津市一般公共建筑样本17个，大型公共建筑样本33个。通过计算，得到的公共建筑年运行二氧化碳排放量并与计算数据进行比对。

表4 不同星级绿色建筑与普通节能公共建筑相比的减碳量

星级 二氧化碳排放量

（kg/(m2.a)） 减碳量（%）

一般公共建筑 100.07 ---

大型公共建筑 155.81 ---

一星（高层） 110.28 29.22

二星（高层） 106.10 31.91

三星（高层） 102.26 34.36

三星（多层） 69.72 30.33

星级建筑平均值 95.22 30.43

4结论

本文首先通过大量的文献调研，对公共建筑能耗和二氧化碳排放方面的研究做了整理，并对数据进行了比较分析。然后通过进行能耗模拟分析，再通过数学模型计算转化为二氧化碳排放量的方法对多个不同绿建星级公共建筑进行碳排放量计算。通过与天津市典型公共建筑能耗实测数据对比，分析研究了绿色建筑与天津市完成两步节能公共建筑碳排放数据对比。通过模拟计算，得到绿色公共建筑运营阶段减碳量约为29.22%~34.36%。

参考文献：

[1] 尚春静, 张智慧. 建筑生命周期碳排放核算. 工程管理学报, 2010, 24(1):7-12.

[2] 朱嬿, 陈莹. 住宅建筑生命周期能耗及环境排放案例. 清华大学学报, 2010, 50(3):330-334.

[3] 张伟, 张志刚, 刘贤崇. 天津市公共建筑能耗调研与分析 [J]. 煤气与热力, 2011(3):24-26.

[4] 顾道金. 建筑环境负荷的生命周期评价[博士学位论文]. 北京: 清华大学, 2006.