老舊小區(qū)改造的減碳潛力評估

文／任夢玉 浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院 碩 士

羅曉予 浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院 浙江大學(xué)平衡建筑研究中心 副教授 博 士（通訊作者）

葛 堅(jiān) 浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院 教 授 博 士

引言

2019 年，中國的碳排放量達(dá)到92.29 億噸，超過了美國和歐盟的總和，占全球總排放量的近1/3，是世界上碳排放增量最大的國家[1]。為積極應(yīng)對氣候變化的戰(zhàn)略要求，我國把應(yīng)對氣候變化作為國家重大戰(zhàn)略和生態(tài)文明建設(shè)的重大舉措。在2015 年巴黎氣候大會(huì)承諾我國碳排放將于2030 年達(dá)到峰值，2030 年單位GDP 碳排放比2005 年下降60%～65%[2]。2020 年9月，在第75 屆聯(lián)合國大會(huì)上我國提出，將努力在2060 年實(shí)現(xiàn)“碳中和”。據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）統(tǒng)計(jì)，建筑行業(yè)已成為全球三大溫室氣體排放源之一，排放了約40%的溫室氣體，且具有最大的節(jié)能潛力[3]。

城市住宅建筑產(chǎn)生的碳排放占建筑行業(yè)碳排放的比例超過40%。2000 年至2018 年，中國城市住宅建筑產(chǎn)生的CO2排放量從2.891 億噸攀升至8.91 億噸[4]。目前已經(jīng)有一些學(xué)者開展了社區(qū)層面的碳排放核算。例如，黃建等對蘇州一個(gè)新建社區(qū)的碳排放進(jìn)行核算，核算內(nèi)容為建筑能耗、交通、廢棄物處理、水資源四大系統(tǒng)在使用階段所產(chǎn)生的碳排放，并且提出了一系列的碳減排方案[5]。陳莎等對北京既有社區(qū)的能源消耗（用電、用氣、采暖）、交通出行、廢棄物和綠地碳匯的碳排放進(jìn)行了核算[6]。但是較少有研究對老舊小區(qū)改造的減碳潛力進(jìn)行量化評估。結(jié)合目前老舊小區(qū)改造工作的推進(jìn)，在改造中增加低碳化目標(biāo)并評估其減碳潛力，將對城市低碳發(fā)展有重要意義。

1 研究方法

本文分別對老舊小區(qū)既有使用階段的碳排放和技術(shù)措施的減碳潛力進(jìn)行核算，核算清單如圖1 所示。首先從景觀綠化、建筑單體、水資源、固廢物和基礎(chǔ)配套五個(gè)方面對老舊小區(qū)階段的碳足跡進(jìn)行核算，掌握老舊小區(qū)的碳排放現(xiàn)狀。接下來，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研提出適用于老舊小區(qū)低碳化改造的技術(shù)措施，并基于生命周期理論對技術(shù)措施實(shí)施后可能實(shí)現(xiàn)的碳減排效益進(jìn)行評估，評估內(nèi)容包括施加減碳措施所增加的物化階段碳排放（主要指新增建材生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工）、拆除階段所產(chǎn)生的碳排放（主要指新增建筑垃圾的處理）和所能降低的運(yùn)行階段碳排放量。

圖1 核算清單內(nèi)容（圖片來源：作者自繪）

核算采用排放因子法（Emission-Factor Approach）進(jìn)行核算，排放因子法是IPCC 提出的第一種碳排放方法，也是目前廣泛應(yīng)用的方法[7]。即溫室氣體排放量由排放源的活動(dòng)水平與相對應(yīng)的排放因子相乘得到。核算公式如下所示：

圖2 和睦新村平面圖及現(xiàn)狀（圖片來源：作者自繪、自攝）

各個(gè)階段的具體核算公式和對應(yīng)的碳排放因子主要參考住建部頒布的《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51366-2019[8]；部分碳排放因子來源于相關(guān)文獻(xiàn)[9-12]。

2 案例計(jì)算

2.1 案例概況

研究選取位于浙江省杭州市的和睦新村作為研究對象。和睦新村建造于1988 年，共有54 幢住宅，現(xiàn)有3566 戶居民，建筑面積17 萬m2。以50 年的設(shè)計(jì)使用年限為參照，該小區(qū)的剩余使用年限為16 年。

2.2 既有使用階段的核算

本案例既有使用階段的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)及其來源見表1。通過對住戶進(jìn)行抽樣問卷調(diào)查獲取居住建筑內(nèi)部的電耗、氣耗和水耗，共計(jì)咨詢了64 戶；其他公共區(qū)域的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)通過總平面圖、實(shí)地調(diào)研、咨詢社區(qū)管理部門和參考行業(yè)統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行確定。

表1 既有使用階段的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)（表格來源：作者自繪）

按照所收集的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，得到本案例改造前使用階段的碳排放結(jié)果如圖3所示。改造前使用階段的碳排放為9721tCO2/年，單位建筑面積排放57.18kgCO2/（m2·年），人均碳排放為1155.1kgCO2/年。其中景觀綠化碳匯抵消了-3.29%的排放；建筑單體耗能產(chǎn)生碳排放占比最高（84.17%），其次是固體廢棄物處理（10.20%），水資源和基礎(chǔ)配套的碳排放分別占8.62%和0.30%。從各活動(dòng)水平的碳排放來看，最主要的碳排放源是居住建筑電耗、氣耗和固體廢棄物（大多數(shù)為生活垃圾）。

圖3 既有使用階段碳排放（圖片來源：作者自繪）

2.3 減碳措施的核算

對該小區(qū)進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，認(rèn)為可以實(shí)施的改造措施包括建筑單體層面的節(jié)能燈具更換、太陽能光伏利用、屋面保溫增設(shè)；水資源方面的雨污分流改造、雨水回收利用；固廢物方面的垃圾回收處理和基礎(chǔ)配套層面的節(jié)能路燈更換。

2.3.1 分項(xiàng)核算

（1）建筑單體

（a）更換節(jié)能燈具

老舊小區(qū)內(nèi)的單元樓道內(nèi)燈具光源還存在白熾燈的使用，更換為LED 節(jié)能高效光源能夠降低能耗。假設(shè)原本為12W 的燈具，日工作時(shí)長為8 小時(shí)；更換為自動(dòng)感應(yīng)節(jié)能燈具，功率為6W，日工作時(shí)長縮短為6 小時(shí)。則每年能夠節(jié)約電耗34MWh?？紤]燈具的生產(chǎn)和拆除所產(chǎn)生的排放，案例更換節(jié)能燈具的碳排放影響如表2 所示，合計(jì)能夠降低384.5tCO2，拆除階段的碳減排來源于建材的回收利用。

表2 案例更換節(jié)能燈具的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

（b）太陽能光伏增設(shè)

太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對于建筑節(jié)能減排有很大的現(xiàn)實(shí)意義，在居住建筑中應(yīng)用太陽能光伏系統(tǒng)，對于整個(gè)生態(tài)城市的建設(shè)有巨大價(jià)值[13]。城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造為推廣建筑光伏系統(tǒng)提供了機(jī)遇[14]。

假設(shè)屋面光伏可利用系數(shù)取0.5[15]，鋪設(shè)發(fā)電效率為15%的單晶硅發(fā)電組件，光伏發(fā)電系統(tǒng)的損失效率為25%[8]，則使用階段光伏系統(tǒng)的發(fā)電量可根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算。

式中，Epv——光伏系統(tǒng)發(fā)電量（kWh）；I——光伏電池表面的太陽輻射強(qiáng)度（kWh/m2）；KE——光伏電池發(fā)電效率（%）；ε——光伏系統(tǒng)損失效率（%）；Ap——光伏系統(tǒng)面積（m2）。

根據(jù)相關(guān)研究[16]，1m2光伏組件在生產(chǎn)階段和使用階段分別產(chǎn)生160.86kgCO2和4.93kgCO2的碳排放，拆除階段的碳排放為-9.88kgCO2。該小區(qū)的屋頂建筑面積合計(jì)為32684m2，經(jīng)核算，案例增設(shè)屋面太陽能光伏的碳排放影響如表3 所示。該項(xiàng)措施在物化階段產(chǎn)生的碳排放比較高，但使用階段的減碳效益也更加顯著，能夠降低小區(qū)生命周期碳排放量17867.9tCO2。

表3 案例增設(shè)屋面光伏的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

（c）屋面保溫增設(shè)

既有建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能較差，能耗損失嚴(yán)重。增設(shè)屋面保溫將對住宅供暖、空調(diào)能耗產(chǎn)生較好的效益。根據(jù)相關(guān)研究，若既有住宅建筑的屋面增設(shè)40mm 厚擠塑聚苯板（XPS），采暖制冷能耗能夠降低12%左右[17,18]。基于此，若在案例小區(qū)的改造中，增設(shè)所有居住建筑的屋面保溫，將能夠取得很高的節(jié)能減排效果，核算結(jié)果如表4 所示，實(shí)現(xiàn)生命周期碳減排4340.4tCO2。

表4 案例增設(shè)屋頂保溫的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

（2）水資源

（a）雨污分流改造

由于建設(shè)年代較早，老舊小區(qū)的排水系統(tǒng)大多為雨污合流系統(tǒng)，造成污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)低下，降低了污水處理廠的運(yùn)行效率[19]。對排水管網(wǎng)進(jìn)行雨污分流改造，能夠減少合流至污水處理廠時(shí)雨水處理所消耗的能耗，降低對環(huán)境的污染。本案例需要改造管網(wǎng)9000m，開挖、移除土方4648m3，回填764m3，當(dāng)?shù)啬杲邓?378.5mm。改造施工工藝，即開挖、移除土方和填土碾壓平整的碳排放因子分別為1.05kgCO2/m3和0.99kgCO2/m3。經(jīng) 核 算，案例進(jìn)行雨污分流改造后能夠降低小區(qū)生命周期碳排放368.6tCO2，見表5。

表5 案例雨污分流的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

（b）屋面雨水回用

浙江省降水量較為充沛，具備雨水回用條件。此外雨水資源化還能提高城市的雨洪調(diào)節(jié)功能，具有良好的節(jié)水效能和環(huán)境生態(tài)效益。小區(qū)屋面雨水不直接與地面接觸，污染小，并且可借助檐溝、雨落管直接收集利用[20]，在雨水路徑的末端增設(shè)蓄水池、雨水處理設(shè)備收集回用雨水，可以用于小區(qū)內(nèi)綠化及路面澆灑[21]。雨水回用的計(jì)算方法如下[22]：

根據(jù)計(jì)算，案例的蓄水池容積為215m3，采用混凝土澆筑；年雨水回收利用量為23350m3。計(jì)算得到案例中增設(shè)雨水回用系統(tǒng)后的碳排放影響如表6 所示，使用階段的碳排放能夠降低112.1tCO2，考慮物化階段和拆除階段，最終實(shí)現(xiàn)減碳量為84.5tCO2。

表6 案例增設(shè)雨水回用的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

（3）垃圾回收利用

小區(qū)內(nèi)垃圾收集較為雜亂，且垃圾收集點(diǎn)破舊，垃圾桶放在外面供居民投放，管理不佳。如果能夠增加小區(qū)內(nèi)垃圾分類宣傳，嚴(yán)格垃圾分類投放管理，規(guī)范垃圾處理點(diǎn)，將能夠提高小區(qū)內(nèi)垃圾回收率，降低垃圾處理能耗。對案例小區(qū)內(nèi)的23 處垃圾分類收集設(shè)施進(jìn)行更新，預(yù)計(jì)消耗主要建材包括混凝土12.7m3，混凝土磚7.3m3，頁巖磚14.0m3。預(yù)計(jì)實(shí)施改造后，生活垃圾回收利用率能夠提升14.53%。核算結(jié)果如表7 所示，該措施在生命周期能夠?qū)崿F(xiàn)2294.3tCO2的減碳量。

表7 案例垃圾回收利用的碳排放影響（表格來源：作者自繪）

2.3.2 綜合碳減排效益

六項(xiàng)技術(shù)措施在本案例小區(qū)產(chǎn)生的生命周期碳排放影響如圖4 所示。屋面太陽能光伏增設(shè)能實(shí)現(xiàn)非常可觀的減碳效果，超過17000tCO2，其次是屋面保溫增設(shè)和垃圾回收利用，實(shí)現(xiàn)減碳量超過2000tCO2，更換節(jié)能燈具和雨污分流改造的減碳量約400tCO2，屋頂雨水回用實(shí)現(xiàn)的減碳量相對較少。

圖4 各項(xiàng)措施的碳排放影響（圖片來源：作者自繪）

基于生命周期理論，案例小區(qū)在實(shí)施這六項(xiàng)減碳技術(shù)后共能實(shí)現(xiàn)碳排放降低25340.2tCO2，措施在物化階段和拆除階段產(chǎn)生了2518.6tCO2。碳減排效益主要來源于建筑單體的減碳（22592.8tCO2），其次是固廢物，減少2294.3tCO2，水資源方面共實(shí)現(xiàn)了453.1tCO2的減碳量。案例小區(qū)實(shí)施這六項(xiàng)減碳措施后平均每年能夠降低碳排放1563.8tCO2，減碳率能夠達(dá)到16.3%。

結(jié)語

本文通過實(shí)地調(diào)研，梳理了老舊小區(qū)使用階段的碳排放清單，并提出了改造措施的減碳潛力核算方法。根據(jù)案例——和睦新村的核算結(jié)果，改造前使用階段的碳排放為9721tCO2/年，單位建筑面積排放57.18kgCO2/（m2·年），人均碳排放為1155.1kgCO2/年。最主要的碳排放源是居住建筑電耗、氣耗和固體廢棄物（大多數(shù)為生活垃圾）。通過對六項(xiàng)減碳措施進(jìn)行碳潛力核算，發(fā)現(xiàn)實(shí)施六項(xiàng)措施能夠?qū)崿F(xiàn)碳排放每年降低1563.8tCO2，減碳率能夠達(dá)到16.3%。減碳效果最好的措施是屋面太陽能光伏增設(shè)，其次是屋面保溫增設(shè)和垃圾回收利用，更換節(jié)能燈具和雨污分流改造也有較好的減碳效果，屋頂雨水回用實(shí)現(xiàn)的減碳量相對較少。本研究對目前能夠在老舊小區(qū)改造中進(jìn)行實(shí)施的減碳措施進(jìn)行了碳減排效果的量化分析，為老舊小區(qū)的低碳化改造提供依據(jù)。