大型公共建筑工程LCA 模型下的碳排放敏感性分析

0 引言

建筑業(yè)發(fā)展帶來的能源消耗及過量的碳排放是影響全球氣候變化的重要因素，據統(tǒng)計，我國公共建筑能耗占比較大，占我國建筑業(yè)碳排放比重的51.3%

，而大型公共建筑體量近幾年增長迅速。因此，如何行之有效地減少大型公共建筑的碳排放量已經成為世界各國學者的研究熱點。生命周期評價（life cycle Assessment，LCA）方法是結合我國建筑能源系統(tǒng)的實際特點，分別建立了系統(tǒng)設備材料綜合生產、安裝施工、運行維護以及拆除處置階段的能耗和CO

排放計算數學模型

。丁云

等以綠色建筑三星項目——宜昌規(guī)劃展覽為例，對項目采用的24 種綠色低碳設計技術進行全面分析，并測算項目全生命周期的碳排放量，得知碳排放主要集中在建筑物使用和建料生產階段，而建筑施工及拆除階段碳排放量較少。相比之下大型公共建筑碳排放量明顯高于住宅、別墅等普通公共建筑。本文以生命周期評價理論為研究基礎，將江蘇省某大型博覽館項目作為工程依托，根據其LCA 模型下碳排放量核算結果，進行下一步分析研究。

1 LCA 模型下碳排放量的核算方法

1.1 碳排放核算邊界

大型公共建筑一般指建筑面積超過20 000m

且采用集中空調、采暖、照明等復雜能源系統(tǒng)的建筑。此類建筑LCA 模型下的碳排放核算范圍應覆蓋建筑物從搖籃到墳墓的整個過程，計算所消耗能源和材料產生的二氧化碳排放總和。李同燕

等對大型公共建筑全生命周期碳排放核算與評價的范圍進行了界定，歸結了大型公共建筑材料生產、加工、運輸和項目建造的過程為物化階段、建筑使用及內部能源循環(huán)的過程為運行階段，物化及運行階段也成為大型公共建筑碳排放數據影響較大的主要階段。

1.2 碳排放核算模型

本核算模型數據源于江蘇省某大型博覽館建筑的實際工況數據，基于PKPM-CES 軟件模擬、LCI 數據庫及《建筑碳排放計算標準-GB/T 51366-2019》

相關條款，采用碳排放因子法進行碳排放核算，建立了建筑全生命周期碳排放核算模型，即：

式（1）中：C

、C

、C

分別為建筑物化階段、運營階段、拆除階段的單位建筑面積年總碳排放量，kgCO

/m

，以下主要介紹建筑物化與運營階段的碳排放算法：

式（2）中：Ejz-i —第i 種能源總用量（kWh 或kg）；

根據圖3的C-V特性曲線,采用Berkeley量子電容電壓模擬器QMCV程序,對Al摻雜的HfO2高k柵介質的EOT、Vfb等電學特性進行了擬合和詳細分析。

Ei —建筑第i 類能源年消耗量（單位/a）；

EFi/j—第i 種主要建材的消耗量或第i 類能源的碳排放因子（kgCO

/kWh 或kgCO

/kg），按文獻[5]附錄A 確定。

式（3）中：

A —建筑面積（m

）。

第2步：將每個患者的協(xié)變量分別帶入這兩個Logistic模型，獲得每個患者i分別在兩個處理組內的成功概率P0i=P(Yi=1|Ti=0,Xi)和P1i=P(Yi=1|Ti=1,Xi)。

式（4）中：

Ei，j —j 類系統(tǒng)的第i 類能源消耗量（單位/a）；

y —建筑設計壽命（a）；

ERi，j —j 類系統(tǒng)消耗由可再生能源系統(tǒng)提供的第i 類能源量（單位/a）。

2 案例工程碳排放統(tǒng)計

選取江蘇省某大型博覽館項目作為實例研究對象，建筑地處南京市新區(qū)核心位置，地上四層，總高30.25 m，總建筑面積為25 156.2m2。建筑功能為辦公、展廳及休息區(qū)，主體采用“鋼筋混凝土＋鋼結構”及部分鋼木混合砌塊的組合結構，屋頂設有集中空調、采暖系統(tǒng)、復雜照明系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)等?；谏鲜鰳嫿ǖ奶寂欧臠CA 核算模型，運用軟件PKPM-CES計算建筑使用壽命為50 年的碳排放結果如表1 所示。

3 敏感性分析結果與討論

3.1 LCA 模型下的敏感性分析方法

基于上述核算結果可知，建筑全生命周期碳排放主要源于建筑物化及運行階段，故在此兩階段找尋減碳措施的不確定源，然而許多變量都是根據項目實際情況假設而得的，這種假設會導致不同的測算結果，從而產生誤差。本節(jié)從敏感性分析的視角出發(fā)，研究各變量變化對模型輸出結果的影響程度，把建筑碳排放結果的敏感性分析研究當成一個或多個不確定因素的變化，改變各個不確定性源的輸入量，查看目標變量的波動情況并識別碳排放敏感因素?；隈T國會

總結的關于敏感性分析數理統(tǒng)計方法，其分析假設模型表示為：

y=f（x

，x

，x

）（x 為不確定敏感因子），敏感程度用敏感度系數表示，具體如公式（5）：

式中：S—敏感度系數，表示碳排放隨不確定敏感因子x的變化程度；

1.健全資金管理組織機構、明確權責。資金管理的最高管理層次是企業(yè)的高層領導人員，企業(yè)管理的核心部門是財務部門，其主要工作是對各個部門提出的工作任務進行分析總結，并根據企業(yè)年度的發(fā)展方向制定資金方案，企業(yè)管理部門的相關工作人員將確定資金未來的走向，遵循相關管理部門制定的規(guī)劃理念，對將要執(zhí)行的方案進行詳細的分類和標明，再上交給企業(yè)的高級管理層次，高級管理層次再經過進一步的商議做出決定。

Δ xi—表示不確定敏感因子（x）參數的微小擾動；

6月18日第一次追肥觀測，示范田葉片對比差距不是太大、從葡萄穗上可以看出示范田的葡萄穗果粒、穗型明顯優(yōu)于對照田。7月31日第二次追肥觀測，由于天氣干旱、水跟不上、果實沒有太大差距、總體葉片植株要強于對照田。8月16日第三次追肥，本次施肥觀測、示范田總體粒度比較均勻、對照田明顯大小粒比較嚴重。9月10日第四次追肥，本次觀測，由于今年本地區(qū)霜霉病和白腐病集體爆發(fā)，后期雨水偏多，紅寶石裂口比較嚴重。本示范田果實基本沒有受到影響、上色均勻、果粒裂口基本沒有，而對照田病害引起的上色不均勻、果穗因裂口產生的腐爛也比較厲害。示范田果實糖度明顯高于對照田。

隨著中國經濟的增長和社會的發(fā)展,對交通基礎設施建設的需求快速增加,公路橋梁建設所受的限制條件也日趨復雜.雙層鋼桁梁橋占地面積小,可以充分發(fā)揮橋位之利,其通行能力大,能有效地緩解交通壓力.開啟橋因能改善橋梁通航凈空高度,使某些無法修建高架橋的河道建橋成為可能,其優(yōu)點是墩臺較低,能減少兩岸引橋和路堤工程量.

Δ xi/xi—表示擾動幅度（本次研究取：10%～30%）；

從行業(yè)角度去看，28個申萬二級行業(yè)也全線盡墨，平均跌幅高達29%，個股跌幅更是慘重，實現上漲的標的數量不足1成。表面上看，中美貿易摩擦是今年A股下跌的導火索，但實際上A股內部問題也比較突出，去杠桿背景下導致流動性緊縮成為今年下跌最主要的原因。

建筑物化階段包括生產、運輸以及建造過程，選擇四種用量較大的建筑材料作為生產過程的變量敏感因子；建材輸送工具配比率、運輸距離、施工工期與裝配化施工占比率，作為其他過程的變量敏感因子。對上述敏感因子（x）分別上升或下降10%、20%和30%（變化率0%時為該階段原碳排放量kgCO

e/m

），計算敏感因子x 對案例建筑物化階段的碳排放影響，具體影響程度如表2 所示。

3.2 案例工程的敏感性分析過程

3.2.1 物化階段的敏感性分析

傳感技術：通過這一技術，可在提高機電設備中傳感器精度、靈敏度的基礎上，進一步提高傳感其的性能；同時，還要在基本技術發(fā)展的基礎上，不斷提高傳感技術的抗干擾性，以確保傳感技術的可靠性。

微通道是芯片的核心,微通道結構決定了通道內流體的運動[9]。微通道包含流體出入口、備用出入口、主輔通道等。以細胞的分離和檢測為例,細胞液和懸浮液分別從不同的入口注入主通道,經過主通道檢測和分離后不同種類的細胞液從不同的出口流出。

Cp —建筑綠地碳匯系統(tǒng)年減碳量（kgCO

/m

）；

y —模型輸出量。

建筑運營階段的碳排放主要由建筑內部暖通空調、電氣與控制、供水與排污系統(tǒng)工作期間所產生，同時，建筑外部園林綠化工程可抵消吸附一部分CO

的產生，將綠化覆蓋面積、與上述分項系統(tǒng)的運行能效設為該階段的敏感因子（x），分別上升或下降10%、20%和30%并計算敏感因子（x）對案例建筑LCA 模型下運營階段的碳排放影響，具體影響程度如表3 所示。

1.確保了國內自產原油的加工后路?？碧桨鍓K通常每年自產原油1 億噸，生產成品油6600 萬噸，按照基礎量8000 萬噸的規(guī)?？杀Ｕ献援a原油的正常加工，順價銷售。

3.2.2 運營階段的敏感性分析

3.2.3 敏感性分析結果與評估

由表2 展示的結果表明，案例工程物化階段建材生產過程中，采用鋼結構建材對該過程碳排放影響程度最大；鋼木混合砌塊對該過程影響最小，表明采取此類建材替代鋼材可有效降低該過程碳排放量。建造過程中，施工工期的浮動對該過程碳排放影響程度較大，而施工裝配率的改變對碳排放敏感度較低，表明減少傳統(tǒng)施工的占比可一定程度降低該過程的碳排放量。表3 展示的結果表明，提高運營階段中供暖、空調、照明系統(tǒng)的能效或引入可再生能源可大幅降低該階段的碳排放量，其他因子敏感度浮動相近，表明該過程的碳排放量可控范圍有限。綜合上述兩表分析得出的敏感程度較大的幾個因素對案例工程LCA 模型下的總碳排放影響，如圖1 所示可以看出，各因子碳排放敏感程度排序為：暖通空調系統(tǒng)能耗＞電力控制系統(tǒng)能耗＞鋼結構建材生產量＞園林綠化。

3.3 案例工程的減碳優(yōu)化

根據已執(zhí)行的《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》GB 55015-2021

，新建的公共建筑碳排放應在原設計標準的基礎上降低達到限值要求。由于案例工程已投入使用，現階段主要針對項目運營階段照明、供暖與空調系統(tǒng)的能耗進行節(jié)能改造，同時引入可再生能源系統(tǒng)。基于彭卓

提出的綠色建筑技術措施減碳率EER（emission reduction rate），以采用每項減碳技術后建筑的實際情況作為初始值，對比沒有采用這項技術時的碳排放情況，以驗證項目改造后，碳排放降低強度與降低比例是否滿足上述規(guī)范中的限值要求，具體如表4 所示。

4 結論

本文基于LCA 方法理論及案例工程現場碳排放量的監(jiān)測與核算，對大型公共建筑碳排放關鍵階段的影響因素進行了敏感性分析，所得結論如下：

（1）基于項目各階段碳排放實測數據與建立的碳排放LCA 核算模型，最終得到大型公共建筑全生命周期（50 年）的單位面積碳排放量約為：4.253tCO

e/m

，主要集中于建筑物化與運營階段。

（2）根據對LCA 核算結果中項目碳排放集中階段的敏感性分析表明：

①鋼結構建材的生產對此類大型公共建筑物化階段碳排放影響敏感性較高，應根據項目位置與資源情況選取可利用建材，并提高項目施工裝配率，減短工期以達到減碳目的；

② 控制項目運營過程中產生的能源消耗是該階段減碳的關鍵，采用高能效的采暖、空調、照明系統(tǒng)的同時應提升建筑自然通風與自然光照明率，并充分利用可再生能源系統(tǒng)以減少各系統(tǒng)的耗電量與減碳潛力，成為大型公共建筑生命周期內減碳的重要過程。

（3）經驗證該大型公共建筑工程改造后，單位面積年碳排放降低12.72kgCO

/（m

·a）、碳排放強度降低41.21%，同時項目全年總耗電量降低22.07%，均滿足相關規(guī)范要求。

[1]中國建筑能耗研究報告2020[J].建筑節(jié)能(中英文),2021,49(02):1-6.

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[7]GB 55015-2021,建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范[S].

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