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基于LCA的建筑碳足迹测算及减排对策研究

发布时间:2020-03-20 23:10 论文编辑:vicky 价格:150 所属栏目:建筑学论文 关键词: 建筑学论文建筑碳足迹测算减排对策

本文是一篇建筑学论文,本文基于全生命周期评价理论,将建筑的全生命周期划分为建筑材料的开采和生产阶段、施工阶段、运行维护阶段以及拆除处置阶段等 4 个阶段,对建筑全生命周期碳足

本文是一篇建筑学论文,本文确定了建筑全生命周期的测算范围,并对建筑全生命周期各阶段的碳排放来源进行分析,对能源碳足迹因子和建筑材料的碳足迹因子进行计算。基于全生命周期评价理论和排放因子法建立了建筑全生命周期碳足迹测算模型,并进行了实证研究,通过对建筑全生命周期各阶段碳足迹的测算结果进行分析,提出了减排对策。通过本文的研究,得到的主要结论如下:基于全生命周期评价理论,将建筑全生命周期划分为建筑材料的开采和生产阶段、施工阶段、运行维护阶段和建筑拆除处置阶段等四个阶段,对建筑全生命周期各阶段的碳源进行分析,优先采取我国基础数据,统一碳足迹因子的测算范围,计算了能源碳足迹因子和建筑材料碳足迹因子。

第一章  绪论

1.1 研究背景
21 世界人口增长至大约 68 亿,人口的增长造成了能源和其他自然资源的高需求,而能源和资源的消耗引起大气中温室气体浓度的增加[1]。自 19 世纪初的工业革命以来,由于工业化程度提高,人类的工业活动消耗了大量的化石燃料,使大气中二氧化碳的浓度一直处于上升状态,尽管人们已经在减少二氧化碳排放量方面做了大量努力,但近年来,大气中二氧化碳的浓度仍以 2 ppm/年的速度快速增长,在 2018年,美国宇航局称大气中二氧化碳的浓度达到了 408 ppm,而且在 1 个月后,二氧化碳浓度又到达了一个新高度。二氧化碳的排放是全球气温升高的主要原因。自从我国进入改革开放以来,中国在社会经济发展方面取得了巨大的成,由此消耗的能源和产生的碳排放也在急剧增加。我国的工业化、城镇化水平快速发展,2002 年以来,城镇化率每上升 1 个百分点,碳排放增加 4.14 亿吨。2002 年到 2008 年中国消耗的能源年均增长高达 11.1 %,产生的碳排放年均增加高达 11.5 %[2]。截至到 2006年,中国产生的碳排放量占全球总量的 20 %[3],已经赶超美国,成为全球碳排放量最大的国家。
全球气温升高已经造成了一系列的问题:显著的天气变化,包括暴雨和旱灾的频率和强度不断增加;全球气温的不断升高、冰川融化的加速,海平面上升,导致洪涝的不断增加,人口密集、工农业发达的大陆沿海低地地区将被直接淹没,以及淡水供应减少;动物栖息地的减少和物种的不断灭绝;疾病扩散的增加。这些影响受到了人们越来越密切的关注。
为缓解全球变暖的现状,全球多个国家提出相应政策。170 多个国家的领导人于 2016 年在应对气候变化的问题上共同签署了《巴黎协定》,多个国家的领导人均做出承诺,将全球气候升高幅度控制在 2  ℃的范围内。我国在应对全球变暖的问题上一直采取积极措施,在《联合国气候变化框架公约》第 19 次缔约方会议中,我国明确表明节能减排是中国可持续发展的内在要求,无论进展如何,我国都将坚定不移地奉行绿色低碳发展道路。在 G20 峰会上,我国也明确提出中国将坚定不移推动绿色发展,并且会毫不动摇的继续实施可持续发展战略,继续贯彻节约资源和保护环境的基本国策。多年来,我国在应对气候变化方面取得了显著成效。2014 年我国单位国内生产总产值能耗和二氧化碳排放比 2005 年已分别下降 29.9 %和 33.8 %。
相关统计数据显示建筑行业消耗了全球 40 %的能源,由消耗能源产生的二氧化碳排放量占全球碳排放量的 36 %[4]。中国作为一个发展中的国家,建筑业快速发展,由此产生的建筑耗能与交通耗能、工业耗能并列成为中国的三大“耗能大户”[5]。建筑碳排放成为主要的碳排放源之一。
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1.2 研究目的及意义
作为温室气体排放大户,我国面临着严峻的挑战,如何实现减排成为了社会各行各业的重要任务。建筑业作为温室气体排放的主要来源之一,能源消耗高,减排潜力大,研究建筑的碳减排已成为必然趋势。要达到建筑减排的目的,除了对建筑碳排放进行定性分析,还需对建筑碳排放进行量化分析,使定性分析和定量分析相结合。基于此,本文从全生命周期评价角度出发,对建筑全生命周期各阶段的碳足迹进行了研究,并通过实证研究,在建筑全全生命周期各阶段提出相应的碳减排对策。本文可以为低碳建筑的发展提供参考,有助于我国建筑业的可持续发展,对实现我国节能减排、顺利完成控制全球气温升高幅度的国际承诺有重要意义。
Kwok K Y G 等人[6]建立了全面的建筑全生命周期碳排放分析框架,通过对不同碳排放测算方法的比较,选取合适的测算方法,分别对隐含碳排放、基于实际消耗的建筑运行阶段碳排放、基于设备的建筑运行阶段碳排放和生命末期阶段的碳排放进行研究,对不同单元过程的碳排放及产生的环境影响进行分析,通过整合多种计算模型,形成一个全面的模型框架。但该模型使用的标准数据对不同地区或新型和特殊材料不具备适用性,同时不同建筑、地区和材料的完整数据难以获取。
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第二章 碳足迹及生命周期理论

2.1 碳足迹
2.1.1 碳足迹定义
碳足迹起源于“生态足迹”这一概念。Wackernagel 将生态足迹用来描述人类生产消费活动造成的生态影响,用生物生产性土地面积来表示[25]。生物生产性土地是指具有生物生产力的地表空间。根据生物吸取外界物质和能量制造有机物质的能力大小的差异,地球表面生产性土地可分为化石能源地、可耕地、淡水域、海洋等。随后,学术界将“碳足迹”这一概念应用到温室气体排放量的研究中。各学者对碳足迹给出了不同定义,如下表 2-1 所示[26]~[29]。
表2-1 碳足迹的定义
通过各学者对碳足迹的定义可以看出,碳足迹的研究侧重于从全生命周期角度出发,对产品、服务、个人或者活动在全生命周期的碳足迹。常用的碳足迹衡量单位是重量单位。碳足迹的研究是针对二氧化碳排放量的研究,还是针对包括二氧化碳在内的温室气体排放量的研究,不同的学者和机构给出了不同的定义。碳足迹的概念对碳足迹测算范围的确定有直接影响,因此碳足迹的定义要合理、清晰和一致。
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2.2 全生命周期评价理论
2.2.1 全生命周期评价的发展
全生命周期评价(Life Cycle Assessment,即 LCA)主要起源于 20 世纪 60 年代。1969 年,受可口可乐公司的委托,美国中西部研究所对饮料容器从原材料开采一直到废弃物的处理这一整个过程进行的跟踪与定量分析。通过对不同饮料容器所使用的原材料和石油,以及其在生产过程中产生污染的环境承载力进行评估,以决定哪种饮料容器产生的环境污染最小,对自然资源供给的影响最小。该研究一般被认为是 LCA 研究开始的标志。
20 世纪 70 年代,美国、欧洲和日本的一些其他公司对包装品进行了 LCA 分析,这些研究工作主要是由工业企业发起,研究结果也只是作为企业内部决策的秘密材料。同时,这一时期环境问题的核心是能源问题,人们开始意识到要化石燃料的有限性,以及能源生产是污染物的主要排放源。
20 世纪 70 年代末到 80 年代中期,出现了全球性固体废弃物问题,这一时期的研究着重于计算固体废弃物的产生量和原材料的消耗量。20 世纪 80 年代末,由于环境问题日益严重、环境保护意识日益加强以及可持续发展思想逐渐普及,LCA 得到了广泛关注和迅速发展。
20 世纪 90 年代以后,国际环境毒理学和化学学会(Society of Environmental Toxicology and Chemistry, SETAC)首次提出了 LCA 的概念。1993 年,美国国家环境保护局出版了《全生命周期评价—清单分析的原则与指南》,相对系统的规范了全生命周期清单分析的基本框架。
经过多年的实践,LCA 方法论的国际标准化得到了重要发展。1997 年,国际标准组织推出了 ISO 14040《环境管理—全生命周期评价—原则与框架》,随后相继推出 ISO 14041《环境管理—全生命周期评价—目标与范围的确定,清单分析》、ISO 14042《环境管理—全生命周期评价—全生命周期影响评价》和 ISO 14043《环境管理—全生命周期评价—全生命周期解释》。至此,LCA 成为企业评价可持续经营和环境保护的重要工具。我国参照国际标准,相继颁布了 GB/T 24040—1999《环境管理生命周期评价原则与框架》、GB/T 24041—2000《环境管理生命周期评价目标与范围的确定和清单分析原则》、GB/T 24042—2002《环境管理生命周期评价生命周期影响评价》和 GB/T 24043—2002《环境管理生命周期评价生命周期解释》。
目前,LCA 的定义有多种提法。一些政府、企业和机构对 LCA 的定义主要如下表 2-2 所示。
 LCA 的定义
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第三章  碳足迹测算范围界定及碳足迹因子分析 ............................... 16
3.1 碳足迹测算范围的确定 ............................... 16
3.2 建筑全生命周期碳源分析 ................................... 16
3.3 碳足迹因子分析 ............................... 18
第四章  实证研究 ............................................ 39
4.1 案例 A 全生命周期碳足迹测算 ...................................... 39
4.1.1 建筑材料的开采和生产阶段碳足迹测算 ............................... 39
4.1.2 建筑施工阶段碳足迹测算 .................................... 45
第五章  建筑的碳减排对策研究 .......................................... 81
5.1 建筑材料的开采和生产阶段的减排对策 ...................................... 82
5.2 建筑施工阶段的减排对策 ............................... 83

第五章  建筑的碳减排对策研究

5.1 建筑材料的开采和生产阶段的减排对策
该阶段的碳足迹主要来源于建筑材料的开采和生产过程,该过程会受到建筑材料的回收利用率、生产工艺等因素的影响。建筑材料运输过程受运输距离和材料重量的影响。该阶段碳足迹占比最大的是水泥、混凝土和钢材。因此该阶段的碳减排措施可从以下四个方面入手:
首先,可以提高建筑材料的回收利用率。建筑材料考虑可回收利用时可有效减少碳足迹的排放,还能从源头保护自然环境和资源,从而减少建筑碳足迹的排放。建筑材料考虑可回收利用时可有效减少碳足迹的排放,其中,在混凝土的生产过程中通过回收利用废弃混凝土做再生骨料来减少建筑的碳足迹.
其次,可以提高建筑材料的生产工艺,对设备进行改进,或者引进先进的生产设备。在水泥的生产中,可以通过改进水泥的生产工艺来减少碳足迹的产生,更多的引进新型干法生产工艺,淘汰传统的生产工艺。在钢材的生产中,可以对设备进行改进,提高冶炼技术,提高钢材的生产率,更多的采用电弧炉炼钢,提高废钢的回收利用率。
第三,在选择建筑选材时考虑建筑材料的特性。在建筑材料的选择上,可以通过大量使用项目本地的建筑材料,缩短运输距离,来减少运输过程中运输工具耗能产生的碳足迹;在建筑材料的选择中还可以通过选用轻型材料的方法,实现减少建筑碳排放的目标。
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结论和展望

结论
本文确定了建筑全生命周期的测算范围,并对建筑全生命周期各阶段的碳排放来源进行分析,对能源碳足迹因子和建筑材料的碳足迹因子进行计算。基于全生命周期评价理论和排放因子法建立了建筑全生命周期碳足迹测算模型,并进行了实证研究,通过对建筑全生命周期各阶段碳足迹的测算结果进行分析,提出了减排对策。通过本文的研究,得到的主要结论如下:
(1)基于全生命周期评价理论,将建筑全生命周期划分为建筑材料的开采和生产阶段、施工阶段、运行维护阶段和建筑拆除处置阶段等四个阶段,对建筑全生命周期各阶段的碳源进行分析,优先采取我国基础数据,统一碳足迹因子的测算范围,计算了能源碳足迹因子和建筑材料碳足迹因子。
(2)建立了建筑全生命周期碳足迹测算模型,并进行了实证研究,得到以下数据,为建筑碳减排对策的提出提供参考:
○1 公共建筑中,框架结构比框剪结构的碳足迹略高;公共建筑比民用建筑的碳足迹高。
○2 建筑碳足迹最高的阶段为运行维护阶段,其次是建筑材料的开采和生产阶段。其中,高层建筑比多层建筑在建筑材料的开采和生产阶段的碳足迹占比高。
参考文献(略)