CN115205082A - 一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，具体涉及碳排放计算技术领域，分为建材生产及运输、建材运行、建造及拆除三个阶段进行碳排放量的计算，具体步骤如下：S1、确定建材生产及运输阶段的碳排放因子；S2、确定建筑物运行阶段的碳排放因子；S3、确定建造及拆除阶段的碳排放因子；S4、以IPCC清单法建立碳排放计算模型。本发明使建筑碳排放计算更加快速便捷，且本发明不仅适用多建筑类型、多气候区域，也可根据不同阶段，提供估算、精算等不同颗粒度的碳排放计算结果，有效支撑工程咨询、设计、施工、房地产开发与经营等不同类型用户的建筑碳排放动态核算与碳减排智能决策，为提升建筑的低碳水平提供了有效方案。
Description
技术领域
本发明涉及碳排放计算技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统。
背景技术
2020年9月22日，在第75届联合国大会一般性辩论上，中国向全世界宣布将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，本系统便是在这一重大战略决策背景下提出的轻量化建筑碳排放计算分析系统，住宅建筑的能耗与碳排放在整个社会的能源消费与碳排放中占较大比重。
据IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)统计，各国建筑总能耗量中，住宅建筑的能源消耗比例基本维持在1/3左右，碳排放量与能源消费有直接关系且成正比。我国住宅建设施工引起的碳排放占全生命期的比例约为7％，其中热电联产对建筑的供能引起的碳排放比例42％。在我国大力发展基础建设、快速城镇化的时期，各类基础设施的不断建设与城镇人口的持续增长在未来较长一段时间内，对住宅具有强烈的需求。因此，研究城市住宅建筑碳排放情况并基于此优化管控，对我国节能减排工作具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，本发明不仅适用多建筑类型、多气候区域，也可根据不同阶段，提供估算、精算等不同颗粒度的碳排放计算结果，有效支撑工程咨询、设计、施工、房地产开发与经营等不同类型用户的建筑碳排放动态核算与碳减排智能决策，为提升建筑的低碳水平提供了有效方案，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明根据《建筑碳排放计算标准》GB/T51366-2019，结合碳排放特点，具体通过以下技术方案予以实现，一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，分为建材生产及运输、建材运行、建造及拆除三个阶段进行碳排放量的计算，具体步骤如下：
S1、确定建材生产及运输阶段的碳排放因子，由于建筑物由种类繁多的建材组成，建设过程中采购的建材计量单位及规格复杂，而我国目前还没有完整统一的建材碳排放因子库可供计算参考，因此，本发明的建筑材料碳排放因子的选取以案例建筑原始数据来源(如工程量清单)为基础，按相应的工程项目选取，收集、归类整理出建筑材料碳排放因子；
S2、确定建筑物运行阶段的碳排放因子，本发明化石燃料的碳排放因子通过计算得到，计算建筑因电力消耗造成的碳排放时，应采用由国家发改委公布的区域电网平均碳排放因子，中国区域电网平均CO2排放因子和电网边界包括的地理范围按《建筑碳排放计算标准》GB/T51366-2019中所给的数据选取；
S3、确定建造及拆除阶段的碳排放因子，建筑施工机械也存在种类规格繁多，同种施工机械名称叫法不同的现象，单位台班施工机械碳排放因子主要是用单位机械台班能源用量乘以相应的能源碳排放因子得到，本发明以原始数据为主，收集整理出案例建筑所用到的单位台班施工机械能源用量及其碳排放因子；
S4、以IPCC清单法建立碳排放计算模型，所述碳排放计算模型包括建材生产与运输阶段的建材碳排放计算公式，所述建材碳排放计算公式为：
CZB＝Csc+Cys
其中，CZB为建材生产及运输阶段碳排放量(kgCO2e)，Csc为建材生产阶段碳排放量(kgCO2e)，Cys为建材运输阶段碳排放量(kgCO2e)。
(1)建材生产阶段碳排放量计算公式：
其中Csc为建材生产阶段碳排放量(kgCO2e)，Mi为第i种主要建材的消耗量，Fi为第i种主要建材碳排放因子(kgCO2e/单位建材数量)。
(2)建材运输阶段碳排放量计算公式：
其中CYs为建材运输阶段碳排放量(kgCO2e)，Mi为第i种主要建材的消耗量，Di为第i种建材的平均运输距离(km)，Ti为第i种建材的运输方式的碳排放因子(kgCO2e/t·km)。
所述碳排放计算模型包括建筑物运行阶段的碳排放计算公式，所述碳排放计算公式为：
CYx＝(Ch+Cc+Cl+Ce)*N
其中CYx为建筑运行阶段碳排放总量(kgCO2e)，Ch为建筑供暖系统年碳排放量(kgCO2e/y)，Cc为建筑空调系统年碳排放量(kgCO2e/y)，Cl为建筑照明系统年碳排放量(kgCO2e/y)，Ce为建筑内电梯年碳排放量(kgCO2e/y)，N为建筑运行年限(y)。
所述碳排放计算模型包括施工建造及拆除阶段的碳排放计算公式，所述碳排放计算公式为：
CJC＝Csg+Ccc
其中CJC为建筑施工建造及拆除阶段碳排放量(kgCO2e)，Csg为建筑施工建造阶段碳排放量(kgCO2e)，Ccc为建筑拆除阶段碳排放量(kgCO2e)。
(1)施工建造阶段碳排放量计算公式：
其中Csg为施工机械碳排放(kgCO2e)，GCi为第i种工程机械的碳排放因子(kgCO2e/台班)，可由每台班机械的能源使用量乘以相应的能源碳排放因子得到，TB，i为第i种工程机械的台班使用量。
(2)施工拆除阶段碳排放量计算公式：
其中Ccc为建筑拆除过程碳排放总量(kgCO2e)，Ecc,i为建筑拆除过程第i种能源总用量(kWh或kg)，EFi第i类能源的碳排放因子(kgCO2e/kWh或kgCO2e/kg)；
S5、通过相应工程的工程决算清单、工程量清单及分部分项工程量清单等资料，获取各阶段的基础数据；
S6、将建筑全生命周期阶段的基础数据输入至碳排放计算模型中，得到各阶段的碳排放量；
S7、汇总各阶段碳排放量得到建筑全生命周期的碳排放总量，将建筑建材生产与运输阶段、建筑物运行阶段以及施工建造与拆除阶段所消耗的碳排放量进行加总，形成建筑全生命周期的碳排放总量；
S8、计算单位面积碳排放强度和平均每年碳排放强度，根据S7所计算出的建筑全生命周期的碳排放总量以及建筑设计使用年限，计算单位面积碳排放强度和平均每年碳排放强度。
本发明的有益效果：
本发明依据国标《建筑碳排放计算标准》GB/T51366-2019，建立建筑碳排放计算模型，不需要提前安装庞大、复杂的建筑、结构、机电等建模软件，可以直接按照给定模板录入建筑基本信息，以及建材生产和运输、建造、运行、拆除等阶段的能源消耗、资源消耗和废弃物排放信息，也可以直接将主流的建筑工程消耗量计算、绿建能耗分析等商用软件结果直接导入，轻量化和专用性的特征明显，使建筑碳排放计算更加快速便捷，而且，本发明不仅适用多建筑类型、多气候区域，也可根据不同阶段，提供估算、精算等不同颗粒度的碳排放计算结果，有效支撑工程咨询、设计、施工、房地产开发与经营等不同类型用户的建筑碳排放动态核算与碳减排智能决策，为提升建筑的低碳水平提供了有效方案。
附图说明
图1为本发明一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统的流程图。
图2为本发明实施例的建筑碳排放分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1-2所示的一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，分为建材生产及运输、建材运行、建造及拆除三个阶段进行碳排放量的计算，具体步骤如下：
第一步：确定建材生产及运输阶段的碳排放因子。由于建筑物由种类繁多的建材组成，建设过程中采购的建材计量单位及规格复杂，而我国目前还没有完整统一的建材碳排放因子库可供计算参考，因此，本发明的建筑材料碳排放因子的选取以案例建筑原始数据来源(如工程量清单)为基础，按相应的工程项目选取，收集、归类整理出建筑材料碳排放因子。
住宅楼主要建筑材料碳排放因子
运输方式的碳排放因子
第二步：确定建筑物运行阶段的碳排放因子。
(1)化石燃料碳排放因子
本发明化石燃料的碳排放因子通过计算得到，计算步骤为：
1)选取建筑生命周期各阶段可能用到的化石燃料种类，并以国际单位表示，如原煤、燃油以kg表示，天然气以m3表示。
2)从《建筑碳排放计算标准》GB/T51366-2019附录A中选取主要化石燃料的单位热值CO2排放因子(tCO2/TJ)，再从我国《综合能耗计算通则》GB/T2589-2008的附录A中找出每种燃料的平均低位发热量。
3)将单位热值CO2排放因子与平均低位发热量相乘得到每种燃料的二氧化碳单位排放因子。
(2)电力碳排放因子
计算建筑因电力消耗造成的碳排放时，应采用由国家发改委公布的区域电网平均碳排放因子，中国区域电网平均CO2排放因子和电网边界包括的地理范围按《建筑碳排放计算标准》GB/T51366-2019中所给的数据选取。
第三步：确定建造及拆除阶段的碳排放因子。
住宅楼施工机械单位台班能源用量及其碳排放因子
第四步：以IPCC清单法建立碳排放计算模型。
所述碳排放计算模型包括建材生产与运输阶段的建材碳排放计算公式，所述建材碳排放计算公式为：
CZB＝Csc+Cys
其中，CZB为建材生产及运输阶段碳排放量(kgCO2e)，Csc为建材生产阶段碳排放量(kgCO2e)，Cys为建材运输阶段碳排放量(kgCO2e)。
(1)建材生产阶段碳排放量计算公式：
其中Csc为建材生产阶段碳排放量(kgCO2e)，Mi为第i种主要建材的消耗量，Fi为第i种主要建材碳排放因子(kgCO2e/单位建材数量)。
(2)建材运输阶段碳排放量计算公式：
其中CYs为建材运输阶段碳排放量(kgCO2e)，Mi为第i种主要建材的消耗量，Di为第i种建材的平均运输距离(km)，Ti为第i种建材的运输方式的碳排放因子(kgCO2e/t·km)。
所述碳排放计算模型包括建筑物运行阶段的碳排放计算公式，所述碳排放计算公式为：
CYx＝(Ch+Cc+Cl+Ce)*N
其中CYx为建筑运行阶段碳排放总量(kgCO2e)，Ch为建筑供暖系统年碳排放量(kgCO2e/y)，Cc为建筑空调系统年碳排放量(kgCO2e/y)，Cl为建筑照明系统年碳排放量(kgCO2e/y)，Ce为建筑内电梯年碳排放量(kgCO2e/y)，N为建筑运行年限(y)。
所述碳排放计算模型包括施工建造及拆除阶段的碳排放计算公式，所述碳排放计算公式为：
CJC＝Csg+Ccc
其中CJC为建筑施工建造及拆除阶段碳排放量(kgCO2e)，Csg为建筑施工建造阶段碳排放量(kgCO2e)，Ccc为建筑拆除阶段碳排放量(kgCO2e)。
(1)施工建造阶段碳排放量计算公式：
其中Csg为施工机械碳排放(kgCO2e)，GCi为第i种工程机械的碳排放因子(kgCO2e/台班)，可由每台班机械的能源使用量乘以相应的能源碳排放因子得到，TB，i为第i种工程机械的台班使用量。
(2)施工拆除阶段碳排放量计算公式：
其中Ccc为建筑拆除过程碳排放总量(kgCO2e)，Ecc,i为建筑拆除过程第i种能源总用量(kWh或kg)，EFi第i类能源的碳排放因子(kgCO2e/kWh或kgCO2e/kg)。
第五步：通过相应工程的工程结算书，获取各阶段的基础数据。
基础数据来源
第六步：将建筑全生命周期阶段的基础数据输入至碳排放计算模型中，得到各阶段的碳排放量。
第七步：汇总各阶段碳排放量得到建筑全生命周期的碳排放总量。
将建筑建材生产与运输阶段、建筑物运行阶段以及施工建造与拆除阶段所消耗的碳排放量进行加总，形成建筑全生命周期的碳排放总量。
第八步：计算单位面积碳排放强度和平均每年碳排放强度。
根据第七步所计算出的建筑全生命周期的碳排放总量以及建筑设计使用年限，计算单位面积碳排放强度和平均每年碳排放强度。
综上所述：通过本发明轻量化和专用性的特征，使建筑碳排放计算更加快速便捷，而且，本发明不仅适用多建筑类型、多气候区域，也可根据不同阶段，提供估算、精算等不同颗粒度的碳排放计算结果，有效支撑工程咨询、设计、施工、房地产开发与经营等不同类型用户的建筑碳排放动态核算与碳减排智能决策，为提升建筑的低碳水平提供了有效方案。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，其特征在于：分为建材生产及运输、建材运行、建造及拆除三个阶段进行碳排放量的计算，具体步骤如下：
S1、确定建材生产及运输阶段的碳排放因子；
S2、确定建筑物运行阶段的碳排放因子；
S3、确定建造及拆除阶段的碳排放因子；
S4、以IPCC清单法建立碳排放计算模型；
S5、通过相应工程的工程决算清单、工程量清单及分部分项工程量清单等资料，获取各阶段的基础数据；
S6、将建筑全生命周期阶段的基础数据输入至碳排放计算模型中，得到各阶段的碳排放量；
S7、汇总各阶段碳排放量得到建筑全生命周期的碳排放总量；
S8、计算单位面积碳排放强度和平均每年碳排放强度。
2.根据权利要求1所述的一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，其特征在于：所述建材生产及运输、建材运行、建造及拆除确定项目的基本建筑信息，包括项目名称、建筑位置、建设时间、建筑类型、结构类型、设计使用年限、建筑面积、建筑楼层(分为地上楼层与地下楼层)、绿化面积和设计阶段相关信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，其特征在于：所述步骤一中，确定建材生产及运输阶段的碳排放源边界，该所述边界包括建材生产阶段和建材运输阶段；所述建材生产阶段的碳源包括建筑原料的开采及加工生产作业中因消耗化石、电力等一次或二次能源造成大量的间接温室气体排放，还包括需进一步加工得到的建材产品在生产过程中所利用的能源直接产生的温室气体排放；所述建材运输阶段的碳源包括将建筑材料生产地运输到工地的运输工具耗能所产生的碳排放，其中，运输距离、建材数量和运输方式的选择都对该阶段产生的碳排放影响很大。
4.根据权利要求1所述的一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，其特征在于：所述步骤二中，确定建筑物运行阶段的碳排放源边界，该所述边界包括生活热水、暖通空调、照明及电梯和可再生能源四个方面。
5.根据权利要求1所述的一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，其特征在于：所述步骤三中，确定建造及拆除阶段的碳排放源边界，该所述边界包括建造阶段和拆除阶段，所述建造阶段的碳源包括从建筑施工开始到建筑竣工和验收的整个过程中在建设区域内消耗的化石，电力和其它能源所产生的碳排放量，它还包括建筑工地居住区的取暖，制冷和照明产生的碳排放量，其中，机械设备能耗产生的碳排放是施工阶段碳排放的主要来源。
6.根据权利要求1所述的一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，其特征在于：所述步骤四、步骤五和步骤六中，以IPCC清单法为原型，建立碳排放计算模型，通过工程结算书，获取各阶段工程量及相关参数，并将其输入至所建立的碳排放计算模型中，即可得到每个阶段的碳排放量。
7.根据权利要求6所述的一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，其特征在于：所述碳排放计算模型包括建材生产与运输阶段的建材碳排放计算公式，所述建材碳排放计算公式为：
CZB＝Csc+Cys
其中，CZB为建材生产及运输阶段碳排放量(kgCO2e)，Csc为建材生产阶段碳排放量(kgCO2e)，Cys为建材运输阶段碳排放量(kgCO2e)。
建材生产阶段碳排放量计算公式：
其中Csc为建材生产阶段碳排放量(kgCO2e)，Mi为第i种主要建材的消耗量，Fi为第i种主要建材碳排放因子(kgCO2e/单位建材数量)。
建材运输阶段碳排放量计算公式：
其中CYs为建材运输阶段碳排放量(kgCO2e)，Mi为第i种主要建材的消耗量，Di为第i种建材的平均运输距离(km)，Ti为第i种建材的运输方式的碳排放因子(kgCO2e/t·km)。
如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述碳排放计算模型包括建筑物运行阶段的碳排放计算公式，所述碳排放计算公式为：
CYx＝(Ch+Cc+Cl+Ce)*N
其中CYx为建筑运行阶段碳排放总量(kgCO2e)，Ch为建筑供暖系统年碳排放量(kgCO2e/y)，Cc为建筑空调系统年碳排放量(kgCO2e/y)，Cl为建筑照明系统年碳排放量(kgCO2e/y)，Ce为建筑内电梯年碳排放量(kgCO2e/y)，N为建筑运行年限(y)。
8.根据权利要求6所述的一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，其特征在于：所述碳排放计算模型包括施工建造及拆除阶段的碳排放计算公式，所述碳排放计算公式为：
CJC＝Csg+Ccc
其中CJC为建筑施工建造及拆除阶段碳排放量(kgCO2e)，Csg为建筑施工建造阶段碳排放量(kgCO2e)，Ccc为建筑拆除阶段碳排放量(kgCO2e)。
施工建造阶段碳排放量计算公式：
其中Csg为施工机械碳排放(kgCO2e)，GCi为第i种工程机械的碳排放因子(kgCO2e/台班)，可由每台班机械的能源使用量乘以相应的能源碳排放因子得到，TB，i为第i种工程机械的台班使用量。
施工拆除阶段碳排放量计算公式：
其中Ccc为建筑拆除过程碳排放总量(kgCO2e)，Ecc,i为建筑拆除过程第i种能源总用量(kWh或kg)，EFi第i类能源的碳排放因子(kgCO2e/kWh或kgCO2e/kg)。
9.根据权利要求6所述的一种基于全生命周期理论的建筑碳排放计算系统，其特征在于：所述碳排放计算模型包括汇总计算建筑碳排放总量，所述碳排放计算公式为：
Ct＝CZB+CYX+CJC
其中Ct为建筑全生命周期二氧化碳碳排放量(kgCO2e)，CZB为建材生产及运输阶段碳排放量(kgCO2e)CYx为建筑运行阶段碳排放总量(kgCO2e)，CJC为建筑施工建造及拆除阶段碳排放量(kgCO2e)。
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