我国建筑碳排放核算解析

清华大学土木水利学院建设管理系

李小冬 朱辰

从1992年联合国气候变化框架公约开始至今，气候变化问题已成为全球共同关心的重大问题。中国已经成为了世界上碳排放 量最大的国家，2016年贡献了世界总co₂排放量的28%，将近美国的2倍。建筑是全球能源消耗和co₂排放的三大部门(工业和交通)之一，在我国建筑碳排放占总碳排放的35%～50%。随着城镇化的发展和生活水平的提高，建筑建造和使用的能源需求和碳排放呈现出不断上涨的趋势，我国每年新建建筑面积占世界的1/2左右。同时该领域具备较大的节能减排潜力，减排成本也相对较低，因此建筑减排被认为是实现全球气温升幅控制在2℃内长期目标的关键环节，该领域正受到越来越多的关注。控制建筑碳排放在国家整体的可持续战略中责无旁贷，近年来中国政府对该问题高度重视，相继颁布了系列的标准规范并出台了相关工作指导方案。

 碳排放核算

 核算方法

碳排放核算是定量化表述碳排放变化趋势和探索碳排放影响因素并进行减排路径设计的基础，目前国际上较为认可的关于碳排放量的核算方法模型主要有3种，分别是排放因子法、质量平衡法和实测法，已广泛应用于不同的排放源类型的碳排放量估算。

1996年，IPCC出版首份国家温室气体清单指南，并在指南中提出了第一种碳排放估算的方法，即排放因子法，也是目前应用最广泛的方法。随后IPCC又更新出版了《2006年IPCC国家温室气体清单指南》，并沿用至今。其基本思路是根据碳排放清单列表，针对每种排放源构造其活动水平数据和碳排放因子，两者的乘积即为碳排放的估算值。物料衡算法的基本原理是质量守恒，即投入某系统或者设备的物料质量必然等于该系统产出的物质质量。

该方法可以反映发生地的实际排放，捕获各类设施和设备之间的差异。1996年，IPCC提出的估算化石能源排放的参考方法和工业生产过程排放核算的可选方法即为质量平衡法。实测法的基本思路是基于排放源的现场实测基础数据，进行汇总计算得到相关碳排放量。该方法结果精确，中间环节少，但是数据获取难度大、成本高。3种碳排放核算方法的相关情况总结见表1。

建筑碳排放核算

建筑碳排放指的是从建筑建设到投入运行使用，直至拆除的过程中，由于材料的使用、设备设施运行、施工运输等过程中原料的化学反应，直接或间接使用化石能源所产生的温室气体排放的综合，以二氧化碳当量表示。基于以上总结，物料衡算法和实测法均不适用于建筑领域碳排放核算，因此基于排放因子法，建筑碳排放=建筑相关直接/间接活动数据×排放因子。目前建筑领域碳排放核算的研究可以分为2个维度，一个是微观层面建筑单体的碳排放核算，另一类是宏观层面的全球、国家、区域、省市等建筑碳排放的核算。

微观层面建筑单体碳排放的核算

针对微观单体建筑碳排放的测算，主要用于开展绿色建筑评价和建筑碳排放权交易时对单体建筑碳排放水平的测定，对计量方法的可行性和计量结果的准确性的要求较高。基于过程的清单分析方法可以达到目标过程所需要的细节水平，因此被广泛应用。国内外针对单体建筑开发了各种环境影响评价和碳排放的核算系统，如美国BEES、英国ENVEST、德国DGNB标准、中国清华大学BEPAS、2014年中国工程建设标准化协会发布的《建筑碳排放计量标准》和2019年住建部发布的GB/T51366—2019《建筑碳排放计算标准》等，这些方法和标准均以ISO14044:2006生命周期评价方法为基本框架。总体来说，微观层面上最新的研究集中在对建筑不同的生命周期阶段、建材、构件部品、结构形式等进行碳排放核算进而比较，研究的结果旨在为低碳建筑设计提供参考。但是，由于碳排放清单、排放边界和生命周期划分的差异，导致目前缺乏统一公认的单体建筑碳排放计量标准，并且研究结果之间的可比性较弱。

宏观层面建筑碳排放的核算

宏观层面的建筑碳排放核算指的是全球、国家、区域、省市等尺度的建筑领域的碳排放，其目的多为反映区域建筑能耗和碳排放总量的水平，为政府制定节能减排政策提供基础。与微观单体建筑纵向生命周期视角的碳排放核算不同的是，宏观建筑碳排放核算多是以年度区域建筑碳排放为单位的横截面数据。宏观建筑碳排放可以分为建筑物化碳排放和运行碳排放。建筑物化碳排放包括新建建筑建造、维修和拆除过程的碳排放;建筑运行碳排放，指建筑物使用过程碳排放，包括照明、采暖、空调和各类建筑内使用电器的能耗及产生的碳排放。

1)建筑物化碳排放

目前国内外学者在宏观层面对建筑物化(Em-bodied)碳排放测算的方法主要有投入产出法(自上而下)和过程分析法(自下而上)。

1951年，Leontief首次提出投入产出法(I-O)。1970年，Leontief开创性地将该模型延伸应用到环境问题中，将最终需求部门的环境数据与部门间的经济投入产出关联信息联系起来，进而测算某部门的直接和间接环境影响。投入产出法利用政府统计部门或者国际组织公布的公共数据，计算得到结果反映部门的平均排放水平，与过程分析法相比数据获取更加方便，节约时间和成本，并且提供了一致的测算框架，有利于开展不同地区和部门间的比较研究。但是同时也存在部门内产品同质性的不合理假设，不利于产品的分类研究。投入产出法已经成为研究宏观层面如全球和国家、中观层面如各部门和地区间碳排放相关研究的主流方法。

将投入产出法应用于建筑领域碳排放的研究国内外也做出了较多的实践，大致可以分为三类。a.基于核算结果对建筑碳排放贡献进行分析和比较。Huang等利用2009年世界环境投入产出表，对全球40个国家的建筑部门碳排放水平进行了比较分析，结果表明中国是全球建筑领域碳排放总量最大的贡献者。b.比较I-O法和基于过程法的建筑碳排放核算结果。Nёssén等对瑞典建筑部门排放以及Zhang等对中国建筑物化碳排放均作了类似的比较研究。c.研究建筑物化碳排放对生命周期碳排放的贡献。Onat等利用混合I-O法对美国住宅和商业建筑的碳排放进行了测算，结果表明建筑使用阶段的碳排放在生命周期中占比最大。对上述应用投入产出法核算建筑碳排放的研究总结归纳之后可以发现，由于各国经济部门的划分标准不同导致应用投入产出法进行核算时，存在一个建筑碳排放范围的定义问题，已有的有关中国的研究大多是基础设施的建筑业，而非针对房屋建筑。

过程分析法通过将拟研究产品的生产或者消费过程划分为不同阶段，对每个阶段内与外部环境的能量、物质交换和环境影响进行研究，最后将各个阶段的计算结果进行汇总，进而得到该产品的能源消耗和环境影响。该方法计算的结果有较高的针对性和准确性，但是计算的过程需要大量的数据输入，导致时间和成本的投入较大。若核算直接采用公开数据库或文献数据，则结果的技术和地域的代表性软弱。并且评价范围定义的差别，导致该方法计算得到的结果可比性较弱。在宏观层面建筑碳排放测算方面，也有较多学者基于过程分析法的思想，结合统计数据展开研究。Zhang等基于过程分析法，借鉴单体建筑生命周期阶段，将建筑部门划分为6个子过程，分别是材料的生产、运输、建筑的建造、运行、拆除及废弃物的运输处理，对中国建筑部门2005—2014年的碳排放进行了核算。冯博计算中国建筑业碳排放时不仅计算了直接碳排放，还考虑了建筑材料的消耗和回收利用产生的间接碳排放。但是通过对以上研究的分析可以发现宏观建筑物化核算的范围各异，没有公认统一的界定，并且由于数据的可得性问题，绝大多数过程分析法核算的建筑物化碳排放均是小于I-O法计算的结果。该方法对建材的碳排放因子和活动水平的依赖性较大，而我国尚未得到广泛认可的建筑材料碳排放因子数据库，这些都给核算带来了数据方面的挑战。

2)建筑运行碳排放

在宏观层面，对既有建筑运行阶段能源消耗和碳排放的核算方法大体上可以分为自上而下和自下而上两大类。自上而下的方法比较有代表性的是杨秀等开创性提出的统计数据拆分法，该方法的数据获取和计算过程较简单，来源权威，但是测算结果存在较大的不确定性。后续王庆一利用统计数据拆分核算中国建筑能耗时对能源统计年鉴相关数据进行了调整。蔡伟光、Huo等在其研究基础之上建立了基于能源平衡表的建筑能耗拆分模型，还提出了区域建筑能耗上下限校核方法。

自下而上的方法整体思路都是基于各类建筑的用能强度(如单位面积采暖能耗、住宅户均能耗等)以及其对应的宏观参数(如采暖面积、住宅户数等)构建建筑能耗核算模型。该方法测算过程复杂，对调研数据的需求较大，但是核算结果相对较精确。比较有代表性的模型有杨秀构建的CBEM(ChinaBuildingEnergyModel)模型，Zhou等开发的模型，国际能源署(IEA)发布的《世界能源展望》报告中采用的WEM模型，我国发改委能源研究所开发的基于LEAP(Long-rangeEnergyAlternativesPlan-ningSystem)的中国建筑能耗计算模型，彭琛等建立的基于技术与行为因素的建筑能耗分析模型(TechnologyandBehaviorModel，TBM)等。

从核算方法思路及核算内容两方面将以上关于建筑碳排放核算方法及特点整理，结果见表2。

表1 碳排放核算方法比较

表2 建筑碳排放核算方法

以上这些有关建筑碳排放核算的模型方法尽管各自存在一定的局限性，但是整体发展较为成熟，为全面系统地了解建筑碳排放的现状及开展进一步的研究奠定了坚实的方法论基础。

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本文摘自《安全与环境学报》第20卷第1期：《我国建筑碳排放核算及影响因素研究综述》