基于LCA的節(jié)能減排評(píng)價(jià)方法研究

孫 思 陳彥軍

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著全球氣候變暖，各種極端天氣隨之而來，海平面上升、物種滅絕等為人類社會(huì)的發(fā)展帶了很多挑戰(zhàn)。目前氣候變暖已引起學(xué)界高度重視，學(xué)界一致認(rèn)為全球氣候變暖的“元兇”為碳，并采取了各種措施限制碳排放，如研發(fā)新能源汽車、收取排放稅等。實(shí)際上，建筑領(lǐng)域的碳排放占據(jù)了人類日常生活碳排放量的主要部分。而人類社會(huì)的發(fā)展不得不進(jìn)行必要的碳排放，隨著發(fā)展的深入，城市化的推進(jìn)，建筑數(shù)量、人均建筑面積以及建筑能耗仍然呈現(xiàn)出高增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。為此，很多學(xué)者對(duì)各種公、民用建筑節(jié)能減排進(jìn)行了研究。李艷鳳[1]對(duì)建筑給排水設(shè)計(jì)領(lǐng)域的探討給出了采用新型給水加壓措施、引進(jìn)太陽能設(shè)備、采用區(qū)分給水的方式等多種節(jié)能減排方法。周麗[2]通過數(shù)據(jù)分析給出了我國(guó)城市建設(shè)中節(jié)能減排面臨的4類主要挑戰(zhàn)，并給出了限制人均建筑面積、重點(diǎn)發(fā)展北方供暖新模式和加強(qiáng)能源的循環(huán)使用的解決方案。然而鮮有學(xué)者能夠從LCA方法出發(fā)，對(duì)建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排進(jìn)行研究，在此之下，該文以某市民用建筑為例，基于LCA方法對(duì)民用建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排進(jìn)行研究，旨在為民用建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排提供一定的參考依據(jù)。

1 研究方法及研究對(duì)象

1.1 研究方法

LCA（Life Cycle Assessment）生命周期分析是從事物生命周期全過程出發(fā)評(píng)價(jià)該事物的手段，該分析能夠量化到每個(gè)細(xì)節(jié)，并給出綜合性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為ISO14040/44。目前LCA在污染物排放、能源使用等方面有一定應(yīng)用，其評(píng)價(jià)方法主要包括2種：從投入和產(chǎn)出層面進(jìn)行評(píng)價(jià)；從過程層面進(jìn)行評(píng)價(jià)。前者對(duì)過程細(xì)節(jié)方面略有不足，但能從整體宏觀角度給出分析，后者能深入每部分的詳細(xì)情況，如建筑分部工程中的建材消耗率等，但對(duì)宏觀整體把控有所欠缺。該文采用2種方法即宏、微觀相結(jié)合，對(duì)城市民用建筑的節(jié)能減排進(jìn)行深入研究。

在使用LCA生命周期分析進(jìn)行評(píng)估時(shí)，主要影響評(píng)估效果的標(biāo)準(zhǔn)有3個(gè)，分別為CML-2001、Recipe以及JRC-IES-2010。為了便于統(tǒng)計(jì)分析，該文選取CML-2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，該標(biāo)準(zhǔn)通過將評(píng)價(jià)特征進(jìn)行量化，確保不同功能單位在同一基礎(chǔ)上進(jìn)行比較，而使研究對(duì)象具備可比性。

1.2 調(diào)研對(duì)象

該文對(duì)某市民用建筑的耗電量、耗水量以及傳統(tǒng)能源消耗量采用LCA中的方法2進(jìn)行調(diào)研并收集數(shù)據(jù)。收集對(duì)象包括該市行政區(qū)、建筑結(jié)構(gòu)以及住戶信息（耗電、耗水和耗氣量），通過調(diào)研對(duì)象的不同來保持樣本的代表性，排除其中的偶然因素。收集手段以問卷調(diào)查為主，以問卷的形式定期對(duì)居民電、水和燃?xì)獾挠昧考百M(fèi)用進(jìn)行收集，用以獲取高精度的住戶能源消耗數(shù)據(jù)。由于問卷調(diào)研形式收集數(shù)據(jù)的操作性具有一定局限性，如行政單位建筑保密性較強(qiáng)，因此主要對(duì)易于收集的，如建成年份較早的單位及行政區(qū)域進(jìn)行問卷調(diào)研。

為了消除樣本的偶然性誤差，該次調(diào)研主要通過調(diào)研數(shù)量、不同地區(qū)、建筑類型和建筑面積等幾個(gè)主要方面保證統(tǒng)計(jì)結(jié)果的精確性，且樣本覆蓋該市各個(gè)行政區(qū)。以電力消耗作為該次調(diào)研的重點(diǎn)對(duì)象，對(duì)電費(fèi)賬單的問卷收集具體包括42個(gè)小區(qū)、560戶電力用戶，共計(jì)2 897個(gè)電力消耗數(shù)據(jù)。而用水量的數(shù)據(jù)整體覆蓋范圍比用電數(shù)據(jù)少，僅包括133戶、735個(gè)用水量數(shù)據(jù)，對(duì)燃?xì)獾慕y(tǒng)計(jì)包括142戶、588個(gè)燃?xì)庥昧繑?shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

2.1 數(shù)據(jù)結(jié)果

由于LCA方法2主要是從個(gè)體出發(fā)進(jìn)而推出整體的方法，而應(yīng)用的個(gè)體應(yīng)具備一定的樣本代表性，因此該文通過從各個(gè)行政區(qū)、住宅區(qū)調(diào)研居住建筑、公用建筑等代表性建筑的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)一步推算出地區(qū)整體的建筑節(jié)能效率。

該文調(diào)研了居住及公共類型建筑，通過兼顧樣本的地區(qū)分部、取樣數(shù)量、建筑面積和結(jié)構(gòu)類型等因素的方式確保其代表性，將調(diào)研的電、水、燃?xì)庀牧考安煌愋偷慕ㄖ娣e統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)繪制成了如圖1所示的各類建筑能耗及面積占比示意圖。從圖1中可以看出，以電力消耗來看，賓館的用電量建筑數(shù)量最多，其次為學(xué)校，寫字樓用電建筑數(shù)量為該次統(tǒng)計(jì)中的第3位，醫(yī)院用電建筑數(shù)量最少。在用水建筑數(shù)量占比中，賓館的用水建筑仍然最高，其他依次為學(xué)校、寫字樓、其他和醫(yī)院。在燃?xì)庥檬褂媒ㄖ急戎?，學(xué)校、寫字樓和醫(yī)院的燃?xì)庥昧繋缀鯙?。從圖1還以看出，不論是電消耗、水消耗或是燃?xì)庀?，在該次統(tǒng)計(jì)的5類建筑中，賓館均為此3類能源消耗量最多的建筑。在面積占比中，賓館的建筑面積仍占首位，其余依次為學(xué)校、寫字樓、其他類型建筑和醫(yī)院。造成此現(xiàn)象的原因在于此5類公共建筑中，賓館的用電、用水和用氣量的收集統(tǒng)計(jì)較易，但醫(yī)院、學(xué)校類建筑能源消耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相對(duì)較少，且燃?xì)庀姆矫娉e館外的其他類型建筑對(duì)燃?xì)庑枨罅枯^低，因此出現(xiàn)圖1中所示的除賓館外其他4類建筑燃?xì)庀牧繑?shù)據(jù)為0的情況。此外由于賓館是公共建筑，囊括了居民的食、住需求，因此其數(shù)量占比較大，建筑面積與能源消耗相對(duì)比其他幾類建筑更大。

圖1 該市5類建筑能耗及面積占比圖

2.2 能源消耗特征分析

為了反應(yīng)不同建筑類型能源消耗的時(shí)間分布特征，該文對(duì)該市15年來不同類型建筑的面積變化特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，將收集的近15年該市公、民用及綠色建筑面積變化數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，繪制了如圖所示的該市2005年～2020年民用建筑面積。從圖2中可以看出，該市總體建筑面積在過去15年內(nèi)增長(zhǎng)了約1.5倍，其中民用建筑增長(zhǎng)最顯著，15年內(nèi)增長(zhǎng)約3.5億平方米，；而公用建筑漲幅較平穩(wěn)，15增長(zhǎng)約0.7億平方米。建筑面積的增長(zhǎng)必然隨著能耗及碳排放的劇烈提升，為此該市發(fā)展了公用及民用綠色建筑，其中民用綠色建筑15年內(nèi)約增長(zhǎng)了19%，公共綠色建筑增長(zhǎng)約5400萬平方米。

圖2 該市2005年～2020年間公、民用建筑面積

此外，為了進(jìn)一步反應(yīng)不同建筑類型能源消耗的時(shí)間分布特征，該文還對(duì)該市15年來不同類型建筑的電、水和燃?xì)?類能源的變化特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并繪制如圖3所示的2005年～2020年公民用建筑的耗電、耗水和耗氣量變化圖。從圖3可以看出，在近15年內(nèi)建筑用電快速增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)量約為200億千瓦時(shí)。公共建筑面積占比較少但能耗較高。而該市水資源消耗率增長(zhǎng)較為平穩(wěn)，15年內(nèi)上漲約3億立方米，而民用建筑總水資源消耗量增長(zhǎng)于3.5億立方米?？梢钥闯鲈撌杏盟恐饕跃用裼盟繛橹鳎嫉搅丝傆盟康?5%。用水量總體增長(zhǎng)趨勢(shì)比用電量低。最后是燃?xì)庀牧?，其中燃?xì)庵饕ㄒ夯蜌馀c天然氣，從圖3可以看出，15年內(nèi)民用建筑的燃?xì)庀牧吭鲩L(zhǎng)了約15倍左右，而公共建筑15年內(nèi)增長(zhǎng)了約66倍，燃?xì)庀牡脑鲩L(zhǎng)幅度比民用建筑大。其原因在于隨著消費(fèi)水平的增長(zhǎng)，餐飲業(yè)發(fā)展迅速，帶動(dòng)了燃?xì)庀牧康募ぴ觥?/p>

圖3 2005年～2020年公、民用建筑的能源消耗量變化圖

2.3 節(jié)能減排分析

基于生命周期分析，民用建筑的能源消耗主要有用電、用水、燃?xì)庀?個(gè)方面。從碳排放的主要構(gòu)成來看，電力的消耗是碳排放的主要組成成分，而用電量產(chǎn)生的碳排放可以歸納為電能的生產(chǎn)和使用2個(gè)過程。在生產(chǎn)方面，我國(guó)的電力構(gòu)成以火電為主，日益增長(zhǎng)的用電需求造成火電的發(fā)電量增大，進(jìn)而擴(kuò)大了碳排放。而使用方面，各種家用電器的推廣也會(huì)造成一定的碳排放。其次為燃?xì)獾南?，燃?xì)庀闹饕w現(xiàn)在賓館、飯店等公用建筑領(lǐng)域，而民用建筑領(lǐng)域隨著近些年天然氣管道的普及，碳排放也有一定的增長(zhǎng)。最后為水資源的消耗，水資源本身不會(huì)產(chǎn)生碳排放，而其主要的排放體現(xiàn)在水的運(yùn)輸、水管的鋪裝和水的處理等過程中。而水資源消耗的主要排放量著重體現(xiàn)在民用建筑上，公用建筑相對(duì)而言用水量較少。

基于上述分析可以得知，電力方面的節(jié)能減排具有相當(dāng)大的發(fā)展空間，可以為該市節(jié)能減排提供巨大的潛力。往下依次為燃?xì)夂退Y源。以建筑類型來分析，民用建筑比公用建筑的電力消耗量占比較大，但公用建筑在減排效果上比民用建筑具備更大的發(fā)展空間，其主要原因在于公用建筑的建筑面積比民用建筑大。基于以上分析可對(duì)不同類型的建筑節(jié)能采取不同的辦法。從公用建筑領(lǐng)域來看，可以大力推廣節(jié)能綠色建筑的使用，增大公用建筑的有效使用面積和能源有效消耗量。對(duì)民用建筑，可以推廣低能耗電器，提高人們的節(jié)約用電意識(shí)。在燃?xì)獾南姆矫妫梢酝ㄟ^改造燃?xì)夤艿?，替換老舊的燃?xì)庠O(shè)備，增大燃?xì)獾睦寐?。或是發(fā)展綠色新能源，從開源方面解決問題。在用水方面，從該市水資源消耗量的穩(wěn)步提升可以看出，該市居民仍然缺少水資源的二次利用意識(shí)，因此可以通過對(duì)用水量少的民用建筑住戶進(jìn)行表彰，以此提高人們的水資源二次利用意識(shí)。

3 結(jié)論

該文以某市為例，基于LCA的分析方法，從局部出發(fā)對(duì)整體進(jìn)行分析。通過調(diào)研采集數(shù)據(jù)，分析了不同建筑類型、不同區(qū)域和不同能源的消耗情況，得出以下主要結(jié)論：1）該市15年內(nèi)建筑用電量快速增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)量約為200億千瓦時(shí)。公共建筑面積占比較少但能耗較高。水資源消耗率增長(zhǎng)較為平穩(wěn)，15年內(nèi)上漲約3億立方米，而民用建筑總水資源消耗量增長(zhǎng)于3.5億立方米。2） 從碳排放的主要構(gòu)成來看，電力的消耗是碳排放的主要組成成分，而水資源的消耗產(chǎn)生的碳排放量最少，水資源本身不會(huì)產(chǎn)生碳排放，其主要的排放體現(xiàn)在水的運(yùn)輸、水管的鋪裝和水的處理等過程中。而水資源消耗的主要排放量著重體現(xiàn)在民用建筑上，公用建筑相對(duì)而言用水量較少。3） 從能源消耗的角度分析，電力方面的節(jié)能減排還具有相當(dāng)大的發(fā)展空間，可以為該市節(jié)能減排提供巨大的潛力，往下依次為燃?xì)夂退Y源。