1 既有建筑改造全生命期理論

1.1 建筑全生命期

為便于研究，以改造發生作為分割點將既有建筑改造的全生命周期分為改前和改后兩個階段，如圖 1 所示，改前階段包括建筑修建至改造發生前的建筑材料生產及運輸、建筑施工以及改造前運營階段。改后階段包括改造發生開始至建筑拆除處置階段，包含改造所需的建筑材料生產及運輸、建筑施工、建筑運營和建筑拆除處置五個階段。本次研究主要針對改后階段，分析研究改后階段碳排放特點并提出相應的減排策略。

 圖1 既有建筑全生命周期劃分 

2 既有建筑改造全生命期碳排放計算

2.1 項目概況

統計既有建筑改造過程中實際的能源、人員以及材料消耗等信息，計算建筑材料生產及運輸、建筑施工、建筑運營和建筑拆除處置五個階段的碳排放量。為便于比較，以單位建筑面積碳排放作為計算值。建筑全生命周期單位面積碳排放總量 C 計算如下：

（1）

式中分別代表建筑材料生產、建筑材料運輸、建筑施工、建筑運營和建筑拆除處置階段的單位建筑面積碳排放量。

碳排放因子是指生產或消耗單位質量物質伴隨的溫室氣體的生成量，是表征某種物質溫室氣體排放特征的重要參數。碳排放因子將建筑全生命周期中能源、建筑材料、機械設備臺班等的使用量與碳排放量聯系起來，為便于分析，本次研究建材、化石能源碳排放因子主要來源為《建筑碳排放計算標準》GB/T51366-2019 ，依據 2023 年生態環境部《關于做好 2023—2025 年發電行業企業溫室氣體排放報告管理有關工作的通知》，本文采用的電力碳排放因子為 0.5703 tCo2/MWh。

2.3 建材生產階段碳排放計算

建材生產階段的碳排放主要來自原材料開采運輸中能源的使用以及建材生產工藝中的排放。建材用量根據項目實際發生清單計算，改造建筑主要建材生產（考慮部分建材的回收）的碳排放總量為 979.06 kgCo2e/㎡，如圖 2 所示。

2.4 建材運輸階段碳排放計算

建材運輸過程中的碳排放量與建材的重量、運輸工具、運輸距離有關，建筑建材運輸過程的碳排放總量為 8.78 kgCo2e/㎡，如圖 3 所示。

2.5施工階段碳排放計算

施工階段產生的碳排放量主要來自施工機械設備的能源消耗和施工涉及的人員的能源消耗，改造建筑建造施工階段機械設備耗能的碳排放總量為 11.16 kgCo2e/㎡，各類機械設備碳排放量構成，如圖 4 所示。辦公及施工人員耗能的碳排放總量為 34.84 kgCo2e/㎡，見表1 和表 2 施工階段合計的碳排放總量為 46.00kgCo2e/㎡。

表 1 辦公人員碳排放量

表2 施工人員碳排放量

2.6 運營階段碳排放計算

模擬建筑改造后的實際用能情況，對建筑運營期的采暖、制冷、通風、照明、設備等終端用能量進行計算，得出建筑年用電量為 134.22 kWh/(㎡a)。改造建筑利用建筑自身及周邊建筑的屋面和立面，設置了光伏發電。經測算，光伏年發電量為 160.38 kWh/(㎡a)，改造建筑運營階段碳排放量為 -10.57 tCo2e/ 年。按照改造后建筑 30 年壽命，合計運營階段單位面積碳排放量為 -447.57 kgCo2e/㎡。改造建筑運營階段碳排放，見表 3。

表3  改造建筑運營階段碳排放

注：1. 終端能耗包含項目采暖、制冷、照明、通風、設備等全部終端能耗。2. 負號代表可再生能源盈余。

2.7 拆除廢棄階段碳排放計算

按照建筑規模估算建筑拆除階段的人員、機械臺班，以及建筑垃圾的發生量估算建筑拆除廢棄階段碳排放量，如圖 5 所示。計算得出改造建筑拆除階段的碳排放總量為 11.52 kgCo2e/㎡。

2.8 結果分析

匯總以上計算結果，改造建筑全生命周期單位面積碳排放總量 C 為 597.75 kgCo2e/㎡，如圖 6 所示。其中建材生產階段碳排放量 979.06kgCo2e/㎡，占比93.66%；建材運輸階段碳排放量 8.78kgCo2e/㎡，占比 0.84%；施工階段碳排放量 46.00kgCo2e/㎡，占比4.40%；建筑拆除處置階段碳排放量 11.52 kgCo2e/㎡，占比 1.10%。建筑運營階段碳排放量 -447.57 kgCo2e/㎡。

3 既有建筑改造減排策略研究

3.1 建材生產及運輸階段

3.1.1 合理選擇低碳建筑材料

3.2 建筑施工階段

建筑施工階段，總體碳排放量為 59.54 kgCo2e/㎡，從施工階段碳排放的構成上看，如圖 7 所示。施工過程可以通過以下措施合理降低施工和拆除階段碳排放量。

從構成上看，由于改造項目的特殊性及新冠疫情的影響，該項目施工工期較長，反應到碳排放數據上，該項目施工人員產生的碳排放量占施工和拆除階段碳排放總量的 62.1%，拋除不可控因素的影響，對現場管理人員以及工人的合理安排將會對施工過程的節能降碳起到積極性作用。

機械設備所產生的碳排放量占施工和拆除階段碳排放總量的 32.4%，從機械設備種類上看，以柴油機械為主，在施工階段盡可能采用以電能或其他可再生能源為能源的機械設備，可以降低施工階段碳排放量。

改造建筑功能為展廳，建筑內存在大量高耗能展示設備，建筑運營過程中設備用電量較大，建筑設計目標為運營期零碳，通過光伏發電產生的碳替代抵消建筑的實際碳排放，實現建筑運營零碳的目標，大幅降低建筑全生命周期的碳排放總量。若項目未達成運營期零碳，如圖 8 所示。其終端耗電量為 134.22 kWh/(㎡a)，建筑全生命周期碳排放量達 3341.69 kgCo2e/㎡，是目前項目的 5.59 倍。因此，降低建筑運營期碳排放量，對于降低建筑全生命周期碳排放量具有重要作用。

既有建筑改造不同于新建建筑，改造存在諸多的條件限制和制約。因此，既有建筑節能改造不應按照統一的模式去執行，應考慮建筑的實際情況，因地制宜的制定改造方案，同時改造的方案制定應站在建筑全生命周期的視角考慮建筑碳排放量，例如對于建筑中已有的材料、構件，盡可能的實現再利用，不僅可節省改造的投資，對于降低全生命周期碳排放量同樣起到積極作用。同時，對于既有建筑的零碳改造，對于降低建筑全生命周期的碳排放量具有重要的作用。