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[摘要]研究依托國家標準《建筑碳排放計算標準》GB/T51366-2019，對七棟現代木結構建筑的全壽命期碳排放進行計算。研究結果顯示，在建筑全壽命周期內，建筑在運行階段碳排放占建筑全壽命期碳排放比例較大，為82.8%-95.4%。由于木材的使用，減少了傳統建材的使用量。如果與僅使用鋼筋和混凝土的基準建筑相比，從全壽命期的角度來看，木材的使用可節省8.6%-13.7%的二氧化碳排放。

[關鍵詞]現代木結構；全壽命期；碳排放

1研究背景

輕型木結構建筑始于北美，長期以來以其在安全舒適、低碳環保、耐久性能及裝配上的優勢，被認為是一種較為成熟和先進的建筑構造形式。隨著我國經濟發展和社會需求的增長，近年來，現代木結構建筑行業在我國發展迅速，具有較大的市場潛力。現代木結構建筑無疑會對減少建筑領域碳排放量具有積極作用。然而，目前有關我國現代木結構建筑全壽命期的碳排放研究較少，且缺乏與傳統混凝土建筑相比碳排放量減少的定量分析[1]。本研究對我國七棟現代木結構建筑進行全壽命期碳排放量計算，定量分析其減碳能力。

2建筑全壽命期碳排放計算方法及結果

加拿大TheAthenaSustainableMaterialsInstitute對于現代木結構全壽命期碳排放做了大量研究，并基于歐洲標準委員會標準EN15978對部分加拿大現代木結構建筑全壽命期碳排放進行了計算[2,3]。在我國，雖然已開展有關現代木結構建筑碳排放計算方法的研究[4]，但尚未形成只針對木結構建筑的碳排放計算標準。因此，本研究將依托國家標準《建筑碳排放計算標準》GBT51366-2019和加拿大TheAthenaSustainableMa-terialsInstitute相關木結構構件碳排放建筑研究報告，對我國木結構建筑進行全壽命期碳排放計算。經征集、篩選，研究最終包含7個項目，覆蓋寒冷及夏熱冬冷氣候區，建筑類型包括居住建筑、酒店、辦公建筑、養老院、文旅建筑等多種建筑類型。研究對建筑主材類型與數量、建筑圍護結構構造、能源系統形式、室內環境設計參數等基本信息進行收集，并從建材生產、建材運輸、建造施工、建筑運行以及建筑拆除五個方面入手，對全壽命期不同階段碳排放進行計算。建筑建造及拆除碳排放占建筑全壽命期比例較少，其構成主要來自能源消耗。對于傳統混凝土建筑而言，單位面積建筑建造碳排放從17～168kWh/m2不等[5]，項目間差異很大[5-7]。對于現代木結構建筑而言，已有研究表明，加拿大單位面積建造碳排放約為10kgCO2/m2[2,3]。由于以上7個項目缺少建造過程及拆除能源消耗清單，根據我國的建造業發展水平，假設單位面積建筑建造及拆除碳排放為30kgCO2/m2。其他階段碳排放方法與國家標準《建筑碳排放計算標準》GBT51366-2019相同，不做贅述。由表1和表2可以看出，我國現代木結構建筑在50年使用期內單位建筑面積碳排放從24.6～31.1kgCO2e/m2a不等，平均為28.8kgCO2e/m2a。根據一幢位于PriceGeorge的木結構建筑研究報告顯示，對于使用期同樣為50年的一幢4820m2的綜合樓來講，使用期內單位建筑面積的碳排放為40.6kgCO2e/m2a，遠大于我國木結構項目的碳排放[2]。其主要原因為建筑運行階段的碳排放較高。除了氣候方面的差別外，不同于發達國家的高舒適度和高保證率下的高能耗，我國建筑能耗特點為低舒適度和低保證率下的低能耗。研究表明，無論是人均建筑能耗還是單位面積建筑能耗，我國目前都遠低于發達國家，這主要是由于我國的建筑形式和能源使用方式決定的[8-9]。圖1表明了所有木結構建筑全壽命期不同階段的碳排放占比。建筑運行階段碳排放占全壽命期碳排放從81.7%-98.8%，平均為88.4%。根據文獻調研，建筑運行階段的碳排放占比較大，約占全壽命期碳排放的80%-85%[10]。加拿大WoodInnovationandDesignCentre項目以及TallwoodHouse項目運行階段碳排放分別占全壽命期碳排放的89%[2]以及84%[3]。其他階段碳排放占比較少，建筑建材、運輸、建造和拆除階段碳排放平均占比為7.3%、0.1%、2.1%以及2.1%。Adalberth[11]在研究中同樣指出，建筑運行碳排放占全壽命期的主要比例80%-90%，其次為建筑材料碳排放，約為10%-20%，建材運輸、建造和拆除階段碳排放占比較小可以忽略。

3現代木結構建筑節碳能力分析

木結構建筑能有效降低資源能耗，減少二氧化碳排放。從全壽命期的角度來看，建筑運行階段的碳排放占比最大，但如若木結構建筑與傳統鋼筋、混凝土建筑的圍護結構熱工性能相同，使用的能源系統也相同，則運行階段碳排放沒有差別[12]。運輸、建造和拆除階段碳排放可忽略不計，木結構建筑與傳統鋼筋、混凝土建筑的節碳能力主要體現在建筑材料碳排放環節。研究表明，鋼筋和混凝土的碳排放占建筑材料碳排放中的絕大部分[13]。本研究的結果也顯示，相較于木材，傳統建材的碳排放量較大，除了中加生態示范區楓丹園項目沒有混凝土和鋼材的使用，上谷水郡會所也僅使用了鋼材，沒有混凝土消耗，其他項目由于混凝土和鋼材產生的碳排放量占建筑材料碳排放的57%-96%不等。木結構建筑在建造過程中由于木材的使用，無疑減少了傳統建材的使用，從而減少了二氧化碳排放量。對于傳統建筑來講，鋼筋和混凝土的使用量是由建筑的結構形式、建筑類型、抗震等級、混凝土強度等方面決定的，不同建筑差別較大。對于鋼材的使用量，譚澤先[14]綜合多種統計數據，編制出各類鋼筋混凝土結構含鋼量的一般范圍表。對于混凝土使用量，通過文獻調研，單位面積的使用量從0.35-0.88m3/m2不等[6,12,15,16]。考慮到本文研究的的現代木結構建筑以一層和多層為主，因為假設不使用木材，僅使用鋼筋和混凝土的基準建筑混凝土消耗為0.5m3/m2；鋼材消耗為40kg/m2，可以得到如下結果見圖2、表3：從建材生產階段來看，與僅使用鋼筋和混凝土的基準建筑相比，由于木材的使用，可使得碳排放降低48.9%-94.7%，平均為64.5%。其中中加生態示范區的節省能力最強，為94.7%。從全壽命期的角度來看，與基準建筑的碳排放量相較，所有木結構建筑中，由于中加生態示范區楓丹園完全沒有使用到混凝土和鋼材，因此全壽命期碳排放節省率最高，為12.9%。上谷水郡會所項目由于僅使用到了鋼材，未使用混凝土，因此節省率也可達13.7%。其他建筑的全壽命期碳排放節省率為8.6%-11.8%不等。平均而言，木結構建筑中由于木材的使用，可以使得全壽命期的碳排放節省11.0%。

4結論

本研究以木結構建筑為研究對象，基于壽命期評價方法，對其全壽命期進行節能減排效益評估。（1）將壽命期評價方法應用于現代木結構建筑的碳排放研究，把壽命期分為建筑建材生產階段、建材運輸階段、建造施工階段、建筑運行階段以及建筑拆除階段，并針對各個階段的清單數據進行搜集整理并根據國家標準《建筑碳排放計算標準》GBT51366-2019提供的方法進行計算。（2）在建筑全壽命周期內，建筑在運行階段碳排放占建筑全壽命期碳排放比例較大，為82.8%-95.4%。運行階段碳排放與氣候條件、建筑構件的材料和構造形式、建筑能源系統的選擇以及使用者的行為習慣等方面有關。控制和減少運行階段碳排放是減少建筑碳排放的重點和關鍵。其他階段碳排放：建筑材料碳排放為0.8%-12.1%、運輸碳排放為0.1%-0.3%、建造以及拆除碳排放為1.9%-2.4%。（3）在木結構建筑中，由于木材的使用，減少了傳統建材的使用量。如果與僅使用鋼筋和混凝土的基準建筑相比，木材的使用可以使建材生產階段碳排放降低48.9%-94.7%。從全壽命期的角度來看，與基準建筑的碳排放量相較，可節省8.6%-13.7%的二氧化碳排放。

參考文獻

[1]孫立新,董宏,周輝,etal.木結構與混凝土結構房屋全壽命周期碳排放對比分析研究——以中加合作項目泰達悅海酒店公寓為例[J].建設科技,2016,5(14-6.

[4]郭偉,姚濤,張時聰,etal.輕型木結構房屋碳排放總量計算方法研究[J].建筑節能,2014,42(9):73-85.

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[9]楊秀.基于能耗數據的中國建筑節能問題研究[D].北京;清華大學,2009.

[14]譚澤先.鋼筋混凝土結構含鋼量的一般范圍和合理控制方法[J].建筑結構,2007,37(7):17-9.

作者：張時聰 楊芯巖 徐偉 單位：中國建筑科學研究院有限公司