商展经济 DOI:10.19995/j.cnki.CN10-1617/F7.2022.13.104 双碳目标视角下我国场馆设施木质建材碳计量 替代模型初探 王进1 李茗2 (1.浙江万里学院 浙江宁波 315040；2.中国林业科学研究院林业科技信息研究所 北京 100091) 摘 要：场馆设施木质建材碳计量替代，是通过对比由木质材料制成的产品与其他材料制成的具有相同功能产品的全 生命周期碳排放量，分析研究木质材料在我国基础设施建设方面的环保优势。与国际建筑领域碳计量替代理论发展相 比，我国由于土地资源、消费者意识和人口居住习惯等国情因素，木质建材碳替代研究发展起步晚，还处于早期探索阶 段。目前我国建筑界鲜有关于此领域的研究，在很多方面，诸如核算对象边界确认、核算方法确立等一系列核心问题既没 有统一的业内标准，也没有成熟的理论体系，这对于我国场馆设施建设碳替代领域的研究，既是挑战也是机遇。本文在 归纳和总结国际建材领域碳替代研究基础上，结合我国国情，构建了我国场馆设施木质建材碳替代模型。深入研究碳替 代理论对我国基础设施行业努力实现节能减排与可持续发展双赢目标具有重要意义。 关键词：木质材料碳替代；全生命周期碳排放；场馆建设节能减排；低碳场馆建设；低碳建材 本文索引：王进，李茗.双碳目标视角下我国场馆设施木质建材碳计量替代模型初探[ J].商展经济，2022(13)：104-109. 中图分类号：F062.2 文献标识码：A 高的木结构建筑伦敦Stadthaus酒店；芬兰第一座高层木 1 前言 摩天大楼的兴起及林木材料自身存在的各种先天缺 陷，将建筑首选材料的位置从传统的木材换成了钢筋混 凝土。我国目前每生产1吨水泥对应产生800千克二氧化 碳，导致场馆等相关设施建设(会展场馆、办公楼、宾馆酒 店、公寓、体育场等)一直呈现高能耗和高排放特点。近年 来，全球气候变化问题受到各国政府的持续关注，从可持 续发展的战略角度出发，主动减少碳排放和积极参与碳 中和是各国延缓全球变暖的必经之路。我国在国际上努 力争取合理的碳排放空间的同时，在国内大力推行 “以绿 色发展推动高质量发展”的可持续发展战略。2020年4月， 中国建筑材料联合会发布的《关于进一步提升建材行业 节能减排水平 加快绿色低碳发展步伐的实施方案》 (中建 材联协发 〔2020〕34号)对建材行业节能减排提出具体要 求。2021年我国 “3060双碳”(2030年达到碳达峰，2060年 结构公寓楼Puukuokka；2016年世界上最大的交叉层积材 CLT(Cross Laminated Timber)大楼Dalston Lane；2019年 世界最高木结构建筑挪威Mjøstårnet大楼；2020年正式落 成的伦敦 “Orsman大街6号”CLT和钢材相结合的木质结 构活动中心；2021年正式落成的东南亚首座用木材为主要 材料建造的南洋理工大学木制体育馆The Wave；2021年 重建的东京奥运会主场馆及奥运村广场等。木质复合材料 不但具有良好的耐火性、抗震性，还具有隔声隔热效果好、 建造快、建筑现场噪声污染低等优点，更重要的是其具有 良好的固碳和减排效果。计算结果显示，生产1立方米CLT 材料只产生110千克的碳足迹，而木质材料本身可固碳825 千克，净产生碳汇715千克/立方米。 场馆设施木质建材碳计量替代(Wood Substitution) 通过对比木质产品与其他材料制成具有类似功能产品的 全生命周期碳排放量，分析研究木质材料在我国场馆设 达到碳中和)目标的提出，为我国经济的高质量发展指明 施建造中的碳减排替代优势。目前我国建筑界鲜有关于 了方向，对我国各行业绿色低碳发展具有引领性和系统 此领域的研究，在很多方面，诸如核算对象边界确认、核 性指导。 算方法确立等一系列核心问题既没有统一的业内标准，也 在建材领域，随着科技的不断进步，除了节能型可重 没有成熟的理论体系，这对于我国场馆设施建设碳替代 复使用材料的不断开发和使用外，一场 “木材革命”正在悄 领域的研究，既是挑战也是机遇。本文在整理和归纳国内 然兴起。目前世界上很多国家不断尝试使用新型工程木材 外木质材料碳计量替代理论发展的基础上，探索我国场 料建造各类场馆、酒店、楼宇等设施。例如，2008年全球最 馆设施建设中木质建材碳计量替代核算理论的框架，为 104 2022年7月 www.szjjxsk.com 场馆建设 我国绿色建筑业发展提供了指导建议，尤其是在碳排放 究起步较晚。白彦锋等(2009)按照1994年我国房屋建筑 配额有限的情况下，对我国努力实现节能减排与可持续发 施工面积78032.2万平方米为基准，对比木材、钢筋混凝土 展双赢目标具有重要意义。 和钢筋预制板结构，计算出木质结构在碳排放上分别要 2 国内外木质材料碳计量替代理论发展 比钢筋混凝土和钢筋预制板减少350兆吨和201兆吨。在 因木材在基础建设方面广泛使用，木质材料替代的 房地产市场建筑施工面积迅速扩大的背景下，2004年木 早期研究集中在欧美国家建筑领域，研究历史可追溯至20 质建材在碳排放上分别要比钢筋混凝土和钢筋预制板减 世纪70年代中期。Boyd等(1976)对木材和其他材料在房屋 建造领域能耗进行了对比。90年代后，随着气候变化研究 的兴起，对木质材料潜在的相关减排研究逐渐增多，理论 发展主要呈现三个特点。 第一，研究对象细分为宏观(行业)和微观(单个场景) 少1309兆吨和752兆吨。邱祈榮 等(2010)按照136m 2建筑 面积作为衡量标准，核算出台湾木质构造建筑材料替代 一般建筑材料可使二氧化碳排放量减少84.5吨。Geng等 (2017b)利用国际数据库及相关文献数据对单位面积的木 质地板和瓷砖碳排放进行核算和对比分析，结果显示利 两大类。在宏观方面，Koch(1992)基于Boyd等(1976)研 用木质地板替代瓷砖能够减少0.16～2.85t／m 2碳排放，但 究基础，调查木质材料和钢筋、铝制、混凝土、塑料以及 同时指出因为所使用的全生命周期研究方法不包含原木 砖材等建筑材料在特定场景下碳排放对比。Jonsson等 (1997)通过对实木地板、油地毡和PVC地板材料的碳排 采伐、森林碳储量的变化等因素，故结论有待完善。 Geng等 (2019)利用替代因子对中国建筑和家具行业在宏观整体 放数据对比，发现实木地板整体上综合能耗最低。其他学 上进行测算后发现，2004年木制品消费需求每增长10%， 者如Buchanan和Levine(1999)、Upton等(2008)、Kayo等 高能耗材料碳排放下降18.76兆吨。 (2015)、Nepal等(2016)各通过不同的宏观场景进行核算分 3 我国场馆设施木质材料碳计量替代模型 析。在微观方面，碳计量替代理论主要对比每个单元木质 材料与其他材料的碳排放，会因不同应用场景与核算边 界而出现不同结果，比如Pingoud等(2003)、Geng等(2017a) 对2017年之前具有代表性的木质材料替代研究按照宏观 和微观应用场景进行整理和归纳， 具有较高的参考价值。 第二，研究范围从早期房屋建造领域扩大至其他领 域， 比如，窗和门框、公共供电杆、房梁、木地板等。 第三，研究模型不断改进和完善。首先，早期木质材 料替代研究是基于全生命周期(Life Cycle Assessment) 碳 足迹核算模型为基础的个案分析，替代效果取决于应用 场景的客观条件，而2000年前后逐步成型的碳替代因子 (Displacement Factor)模型将替代效果的核算扩展至行业 层面，如Geng等(2017b)。其次，全生命周期碳足迹核算模 型的科学性和准确性也在不断完善。Buchanan和Levine 3.1 木质材料碳计量替代模型 场馆设施建设的独特性决定了碳替代模型是基于 特定场景下(基于项目)的量化分析，通过对比场馆建设 中所使用的木质材料与其他代替材料的全生命周期碳 足迹，从而挖掘木质建材在场馆建设节能减排方面的优 越性，即 ∆E=Ew-Ea w (1) a 其中：E 和E 分别代表特定场馆基建项目中(如门、房 梁、地板、墙等)木质材料(w)全生命周期碳足迹总量和其 他替代材料(a)全生命周期碳足迹总量，单位为吨二氧化 碳当量；∆E代表替代效果，∆E>0表示木质材料不具有替 代效果，∆E<0表示木质材料具有替代效果且数值越小效 果越明显。和的核算公式分别为： (2) (1999)建议将木质材料自身碳储量和因木质材料采伐而 (3) 导致的森林碳储量变化这两部分纳入木质材料全生命周 期碳足迹核算模型。Gustavsson等(2006a)在核算瑞典和 式(2)中： 代表第n种木质材料在全生命周期第s环 迹时，也采取同样的方法。Borjesson 和Gustavsson(2000) 节的碳足迹；N代表特定场馆施工项目中共使用N种木质 材料；S代表木质产品从原材料采伐、原材料运输、初级加 在研究木质材料和混凝土在房屋建筑领域全生命周期碳 工、运输、生产再加工、产品物流、安装、使用维护、回收利 足迹对比时提出木质产品全生命周期碳足迹核算模型要 包括原木砍伐对森林造成的碳储量变化这一概念。Gus- 用等全生命周期共有S个环节； 代表木质材料生产过程 中所产生的生物质燃料替代效果； 代表木质材料自身 tavsson等(2006b)提出在木质材料全生命周期碳足迹模型 碳储量。公式(3)中， 核算中还应该包括木质材料在生产过程中产生木屑残料 第i环节的碳足迹；I代表其从原材料开采、原材料运输、初 级加工、运输、生产再加工、物流、安装、使用维护、回收利 芬兰的木质结构和混凝土结构建筑房屋全生命周期碳足 副产品(生物质燃料)对化石燃料的替代作用。 与国际木质材料替代理论研究的发展相比，我国由 于土地资源、消费者意识、居住习惯等国情因素影响，研 代表第m种其他材料全生命周期 用等全生命周期共有I个环节； 代表其他材料所产生的 “剩余森林”碳汇总量。 www.szjjxsk.com 2022年7月 105 商展经济 由于不同场馆建设项目所使用的各种建材种类数量 详细阐述。场馆建设过程中涉及电耗、运输等碳排放核算 等少数学者的探索性研究开始，随着理论研究的不断深 入和应用场景的不断开发，木质生物质能源替代的核算 成为木质材料替代模型的关键组成部分之一。后期的研 究分析通常使用木材残余物废料所产生的热量(直接燃烧 方式)抵消化石燃料(煤炭)产生热量的程度来显示替代效 方法具体可参考《公共建筑运营单位(企业)温室气体足迹 果，即： 不同