DOI:10.19892/j.cnki.csjz.2018.17.004 ACADEMIC RESEARCH | 学术研究 城市住宅建筑物化阶段建材碳排放研究 A STUDY ON CARBON EMISSIONS OF BUILDING MATERIALS IN MATERIALIZATION PHASE OF URBAN RESIDENTIAL BUILDINGS 仓玉洁　罗智星　杨柳　刘加平 ｜ Cang Yujie　Luo Zhixing　Yang Liu　Liu Jiaping 中国博士后科学基金项目资助（编号：2017M613086） 国家杰出青年科学基金项目资助（编号：51325803） 十三五重点研发计划“建筑节能设计基础参数研究”项目资助（编号：2018YFC070004） 摘要 建筑的物化阶段具有碳排放时间集中、排放量大的特点，是应对气候变化和节能减排的关键阶段。因此通过界定建筑物化阶段碳排放的 系统边界，采用简化的生命周期评价方法，可以在建筑方案设计中快速计算建筑物化阶段碳排放量。本文利用基于过程的清单分析方法，研究 了129栋住宅建筑在物化阶段的建材碳排放量。统计结果显示，住宅建筑在物化阶段建筑材料的碳排放量按面积加权平均值为514.66 kgCO2e/ m2。其中，钢、商品砼、墙体材料、砂浆、铜芯导线电缆、建筑陶瓷、PVC管材、保温材料、门窗和水性涂料十类建材的碳排放量达到了建筑 物化阶段总建材碳排放量的99%，是物化阶段碳排放最为主要的建材。其中，土建工程中钢、商品砼和砂浆这几种主要建材碳排放量在砖混结 构、剪力墙结构、框架结构和框剪结构的住宅建筑中趋势依次递增。在建筑方案设计中控制这十类建材的用量，选用低环境影响的建材产品可 以有效降低建筑物化阶段的碳排放。 关键词 住宅建筑；物化阶段；建筑材料；蕴含碳排放 Abstract The materialization phase of buildings, characterized by concentrated carbon emission time and large emissions, is a key phase to deal with climate change and energy conservation and emission reduction. Therefore, the carbon emissions in the materialization phase of buildings can be calculated in the design of building plans by a simplified life cycle assessment method if the system boundary of carbon emissions in the materialization phase of buildings is defined. With a process-basedinventory analysis method, this paper explores the carbon emissions of building materials during the materialization phase of 129 residential buildings.The statistical results show that the carbon emissions of building materials in the materialization phase of residential buildings are 514.66 kgCO2e/m2by area-weighted average. Ten types of building materials, i.e., steel,commercial ready-mixed concrete, wall materials,mortar, copper core conductor cables, architectural ceramics, PVC pipelines, thermal insulation materials, doors and windows and water-based paint, whose carbon emissions account for 99% of total carbon emissions, are major sources of carbon emissions in the materialization phase. The carbon emissions of major building materials, such as steel, commercial ready-mixed concrete and mortar in civil engineering projects present an increasing trend in buildings of brickconcrete structure, shear wall structure, frame structure and frame-shear structure. Therefore, controlling usage of these ten materials in the design of building plans and utilizing building materials with low environmental impact can effectively reduce carbon emissions during the materialization phase of buildings. Keywords residential buildings; materialization phase; building materials; embodied carbon emissions 一、引言 温室气体的排放造成全球变暖已经成为全球共识 ，建筑业因其能耗 化阶段是指建筑在投入使用之前，形成工程实体所需要的建材生产、构配 件加工制造以及现场施工安装过程。[2] 虽然建筑物化阶段的碳排放率只占 与碳排放量大的问题而备受关注 。根据《 中国建筑能耗研究报告（ 2017 建筑生命周期碳排放量的 14%～21%，但由于我国建筑的规模大、建设周 年）》，2015 年中国建筑能源消费总量为 8.57 亿 t 标准煤，占全国能源消费 期集中，故物化阶段是公认的建筑生命周期的研究重点。降低建筑物物化 总量的 20%，其中城镇居住建筑能耗 3.2 亿 t 标准煤 ； 全国建筑总面积达到 阶段的二氧化碳排放是国家和全球碳减排目标的重要手段。 613亿km2，其中城镇居住建筑面积248亿km2。虽然建筑业的直接碳排放量 目前针对建筑物化阶段碳排放的研究已有很多成果。不仅针对建材及 并不大，但建筑业对其他行业，尤其是对建材行业的拉动作用十分明显， 其物化阶段碳排放分析，还有在单体建筑方面的研究，Chang 等 [3] 使用基 间接碳排放量大。[1]因此，针对建筑业中建材的碳排放的研究很有必要。 于过程的混合生命周期清单模型对高层教学楼物化阶段能耗和排放量进行 建筑生命周期包括物化阶段、使用阶段及生命终止阶段。其中建筑物 量化 ； Acquaye等[4]将随机混合的二氧化碳当量分析法应用到爱尔兰公寓 17 城市建筑 2018.6 | URBANISM AND ARCHITECTURE Jun. 2018 图1　单位面积住宅建筑的建筑材料碳排放量所占百分比饼图 （图片来源：作者绘制） 图2　单位面积住宅建筑建材碳排放量箱体图 （图片来源：作者绘制） 建筑部门 ；Gan等①评估不同设计参数和高层建筑物化阶段碳排放之间的关 表1　主要建材的碳排放因子及运输距离 建材类别 钢材（大型） 钢材（中小型） 钢材（线材） 系 ； Gan 等 旨在开发一种用于量化高层建筑中物化阶段碳排放的分析方 [5] 法，用于评估影响不同的采购策略 ； Lotteau等 分析了混凝土住宅形状对 ② 物化阶段能耗和碳排放的影响 ； Wen等 [6] 利用生命周期分析方法评估了马 来西亚依斯干达居民住宅的物化能耗和全球变暖潜力。此外，还有很多跟 物化阶段相关以及碳排放预测评估方面的研究。 完整的建筑物化阶段碳排放核算，必须由一砖一瓦的制造、组装、建 筑的建造过程以及针对每一耗能项目巨细五遗的统计其碳排放 ，并逐一 累计计算而来。然而任何一座建筑物都可能包括 60 多类基本材料和大约 2 000 件单独的产品，每种产品都有其特定的寿命和独一无二的生产、维修 和处置方法。[7] 如此全面的统计，将面临必须依靠庞大且种类繁多的统计 数据，分析这些数据将付出相当大的人力、物力与时间，反而失去快速评 价建筑对环境影响的本意。因此必须界定建筑物化阶段碳排放评价的系统 边界，采用简化的生命周期评价方法，以此达到快速评价的目的。本文针 对城市住宅建筑的物化阶段用温室气体排放量来定量研究建材碳排放，从 钢筋 水泥 混凝土C30 混凝土C40 粘土砖 空心粘土砖 普通混凝土砌块 粉煤灰加气混凝土砌块 砂 铜芯导线电缆（湿法炼铜） PVC管材 保温材料 建筑陶瓷 窗（铝合金中空） 水性涂料 木材 防水卷材(SBS) 石材 而来确定主要碳排放的建材种类。 关于建筑物化阶段碳排放的系统边界各标准对其说法不一。 《PAS2050》标准中明确应该考虑系统边界中不同流程将对产品 GHG 排放 碳排放因子 2.80 kgCO2e/kg 2.19 kgCO2e/kg 2.2 kgCO2e/kg 2.31 kgCO2e/kg 0.977 kgCO2e/kg 297 kgCO2e/m3 326 kgCO2e/m3 349 kgCO2e/千块标准砖 290 kgCO2e/千块标准砖 171 kgCO2e/m3 327 kgCO2e/m3 3.49 kgCO2e/m3 9.41 kgCO2e/kg 9.74 kgCO2e/kg 669 kgCO2e/m3 19.5 kgCO2e/m2 46.3 kgCO2e/m2 6.55 kgCO2e/kg 139 kgCO2e/m3 2.38 kgCO2e/m2 3.17 kgCO2e/t 运输距离（km） 60 60 60 60 25 15 15 25 25 25 25 40 70 25 25 40 55 50 35 2