1、绿 色 性 能 Green Performance绿色建筑2023年 第2期070建筑全生命周期碳排放计算分析及软件应用比较建筑全生命周期碳排放计算分析及软件应用比较钟丽雯1，于 江2，祝 侃3，田 炜4（南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏 南京 210001）摘要：建筑领域节能降碳对于我国“双碳”目标的实现十分重要。归纳了目前建筑碳排放计算的主要方法和基础数据获取方式，认为软件模拟仍是重要的技术手段。分析比较了几款国内外建筑碳排放计算软件的特点、计算方法等。以某办公建筑为例，运用东禾、PKPM 两款典型的碳排放计算软件进行计算分析比较，两款软件的计算结果在该案例中较为接近。关键词：建筑物
2、碳排放；全生命周期评估；计算软件；降碳中图分类号：TU18 文献标志码：A 文章编号：1674-814X（2023）02-070-06建筑领域碳排放是我国社会生产活动碳排放的重要组成部分。随着社会进步与人民物质文化需要的提高，我国建筑领域碳排放不断增加，20062017 年，我国建筑业碳排放量将近增长 3 倍，年平均增长率为 14%左右1。中国建筑能耗研究报告（2022）指出，2020 年，全国建筑与建造碳排放（折算为 CO2）总量为 50.8亿 t，占全国碳排放的比重为 50.9%。建筑减碳是实现双碳目标的重要工作，因此必须构建完善的建筑碳排放核算机制，用量化手段控制建筑碳排放。目前，建筑碳
3、排放计算方面已有相关标准政策、文献研究和软件。发达国家政府和国际组织已形成了系统的碳排放核算标准，如联合国环境规划署发布的碳排放通用指标（Common Carbon Metrics）、美国的碳排放计算工具（Carbon Emissions Calculation Tool）、德国的可持续建筑评估技术体系。同时，各个国家的研究机构也开发了建筑全生命周期的评价工具，如加拿大的雅典娜影响评估器（Athena Impact Estimator for Buildings），英国的简化建筑能耗模型（SBEM）等。这些软件基本都配置了强大丰富的建筑全生命周期碳排放数据库，通过数据支撑简化计算，操作界面友好
4、。本文归纳了建筑全生命周期碳排放计算的方法和数据获取方式，并以典型工程项目为例对国内主流碳排放计算软件进行比较，为建筑碳排放计算软件的选用和优化提供参考。1 建筑全生命周期碳排放计算方法1.1 计算方法建筑全生命周期是指从建筑材料、构件等的生产、规划与设计、建造于运输、运行与维护直到拆除与处理的从“摇篮”到“坟墓”的过程。不同国家和组织对全生命周期的划分方法有一定差异，碳排放计算范围也有不同。我国 GB/T 513662019建筑碳排放计算标准将建筑全生命周期划分为建材生产、建材运输、建筑运行、建造及拆除 5 个阶段2。从各阶段能耗和碳排放所占的比例来看，建材生产阶段及建筑运行阶段产生的碳排放
5、量最多。住宅建筑建材生产阶段平均占 22%，运行阶段平均占 78%；对于公共建筑，建材生产阶段平均占 26%，而运行阶段平均占 74%3。2022 年 9 月，中国城市科学研究会和中国房地产协会联合发布的建筑碳排放分析报告质量要求指出，建筑碳排放计算的方法有清单法、经验系数法和比例法，3 种方法的计算精细度和推荐优先级依次降低4。清单法与 GB/T 513662019 采取的方法一致，借助活动数据乘以单位活动量的碳排放（即碳排放因子、碳排放系数），累加求和得到总碳排放。清单法一般应用于建筑设计时期或建筑物建造后。在建筑规划设计早期或清单数据复杂且获取困难时，可采用经验系数法和比例法。比例法由于
6、计算精度低，一般只推荐在拆除阶段使用。1.2 数据来源现行相关标准虽然规定了建筑全生命周期碳排放计算的阶段和方法，并提供了部分建材生产碳排放因子、单位机械台班的能源用量等普适性较强的数据，但是对于在实际工程中的个性化数据如何获取没有作详细说明。建筑全生命周期碳排放数据来源的常用渠道方法如表 1 所示（表示该关键参数可以采用某种获取方法）。数据库方法中建材数据库主要有清华大学 BELES、北京工业大学的建材 LCA 数据库、浙江大学的建材能耗及碳排放清单数据库等；绿化碳汇数据库有上海植物园、上海辰山植物园构建的 215 种常见园林植物碳汇数据库等。技术资料是指设计图纸、模型、计算书、现行标准及相
7、关参考文献。实际调研是指现场施工记录、能Green Performance 绿 色 性 能绿色建筑2023年 第2期071耗监测等实地数据采集过程。我国建筑碳排放计算近年来发展较快，但相比于欧美发达国家起步较晚，缺少较为成熟的数据库和大数据分析手段，而实际调研又因人力、物力的限制常常难以开展。因此，数据获取较大地依赖于技术资料和软件模拟手段。表1 建筑全生命周期碳排放数据来源分析计算阶段关键参数参数来源数据库技术资料实际调研软件模拟建材生产主要建材消耗量建材生产碳排放因子建材运输主要建材的运输距离、方式建材运输阶段的碳排放因子建筑运行能源消耗量能源的碳排放因子建造施工单位机械台班的能源用量施工
8、机械台班消耗量拆除拆除单位机械台班的能源用量拆除机械台班消耗量绿化碳汇绿化类型、绿化率各类绿化的 CO2 固定量2 碳排放计算软件分析比较我国建筑节能减排的政策引导和标准支撑刺激了建筑全生命周期碳排放计算的市场需求，有力地推动了我国建筑碳排放计算软件的研发与推广。目前，我国应用最广、发展最快的建筑碳排放计算软件有东禾碳排放计算分析软件（以下简称“东禾碳排放软件”）、绿建斯维尔碳排放计算软件 CEEB（以下简称“斯维尔 CEEB 软件”）和 PKPM 碳排放计算软件 CES（以下简称“PKPM CES 软件”）。这些软件都是以工程师的设计需求为现实基础，围绕我国现行相关标准开发的，覆盖了建筑全生
9、命周期。其中，东禾碳排放软件是基于网络端开发应用，是全国较早的一款轻量化的建筑碳排放计算分析软件。斯维尔 CEEB 软件和 PKPM CES 软件都需要下载软件客户端，依据建筑模型开展各阶段的碳排放模拟分析，但是与 AutoCAD 等其他建筑设计平台和相同开发商的其他软件模块的兼容性较高。3 款软件的基本信息汇总详如表 2 所示。表 2 建筑全生命周期碳排放计算软件的基本信息软件东禾碳排放计算分析软件绿建斯维尔碳排放计算软件 CEEBPKPM 碳排放计算软件 CES开发商东南大学、中国建筑集团有限公司北京绿建软件股份有限公司北京构力科技有限公司、中国建筑科学研究院有限公司最新版本2.1.220
10、232023数据导入与跨平台采用表单式的数据上传格式，也可以上传 BIM 模型需建立模型，直接读取斯维尔节能软件和能耗软件模型，支持从 AutoCAD 等多平台导入模型，或自行创建需建立模型，直接读取PKPM节能、绿建系列软件模型，支持从 AutoCAD 等多平台导入模型，与 PKPM 结构软件、钢结构设计软件、等通过标准数据接口实现数据联动软件应用所有计算通过网页端集成需要下载软件能耗计算方法准稳态方法逐时动态模拟可再生能源形式光伏光伏和风力发电太阳能热水、光伏、风能发电、热电联产、地热及尾水梯级其他考虑插座、炊事产生的碳排放考虑水资源消耗产生的碳排放2.1 计算方法比较2.1.1 建材生产
11、及运输阶段对于建材生产和运输阶段，3 款软件从上传的建材用量清单或模型中提取建材信息。PKPM CES 软件提供了住宅、别墅和商住 3 大类建筑的钢筋、混凝土单位面积用量用于修正或补充模型中提取的建材信息。斯维尔 CEEB 软件提供了居住建筑、办公建筑、商业建筑、酒店建筑等建筑的多种建材单位面积用量指标参考，便于在缺少详细建筑信息时估算。建材运输距离一般根据实际建材采购信息确定，或者按照 GB/T 513662019 建议的默认运输距离（混凝土为 40 km，其他建材应为 500 km）选取。2.1.2 建筑运行阶段由于采用准稳态计算方法，不需建立建筑能耗模型，东禾碳排放软件要求输入的参数较为
12、精确，如建筑各朝向的外墙和窗户面积、围护结构热工物理参数、建筑功能分区和相应的面积等。斯维尔 CEEB 软件和 PKPM CES 软件都可根据已有的建筑模型，在调用 DOE-2 内核进行逐时动态模拟，计算供暖空调运行能耗时，只需设定相关的设备能效参数即绿 色 性 能 Green Performance绿色建筑2023年 第2期072可。3 款软件的动力系统和生活热水的能耗计算及可再生能源的减碳量的计算方法基本一致，都采用经验公式方法，因此需要用户确定公式内涉及的基本参数数值。2.1.3 建造及拆除阶段建筑建造和拆除阶段的计算一般根据现场施工或拆除的能源用量计算，缺少数据时按照比例法估算。但 3
13、 款软件对于比例法的概念界定不统一，东禾碳排放软件将其定义为该阶段占建材生产阶段碳排放的比例进行估算，斯维尔 CEEB 软件和 PKPM CES 软件则分别将其定义为该阶段占建筑物化阶段碳排放、建筑全生命周期总碳排放的比例。建筑物化阶段是指将规划设计的图纸实现为实体的过程，具体包括建材生产、建材运输和建造阶段5。3 款软件在建筑各生命周期阶段的计算方法如表 3 所示。表 3 3 款建筑碳排放计算软件在建筑各生命周期阶段的计算方法软件东禾碳排放计算分析软件绿建斯维尔碳排放计算软件 CEEBPKPM 碳排放计算软件 CES建材生产导入东禾格式和广联达格式建材信息；同步上传的BIM模型数据导入建材量
14、清单；根据建筑模型自动计算建材量；选取工程指标参考快速获取建材种类和用量导入建材量清单；根据建筑模型自动计算建材量；按面积估算主要建材量（仅限钢筋、混凝土）建材运输导入东禾格式和广联达格式建材信息；同步上传的 BIM 模型数据；按照建材生产阶段的比例估算导入建材量清单；根据建筑模型自动计算建材量；选取工程指标参考快速获取建材种类和用量导入建材量清单；根据建筑模型自动计算建材量；按面积估算主要建材量（仅限钢筋、混凝土）建筑运行输入建筑基本信息、热水、照明、电梯、暖通、天然气、光伏系统、太阳能热水系统的详细数据后计算设定空调系统、冷热源、电梯、生活热水等相关参数后逐时动态模拟运行能耗建造输入机械台
15、班数和规格型号进行计算；自定义该阶段占建材生产阶段的比例进行估算输入机械台班数和规格型号计算；自定义该阶段占物化阶段的比例进行估算输入机械台班数和规格型号进行计算；经验系数法：按建筑体量估算；自定义该阶段占全生命周期总碳排放的比例进行估算拆除输入机械台班数和规格型号进行计算；自定义该阶段占建材生产阶段的比例进行估算输入机械台班数和规格型号计算；自定义该阶段占物化阶段的比例进行估算输入机械台班数和规格型号计算；经验系数法：按建筑体量估算；自定义该阶段占全生命周期总碳排放的比例进行估算绿化碳汇输入不同种类绿化的面积后计算2.2 适用性比较从建筑设计的不同时间节点来看，3 款软件的适用程度有所区别。
16、由于东禾碳排放软件在建筑运行阶段采用比较简便的准稳态计算方法，比较适合在可行性研究、方案设计等没有深化图纸的时期进行初步的能耗统计。PKPM CES 软件和斯维尔 CEEB 软件在建材生产阶段提供了估算建材的方法，并且这两款软件与传统的设计工具兼容性较高，适合在有了粗略的建筑图纸以后进行隐含碳排放分析。对于有详细 BIM 模型的项目，也可以把 BIM 模型导入东禾软件获取建材信息。3 工程应用算例3.1 工程概况该项目地上建筑面积为 24 500 m2，地上为 17 层（含顶部设备夹层），是集办公、科研于一体的智慧大楼。项目为钢筋混凝土核心筒体结构，屋面、外墙和外窗的传热系数分别为 0.48、0.39 和 2.3 W/(m2K)。项目采用多联机空调系统，并配置新风系统，于 2021 年竣工。目前，建筑运行已超过 1 年。3.2 软件设置 在东禾碳排放软件中导入项目 BIM 模型，在 PKPM CES 软件中按照 AutoCAD 图纸进行三维建模。两款软件中的围护结构传热系数及供暖、空调、通风、动力系统的形式和能效与设计文件保持一致。由于斯维尔 CEEB 软件和 PKPM CES 软件的
