本發(fā)明涉及一種考慮時間動態(tài)性的建筑全生命周期碳效應(yīng)量化方法，屬于建筑碳排放評價領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化進(jìn)程以及能源需求量不斷擴(kuò)大，全球溫室氣體排放量隨之急劇上升，建筑業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)之一，截止至2021年，建筑全過程碳排放總量為50.1億tco2，占能源相關(guān)碳排放比重的47.1％。為早日實現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，為建筑領(lǐng)域開展碳評估、降低碳排放提供技術(shù)支撐，開展建筑全生命周期碳排放影響研究具有重要價值意義。生命周期評價(life?cycle?assessment,lca)是國際上重要的環(huán)境評價與管理方法，而當(dāng)前建筑全生命周期碳效應(yīng)量化通常使用靜態(tài)度量，沒有考慮到建筑物長壽命期間潛在的時間變化，忽視了時間信息的重要作用。在碳效應(yīng)量化時考慮各種類型的動態(tài)變量以及時間變化的重要性可以提高建筑碳排放綜合評估精準(zhǔn)度。此外，碳效應(yīng)量化在不同時間的重要性受到許多不同外部條件的影響，并且隨著時間的推移也會發(fā)生變化，然而，在傳統(tǒng)的lca研究中，這種時間變化通常被忽略，缺乏一定的時間維度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題，本發(fā)明基于lca理論建立建筑全生命周期動態(tài)碳效應(yīng)量化模型，在充分考慮建筑在全生命周期過程中家庭規(guī)模、人員用能行為、構(gòu)件更新與替換、拆除廢棄物回收處置、能源結(jié)構(gòu)等多個變量可能隨時間發(fā)生潛在變化的基礎(chǔ)上收集動態(tài)消耗量數(shù)據(jù)，通過動態(tài)清單分析、動態(tài)特征化和動態(tài)加權(quán)及碳效應(yīng)量化等步驟來評估住宅建筑全生命周期的動態(tài)碳效應(yīng)影響。整個評價流程如附圖1所示。

2、技術(shù)方案，為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種考慮時間動態(tài)性的建筑全生命周期碳效應(yīng)量化方法，該方法包括如下步驟：

3、步驟1)以年為時間步長收集受評建筑全生命周期各階段的材料、能源消耗量數(shù)據(jù)，并考慮建筑在全生命周期過程中家庭規(guī)模、人員用能行為、能源結(jié)構(gòu)、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能、拆除廢棄物回收處置的多個變量隨時間發(fā)生的變化；

4、步驟2)根據(jù)步驟1)中收集的材料和能源消耗量數(shù)據(jù)，分析建筑材料和能源在生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的溫室氣體，計算co2、ch4和n2o三類溫室氣體年總排放量；

5、步驟3)采用動態(tài)特征因子衡量步驟2)中動態(tài)溫室氣體排放量產(chǎn)生的暖化效應(yīng)特征化潛力值；

6、步驟4)結(jié)合不同時期碳排放控制要求，構(gòu)建動態(tài)權(quán)重因子，表征不同時期暖化效應(yīng)的重要性差異，并結(jié)合步驟3)中的特征化潛力值以得到建筑全生命周期的動態(tài)碳效應(yīng)值。

7、進(jìn)一步的，步驟1的實現(xiàn)包括以下步驟：

8、步驟1-1)將建筑全生命周期分為使用前物化階段、運營階段、維護(hù)更新階段和拆除處置階段，分別量化相關(guān)的動態(tài)消耗量；對于建筑的使用前物化階段，按照技術(shù)和管理屬性將建筑施工活動的各項工程劃分為若干個分部分項工程，通過施工圖紙或者建筑信息模型獲取各個分部分項工程的工程量數(shù)據(jù)清單，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ潭~將工程量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為各類建筑材料、資源和能源的消耗量數(shù)據(jù)，建筑施工過程中，第t年對第k種建筑材料的消耗量記作mbk(t)，第t年使用施工和運輸機械設(shè)備引起的第i種能源的消耗量記作ebi(t)；

9、步驟1-2)對住宅建筑運營階段的能源消耗量進(jìn)行評估，家庭規(guī)模隨時間發(fā)生動態(tài)變化，能源消耗量的計算公式調(diào)整如公式(1)；考慮住宅建筑內(nèi)人員對設(shè)備的使用行為也發(fā)生動態(tài)變化，以家庭設(shè)備平均數(shù)量、使用強度、使用時間為研究對象構(gòu)建相應(yīng)設(shè)備數(shù)量動態(tài)調(diào)整因子，其計算如公式(2)、設(shè)備使用強度動態(tài)調(diào)整因子，其計算如公式(3)、設(shè)備使用時長動態(tài)調(diào)整因子，其計算如公式(4)，并將上述動態(tài)調(diào)整因子納入計算，獲取最終的能源動態(tài)消耗量，計算如公式(5)；

10、

11、其中，為家庭類型動態(tài)變化情況下的第t年家用設(shè)備j的能耗值，kg；

12、eo(j,i)為第i種家庭類型的家用設(shè)備j的年能耗基準(zhǔn)值，kg；

13、s(i,t)為第t年第i種家庭類型在所有家庭類型中的占比；

14、fn(j,t)為第t年家用設(shè)備j的數(shù)量調(diào)整因子；

15、α1(j)為家用設(shè)備j的數(shù)量調(diào)整系數(shù)；

16、fi(j,t)為第t年家用設(shè)備j的使用強度調(diào)整因子；

17、β1(j)為家用設(shè)備j的使用強度調(diào)整系數(shù)；

18、ft(j,t)為第t年家用設(shè)備j的使用時間調(diào)整因子；

19、γ1(j)為家用設(shè)備j的使用時間調(diào)整系數(shù)；

20、為家庭類型和設(shè)備使用行為動態(tài)變化情況下第t年單個家庭的平均能源消耗，kg；

21、步驟1-3)對維護(hù)更新階段相關(guān)消耗量進(jìn)行評估，根據(jù)建筑構(gòu)件/部品的建議壽命值，確定需要更新的構(gòu)件/部品種類、更新次數(shù)和時點，由此計算維護(hù)更新階段的材料消耗量，其計算如公式(6)，資源/能源消耗量，其計算如公式(7)；

22、mck(t)＝mrk(t)·nr(t)??(6)

23、eci(t)＝cri(t)·nr(t)??(7)

24、mck(t)為t年時維護(hù)更新消耗的第k種材料總質(zhì)量，kg；

25、mrk(t)為t年時更新單個構(gòu)件/部品r的施工活動需要消耗的第k種材料的質(zhì)量，kg；

26、nr(t)為t年時需要更換的構(gòu)件/部品r的數(shù)量；

27、eci(t)為t年時構(gòu)件維護(hù)更新施工活動中對第i種資源/能源的消耗量，kg；

28、cri(t)為t年時更新單個構(gòu)件/部品r的施工活動需要消耗的第i種資源/能源的質(zhì)量，kg；

29、步驟1-4)對拆除處置階段消耗量進(jìn)行評估，既包括廢舊材料回收節(jié)約的材料消耗量，其計算如公式(8)，也包括回收利用該廢舊材料需要投入的資源/能源消耗量，其計算如公式(9)；

30、mdk(t)＝-wk·rck(t)????(8)

31、

32、mdk(t)為第t年時建筑廢棄物回收對第k種材料的消耗量，kg；

33、wk為建筑廢棄物中第k種材料的質(zhì)量，kg；

34、rck(t)為第k種材料在t年的回收利用率；

35、edi(t)為第t年時建筑廢棄物回收過程中對第i種資源/能源的消耗量，kg；

36、cki為回收單位質(zhì)量第k種材料需要消耗的第i種資源/能源的質(zhì)量，kg。

37、進(jìn)一步的，步驟2的實現(xiàn)包括以下步驟：

38、2-1)基于未來預(yù)設(shè)時期內(nèi)能源結(jié)構(gòu)變化預(yù)測，構(gòu)建綜合能源的動態(tài)溫室氣體排放量數(shù)據(jù)集，計算如公式(10)所示；

39、

40、其中，iij(t)為單位質(zhì)量綜合能源i在t年的溫室氣體排放量數(shù)據(jù)，即生產(chǎn)1kgce綜合能源i需要排放的j類溫室氣體的質(zhì)量；aq(t)為t年時分項能源q在總能源中所占的比例；bq為分項能源q相對于標(biāo)準(zhǔn)煤的折算系數(shù)；ifqj為單位質(zhì)量分項能源q的基礎(chǔ)溫室氣體排放量數(shù)據(jù)，即生產(chǎn)單位質(zhì)量能源q需要排放的j類溫室氣體的質(zhì)量；

41、2-2)使用步驟2-1)所構(gòu)建的綜合能源動態(tài)溫室氣體排放量數(shù)據(jù)集，結(jié)合步驟1所得到的全生命周期材料和能源消耗量數(shù)據(jù)計算co2、ch4和n2o三種溫室氣體年動態(tài)排放總量，計算如公式(11)所示；

42、ghg(t)＝mk(t)×ifk+ei(t)×ifi(t)??(11)

43、其中，以第t年時建筑全生命周期中對1種材料的消耗量m1(t)到第t年時建筑全生命周期中對k種材料的消耗量mk(t)組成材料動態(tài)消耗量矩陣mk(t)，計算如公式(12)所示；

44、mk(t)＝[m1(t)?…?mk(t)]???(12)

45、其中，ifk為溫室氣體排放量矩陣，ifkj為第k種材料排放出的第j類溫室氣體排放量，其中材料共有k種，溫室氣體共有，種，計算如公式(13)所示；

46、

47、其中，以第t年時建筑全生命周期中對第1種資源/能源的消耗量e1(t)到以第t年時建筑全生命周期中對第i種資源/能源的消耗量ei(t)組成能源動態(tài)消耗量矩陣ei(t)，計算如公式(14)所示；

48、ei(t)＝[e1(t)?…?ei(t)]??(14)

49、其中，ifi(t)為第t年能源動態(tài)溫室氣體排放量矩陣，ifij(t)為第i種資源/能源排放出的j類溫室氣體排放量，其中資源/能源共有i種，溫室氣體共有j種，計算如公式(15)所示；

50、

51、mk(t)＝mbk(t)+mck(t)+mdk(t)???(16)

52、

53、ghg(t)為1行j列的溫室氣體排放量動態(tài)矩陣；

54、mk(t)為第t年時建筑全生命周期中k種材料的1行k列動態(tài)消耗量矩陣；

55、ifk為k行j列的材料的溫室氣體排放量矩陣；

56、ei(t)為1行i列的能源動態(tài)消耗量矩陣；

57、ifi(t)為i行j列的能源的動態(tài)溫室氣體排放量矩陣；

58、mk(t)為第t年時建筑全生命周期中對第k種材料的消耗量，kg；

59、ei(t)為第t年時建筑全生命周期中對第i種資源/能源的消耗量，kg。

60、進(jìn)一步的，步驟3的實現(xiàn)包括以下步驟：

61、步驟3-1)取每個溫室氣體的絕對全球變暖潛勢方程，并將其隨時間連續(xù)積分求得瞬時動態(tài)特征化因子，計算如公式(18)所示；

62、

63、cj(t)＝e-t/τ??(19)

64、其中，dcfj(t)為第j類溫室氣體在t年的瞬時動態(tài)特征化因子，即第j類溫室氣體對氣候變暖產(chǎn)生的影響，w/(m2·kg)；

65、θj為大氣中第j類溫室氣體每單位質(zhì)量增加導(dǎo)致的瞬時輻射強迫值；

66、j取值為1、2、3，分別代表co2、ch4和n2o；

67、cj(t)為第j類溫室氣體在t年隨時間變化的大氣負(fù)荷；

68、τ為溫室氣體壽命；

69、步驟3-2)計算得到動態(tài)溫室氣體排放量產(chǎn)生的暖化效應(yīng)特征化潛力值，計算如公式(20)所示；

70、eip(t)＝ghg(t)×dcf(t)??(20)

71、其中，dcf(t)為第t年時j類單位質(zhì)量溫室氣體的特征化因子組成的矩陣，如公式(21)所示；

72、

73、其中，eip(t)為t年的溫室氣體排放量產(chǎn)生的暖化效應(yīng)特征化潛力值。

74、進(jìn)一步的，步驟4的實現(xiàn)包括以下步驟：

75、4-1)根據(jù)全生命周期評價的步驟要求，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以人均氣候暖化的特征化值作為標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)，計算如公式(22)所示；

76、

77、其中，ns為標(biāo)準(zhǔn)化因子；eip(t0)為基準(zhǔn)年t0環(huán)境影響特征化值，kg?eq./a；p(t0)為受影響地區(qū)在基準(zhǔn)年t0的人口總數(shù)；

78、4-2)以溫室氣體在不同時期的碳排放控制指標(biāo)作為目標(biāo)水平構(gòu)建動態(tài)權(quán)重因子，計算如公式(23)所示；

79、

80、其中，wf(t)為選定t年作為目標(biāo)年時的權(quán)重因子；

81、4-3)使用動態(tài)溫室氣體排放量產(chǎn)生的暖化效應(yīng)特征化潛力值與動態(tài)權(quán)重因子計算得到建筑全生命周期的動態(tài)碳效應(yīng)值，計算如公式(24)所示；

82、dgwi(t)instantaneous＝eip(t)·ns·wf(t)??(24)

83、其中，dgwi(t)instantaneous為第t年的瞬時動態(tài)碳效應(yīng)，w/m2。

84、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益技術(shù)效果：

85、(1)提出建筑lca評價中的動態(tài)評價要素構(gòu)成，針對其動態(tài)變化開展量化研究，彌補傳統(tǒng)評價缺乏時間信息的不足，推動動態(tài)評價要素與lca范式融合；

86、(2)明確動態(tài)評價要素量化方法和參數(shù)對于推動dlca評價向標(biāo)準(zhǔn)化、流程化轉(zhuǎn)變具有參考價值；

87、(3)開發(fā)了一種建筑全生命周期動態(tài)碳效應(yīng)量化方法，可將建筑長周期內(nèi)的潛在動態(tài)變化納入量化分析，可以為建筑的碳效應(yīng)評估提供可操作的動態(tài)評估范式和模型方法，有助于科學(xué)推進(jìn)住宅建筑減碳和可持續(xù)發(fā)展。