基于青岛市碳排放BIM审查系统的建筑能耗及碳排放分析.pdf

第 15 卷 第 5 期2023 年 10 月Vol.15 No.5Oct.2023引言中国的建筑业碳排放量约占总碳排放量的 50%1，而建筑运行碳排放比例占 20%左右2。目前，建筑能耗是我国建筑业碳排放的主要影响因素3，节能减碳是实现“双碳”目标的重要途径2。建筑能耗受建筑节能技术、建筑使用方式、室内环境参数等的影响4，建筑围护结构5,6、空调采暖设备性能7、照明功率密度8等因素均会对建筑能耗和碳排放产生影响。随着信息化技术的提升，2011 年住建部首次提出BIM 技术，并且在“十三五”期间成为我国建筑业重点推广的建筑信息技术9。山东省提出提高在大中型项目中 BIM 技术的应用比例，推进 BIM 和人工智能审图，加大基于 BIM 项目管理信息系统的推广10。基于以上背景，本文搭建 BIM 平台建筑模型，探究建筑节能减碳的影响因素，并开发碳排放专项的BIM 审查系统，对能耗和碳排放进行管控和分析。1 碳排放研究边界及数据处理方法本研究基于建筑碳排放计算标准GB/T 51366-2019，研究运行阶段主要能耗单元（空调、采暖和照明系统）的碳排放量。考虑不同围护结构对碳排放的影响，并且研究分析各影响因子减排力度的贡献，包括不同节能率水平、碳排放因子、空调采暖设备性能、照明功率密度、围护结构和空调采暖系统运行时间。2 计算参数本项目选择两个青岛市住宅建筑作为研究对象，建筑基础信息见表 1。基于 PKPM 的 BIMBase 平台建立建筑信息模型进行建筑能耗模拟及碳排放计算分析，并满足青岛市智能审查系统建设要求，研究路线如图1所示。表 1 建筑基础信息表 1 建筑基础信息建筑高度(m)楼层数建筑面积(m2)空调采暖面积占比%建筑 137.2126 674.3785建筑 289.12711 413.2977建筑围护结构参数依据建筑节能与可再生能源利用通用规范 GB55015-2021（以下称 通用规范）、山东省居住建筑节能设计标准DB 37/5026-2014（以下称山东居建省标）和民用建筑外窗工程技术规范基于青岛市碳排放 BIM 审查系统的建筑能耗及碳排放分析田力男田力男1 1 刘平平 刘平平2 2 郝楠 郝楠2 2 朱峰磊 朱峰磊2 2 徐汉擎 徐汉擎2 2 王金祺王金祺2 2 王佳员 王佳员2 2（1.青岛市住房和城乡建设局，青岛 266071；2.北京构力科技有限公司，北京 100013）【摘 要】【摘 要】本文在青岛市碳排放 BIM 审查系统建设要求的基础上，对建筑能耗和碳排放指标进行重点分析。研究发现：一是运行阶段采暖能耗和碳排放量最大，不同围护结构对减碳比例存在差异；二是各因子的减碳力度贡献如下：节能率水平 碳排放因子 空调采暖设备性能 照明功率密度 围护结构，人员情况间歇运行对采暖减碳量影响明显；三是以青岛市市南区作为试点，建设碳排放 BIM 审查系统，可针对建筑单体、重点企业进行碳排放管控与分析，并有助于建设管理部门对区域或城市碳排放总量进行控制。【关键词】【关键词】智能审查；碳排放量；围护结构；节能率水平和设备性能；运行时间【中图分类号】【中图分类号】TU17 【文献标识码】【文献标识码】A 【文章编号】【文章编号】1674-7461（2023）05-0036-04【DOI【DOI】10.16670/11-5823/tu.2023.05.06【基金项目】青岛市住建局项目（编号：ZFCG2021001100）【第一作者】田力男（1962-），女，副局长，主要研究方向：新型智慧城市规划建设与大数据。【通信作者】朱峰磊（1987-），男，高级工程师，技术总监，主要研究方向：建筑节能与绿色低碳。37基于青岛市碳排放 BIM 审查系统的建筑能耗及碳排放分析DB37-5016 取值，主要围护结构取值如表 2 所示。表 2 围护结构热工性能指标表 2 围护结构热工性能指标依据标准主要围护结构传热系数 K(W/(m2K)/热阻 R(m2K/W)外墙 屋面 外窗分隔供暖与非供暖的楼板架空楼板户门周边地面保温层热阻通用规范0.450.251.81.50.4521.6山东居建省标0.450.41.80.50.45阳台门 2单元外门 30.56图 1 研究路线图 1 研究路线空调系统按房间空调器设置，设计参数按房间空气调节器能效限定值及能效等级GB 21455-2019 选取；采暖系统选择燃煤锅炉，设计参数依据 通用规范选择。项目能耗以等效电力形式进行统计，碳排放计算中电力电网碳排放因子取值。3 结果分析与讨论3.1 建筑运行阶段能耗及碳排放本研究中建筑运行阶段碳排放量是依据 PKPM 的BIMBase 平台碳排放软件计算得到，如表 3 所示。建筑1 单位面积采暖能耗和碳排放量达到 14.16kWh/(m2a)和8.23 kg CO2/(m2a)。按建筑环境通用规范GB 55016-2021，青岛市属于寒冷地区，空调采暖系统能耗以采暖能耗为主，因此运行能耗中采暖能耗占比最大，建筑 2的采暖能耗和碳排放量占比达到了 70%以上。单位面积每年照明碳排放量在 3 kg CO2/(m2a)左右，占运行阶段的 20%30%。两栋建筑的制冷能耗占比均在 8%以下。表 3 运行阶段碳排放量表 3 运行阶段碳排放量建筑楼层全年能耗(kWh/(am2)单位碳排放量(kg CO2/(am2)碳排放量占比采暖制冷照明采暖 制冷照明采暖制冷照明建筑112层14.16 1.69 5.30 8.230.98 3.08 66.96%7.99%25.05%建筑227层16.79 1.59 4.86 9.760.92 2.82 72.25%6.84%20.91%不同围护结构对碳排放的影响程度不同，为探究各围护结构对制冷采暖系统碳排放影响，本文考虑了通用规范与山东居建省标两本标准中主要有差异的围护结构对碳排放量的影响，为青岛市推进本地能耗和碳排放量的研究提供参考。基于山东居建省标的基础上优化围护结构，考虑各个围护结构变化后的碳排放量以及所产生的减碳量。图 2 是指围护结构优化后，空调和采暖碳排放量以及优化前后的减碳比例。各个围护结构变化后，导致建筑 1 和建筑 2 的碳排放量分别达到15.9916.51 kg CO2/(m2a)和 18.0718.19kgCO2/(m2a)，两栋建筑的单个围护结构对减碳比例的影响范围达到-0.36%3.12%、-1.67%0.69%，如 图 2 所 示。相较于山东居建省标围护结构的限值，屋面的传热系数提升了 37.5%，两栋建筑减碳比例达到 1.71%和0.69%；对于 12 层的建筑 1 来说，周边地面热阻提升建筑能耗和碳排放量的降低程度最大，而对于 27 层的建筑 2，其建筑面积是建筑 1 的 1.73 倍，单位面积的减碳比例对整栋建筑而言便有所削弱，仅达到 0.06%；由于通用规范中对分隔采暖和非采暖空间楼板的热工要求低于山东居建省标，导致两栋建筑的碳排放量有所提升。图 2 各围护结构对碳排放的影响图 2 各围护结构对碳排放的影响3.2 各因子对碳排放量的影响除各个围护结构外，其他影响因子产生的减排效果明显高于单个围护结构的影响。因此，为了能更加充分地研究各因子对能耗和碳排放的影响，本节针对节能率水平、碳排放因子、空调采暖设备性能、照明功率密度和围护结构（将各围护结构均考虑在内），探究各因子对碳排的影响。其中，不同节能率是综合考虑了围护结构、设备性能、照明功率密度和碳排放因子的差异。不同节能率水平下，建筑的碳排放量最低，且减排力度最大，建筑 1 和建筑 2 减碳比例均超过 40%，减碳指标均达到 9.82 kg CO2/(m2a)和 10.01 kg CO2/(m2a)。其次是碳排放因子的影响，两栋建筑减碳比例均为34.30%，减碳指标分别为7.58 kg CO2/(m2a)和8.07 38kg CO2/(m2a)。两栋建筑各影响因子对建筑减碳能力的贡献如下：节能率水平 碳排放因子 空调采暖设备性能 照明功率密度 围护结构，如图 3 所示。由于围护结构中户门和分隔采暖和非采暖楼板的热工性能是降低的，这可能是造成围护结构对减碳贡献为负的主要原因。图 3 各影响因子对碳排放的影响图 3 各影响因子对碳排放的影响根据本研究结果，空调采暖系统碳排放占比达到70%80%，其影响因素包括围护结构、设备性能、碳排放因子等。人的用能行为是建筑能源消耗量的重要影响要素11，因此本文也考虑不同空调采暖运行时间对建筑碳排放的影响。考虑实际情况中周一至周五9:0017:00 时间段为上班时间，考虑该住宅空调采暖系统此时间段内不开启，即系统部分时间开启。与全年运行相比，空调采暖系统部分开启时，碳排放均为减少趋势，建筑 1 和建筑 2 的减碳比例分别达到 6.95%和 10.86%，如图 4 所示。图 4 空调采暖系统运行时间对碳排放的影响图 4 空调采暖系统运行时间对碳排放的影响较空调系统部分时间开启时，运行时间对采暖系统的影响更为显著，两栋建筑的采暖减碳量分别达到0.49 kg CO2/(m2a)和 1.02 kg CO2/(m2a)，整体上对建筑 2 的采暖减碳量影响更为明显，达到了 10.45%。人为或者自动控制空调采暖系统开启能够减少建筑运行碳排放量，尤其是高层建筑，对空调采暖启动时间加以控制，能够有效促进建筑节能减排。3.3 碳排放 BIM 审查系统2022 年 4 月 1 日起，通用规范正式实施，青岛市结合此标准，以在青岛市市南区作为试点，考虑基于原智能数字化施工图审查系统的基础上，增加碳排放 BIM 审查系统，如图 5 所示，可针对建筑单体及重点企业进行碳排放管控与分析，并有助于建设管理部门对区域或城市碳排放总量进行控制。图 5 碳排放 BIM 审查系统示意图图 5 碳排放 BIM 审查系统示意图碳排放设计完成的 BIM 模型可上传至碳排放 BIM审查系统，利用 BIM 技术对模型内部涉及的构件级对象进行数字化量化分析，自动化判断模型与国家、行业和地方标准之间的符合情况，根据智能审查结果快速对 BIM 模型进行复核。审查通过的 BIM 模型将进入到施工、竣工及运维阶段，实现建筑工程全流程管理，全面提升建筑全流程的智能化水平。4 结论本文从智能审查系统的建设要求出发，详细阐释了建筑能耗及碳排放的理念，对建筑能耗和碳排放指标进行重点分析。原智能数字化施工图审查系统的基础上，建设碳排放 BIM 审查系统，助力建设主管部门对单体建筑、重点企业进行碳排放和能耗指标的把控。（1）青岛属于寒冷地区，采暖能耗和碳排放量最大，两栋建筑采暖能耗和碳排放量在运行阶段占比约 70%左右；考虑各围护结构的影响，两栋建筑的碳排放量指标分别在在 15.9916.51 kg CO2/(m2a)和18.0718.19 kg CO2/(m2a)，单个围护结构对减碳比例的影响范围为-0.36%3.12%和-1.67%0.69%；（2）各影响因子对建筑减碳能力的贡献如下：节能率水平 碳排放因子 空调采暖设备性能 照明功率密度 围护结构。人员情况间歇运行对青岛市建筑的采暖减碳量影响更为明显，人为或者自动控制空调采暖系统开启能够减少建筑运行碳排放量，促进建筑节能减排；（3）以在青岛市市南区作为试点，在原智能数字39基于青岛市碳排放 BIM 审查系统的建筑能耗及碳排放分析化施工图审查系统的基础上，建设碳排放 BIM 审查系统，可针对建筑单体、重点企业进行碳排放管控与分析，并有助于建设管理部门对区域或城市碳排放总量进行控制。参考文献参考文献1 范正根,黄骏.建筑建造阶段碳排放量计算方法研究J.建筑经济,2013(11):89-92.2 山东省住房和城乡建设厅等六部门.山东省“十四五”绿色建筑与建筑节能发展规划.2022-4-13 山东省住房和城乡建设厅部门文件关于印发山东省“十四五”绿色建筑与建筑节能发展规划的通知().3 刘志凡.我国建筑业碳排放节能措施研究 J.城市建筑,2022,19(12):141-144.4 江亿,燕达.什么是真正的建筑节能?J.建设科技,2011,(11):15-23.5 向俊米,刘宏成.夏热冬冷地区超低能耗住宅建筑设计策略探析以长沙地区某小区住宅为例 J.建筑与文化,2022,(07):50-51.6 潘玉亮.寒冷地区超低能耗居住建筑暖通空调设计要点浅析 J.建设科技,2022,(Z1):47-50.7 韩玮玮.山东省大型超市能耗调研及节能优化研究 D.山东建筑学,2022.8 张兴艳,严建伟.高寒地区铁路站房照明与能耗模拟及其优化策略以川藏铁路林芝站为例 J.照明工程学报,2022,33(02):152-158.9 许一鸣.基于 BIM 技术的居住建筑节能优化策略研究D.安徽建筑大学,2022.10 山东省住房和城乡建设厅.山东省住房和城乡建设厅关于印发山东省推进建筑业高质量发展三年行动方案的通 知.2022-7-2 http:/ 孙 禹,冷 红,蒋 存 妍.基 于 人 行 为 影 响 的 住 区 建筑 多 主 体 集 成 能 耗 模 型 J.土 木 建 筑 与 环 境 工程,2017,39(01):38-50.Analysis of Building Energy Consumption and Carbon Emission Based on Analysis of Building Energy Consumption and Carbon Emission Based on Qingdaos Carbon Emission BIM Review SystemQingdaos Carbon Emission BIM Review SystemTian Linan1,Liu Pingping2,Hao Nan2,Zhu Fenglei2,Xu Hanqing2,Wang Jinqi2,Wang Jiayuan2（1.Qingdao Municipal Bureau of Housing and Urban-Rural Development,Qingdao 266071,China;2.Beijing Glory PKPM Technology Co.,Ltd.Beijing 100013,China）Abstract:This paper focuses on the analysis of building energy consumption and carbon emission indicators according to the requirements of Qingdaos carbon emission BIM review system.The paper found that:firstly,the heating energy consumption and carbon emissions in the operation stage are the largest.There are differences in the proportion of carbon reduction between different enclosure structures.Secondly,the contribution of each factor is as follows:energy efficiency level carbon emission factor air conditioning and heating equipment performance lighting power density enclosure structures.Intermittent operation of personnel has obvious influence on heating carbon reduction.Thirdly,taking Shinan District of Qingdao as a pilot,Qingdao has developed a special BIM review system for carbon emissions,which can analyze and control carbon emissions of individual buildings and key enterprises,and further help the construction management department control the total amount of regional or urban carbon emissions.Key Words:Intelligent Review;Carbon Emission;Enclosure Structures;Building Saving Rate and Equipment Performance;Runtime