冀北地区农村住宅生命周期碳排放分析与低碳设计策略研究.pdf

88第 49 卷 第 4 期2023 年8月四川建筑科学研究Sichuan Building Science冀北地区农村住宅生命周期碳排放分析与低碳设计策略研究魏广龙，武 岳，姚 胜，倪熙茁，王朝红（河北工业大学建筑与艺术设计学院，天津 300130）摘 要：冀北地区农村住宅体形系数大，围护结构热工性能差，且由于盲目追求院落空间以及窗户面积，缺乏对节能减排的思考，普遍存在碳排放高的问题。通过构建冀北地区农村住宅建筑基准模型，选取建筑朝向、建筑层高、南向窗户尺寸、围护结构构造等因素，进行了冀北地区农村住宅碳排放单因素分析与正交试验，研究了各因素对建筑碳排放的影响趋势与最优低碳设计方案。结果表明：围护结构构造是影响冀北地区农村住宅生命周期碳排放的主要因素，其次是建筑层高、南向窗户尺寸及建筑朝向；基于冀北地区农村住宅建筑基准模型，得到的最优低碳设计方案中建筑朝 向为南偏西 15，建筑层高为 3.0 m，南向窗户宽度为 2.8 m，围护结构构造为 20 mm 混合砂浆+250 mm 草砖+饰面层，建筑生命周期单位面积碳排放量为 3 472.01 kgCO2e m2，相比于普通标准农村住宅，降低了约 62.4。关键词：农村住宅；生命周期评价；碳排放；低碳设计；正交试验DOI：10.19794 ki.1008-1933.2023.0051中图分类号：TU241.4 文献标志码：A 文章编号：1008-1933（2023）04-0088-10Analysisoflifecyclecarbonemissionandstudyonlow-carbondesignstrategyofruralresidencesinnorthernHebeiProvinceWEI Guanglong，WU Yue，YAO Sheng，NI Xizhuo，WANG Chaohong（School of Architecture&Art Design，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China）Abstract：In northern Hebei Province，the shape coefficient of rural residences is large，and the thermal performance of envelope structure is poor.Due to the blind pursuit of courtyard space and window area，and the lack of thinking on energy conservation and emission reduction，the high carbon emission is widespread.The single factor analysis and orthogonal experiment of rural residence carbon emission in northern Hebei Province were conducted，and the influence trend of each factor on building carbon emission and the optimal low-carbon design strategy were researched by the construction of rural residence building benchmark model in northern Hebei Province，and selection of building orientation，building storey height，south window size，envelope structure and other factors.The results show that the envelope structure is the main factor affecting the life cycle carbon emission of rural residences in northern 收稿日期：2022-07-19基金项目：河北省教育厅科学研究项目（BJS2023031）第一作者：魏广龙（1970），男，硕士，副教授，研究方向：智慧健康未来乡居。通讯作者：姚 胜（1989），男，博士，副教授，研究方向：绿色宜居村镇建筑技术与设计。E-mail：yaosheng E-mail：273358783 892023 第 4 期魏广龙，等：冀北地区农村住宅生命周期碳排放分析与低碳设计策略研究Hebei Province，followed by the building storey height，south window size and building orientation.Based on the building benchmark model of rural residences in northern Hebei Province，the carbon emission per unit building area in the life cycle is 3 472.01 kgCO2em2 in the optimal low-carbon design strategy，reducing by about 62.4 compared to the ordinary rural residence when the building orientation is 15 south by west，building storey height is 3.0 m，the width of window on south side is 2.8 m，and the envelope struture is 20 mm composite mortar+250 mm straw brick+finish coat.Keywords：rural residence；life cycle assessment；carbon emission；low-carbon design；orthogonal experiment0 引 言由于缺乏科学专业的指导，中国农村住宅建筑在建造以及使用过程中碳排放大，能源效率较低。农村住宅建筑运行阶段所产生的碳排放量占其生命周期碳排放量的 50以上1-2，因此在设计初期就需要分析影响建筑运行阶段碳排放的因素，同时兼顾考虑物化阶段以及生命终止阶段的碳排放。建筑运行阶段的碳排放量与能耗直接相关，其影响因素主要有建筑朝向、建筑层高、窗墙比以及围护结构构造等设计参数，利用计算机模拟软件能够精准高效地了解各个因素的影响趋势。在建筑能耗模拟相关研究中，黄河等3基于建筑能耗模拟软件 DeST-H 对北京地区自然通风类型下办公建筑的全年空调冷负荷进行了模拟计算；孙凤梅等4通过对比分析验证了 DeST-H 软件对长沙地区住宅能耗模拟的适用性；张甘霖等5基于 DesignBuilder 软件对康定农村地区传统民居的能耗进行了模拟研究，其中 DesignBuilder 在融合了 EnergyPlus 能耗模拟优势的基础上，简化了操作界面，而且在功能上可以直接模拟建筑运行阶段的全年碳排放量。Attia 等6研究了在净零能耗建筑中应用不同建筑性能优化工具的差异，结果表明应用进化算法可以更好地解决暖通空调和可再生能源系统的优化问题；Nguyen 等7-8针对绿色建筑设计优化算法、仿真程序以及实际应用现状进行了综合评估，重点关注了城市住宅设计和改造的整体优化；Echenagucia 等9基于EnergyPlus 软件以及 NSGA-II 算法，通过改变某办公楼窗户的数量、位置、形状等参数，研究了不同气候条件下建筑所需能源的最小值，结果表明南向窗墙比的改变对建筑能耗影响最为显著。在建筑碳排放研究方面，张春晖等10以中国寒冷地区某住宅建筑为例，分别讨论了数据时效性、代表性和技术差异对建筑生命周期能耗和碳排放的影响；毛希凯11对 207 栋天津市住宅进行了碳排放量核算，并基于此使用线性和非线性回归方法构建了建筑生命周期碳排放预测模型。Ramesh 等12通过对比分析 13 个国家 73 个案例住宅和办公建筑的生命周期能耗及碳排放量，发现办公建筑能耗和碳排放强度高于住宅建筑；Dimoudi 等13通过对 2 栋现代办公建筑物化阶段碳排放进行量化分析，发现建筑材料碳排放量在建筑物化阶段中占比最大，应该以此为节能减排的切入点，选择节省材料用量的施工手段。综上，国内外相关研究主要集中在城市既有建筑的生命周期能耗和碳排放量计算，而将动态能耗模拟与生命周期碳足迹量化作为设计前期评价工具的研究较少，鲜有针对分布广泛、体量较小的农村住宅开展生命周期碳排放分析与低碳设计策略探索的研究。本文基于冀北地区的气候条件、营建技术、建筑材料等，从民居的规划阶段开始以节能减排为目标研究影响碳排放的建筑设计因素，定量分析其取值与组合最优解，以期改善农村住宅建筑90第 49 卷四川建筑科学研究碳排放，为冀北地区农村住宅的科学化发展提供 参考。1 研究对象的选取1.1 冀北地区农村住宅概况冀北地区主要包括河北省张家口市、承德市等地部分区域，当地农村住宅以砖木结构为主、生土结构为辅，采用坐北朝南、三五开间的形式，建筑多为单层，立面开窗以南向为主。总体上看，冀北地区农村住宅体形系数大，围护结构热工性能差，且由于盲目追求院落空间以及窗户面积，缺乏对节能减排的思考，普遍存在碳排放高的问题。因此，当地新建农村住宅应考虑在减小建筑体形系数的同时优化建筑围护结构热工性能，以达到降低建筑生命周期碳排放量的目的。1.2 建筑基准模型构建基于冀北地区现阶段农村住宅的空间形态，选择河北省 农村住宅标准设计图集（冀北分册）（DBJT 02-1832020）14中户型一为基准模型，建筑平面如图 1 所示。该住宅坐北朝南，共2 层，建筑面积为 249.09 m2，总高度为 7.75 m，平屋顶，使用空间包括四室三厅一厨两卫。图 1 基准模型建筑平面 mmFig.1 Buildingplanofthebenchmarkmodel选用 DesignBuilder 软件对案例农村住宅进行能耗模拟。DesignBuilder 是一款基于建筑能耗动态模拟程序 EnergyPlus 的综合用户图形界面模拟软件，在建筑性能优化设计领域得到了广泛应用。结合中国标准气象数据库中张家口市典型气 象数据，夏季制冷期为每年7月1日8月31日，共 62 d，冬季采暖期为每年 11 月 1 日次年 3 月 31日，共 151 d，除厨房、卧室和客厅外，其余为非空调房间，该基准模型采暖及空调设备参数见表 1。表 1 基准模型采暖及空调设备参数Table1 Heatingandairconditioningequipmentparametersofthebenchmarkmodel设备室内设计温度 消耗能源类型 热效率 能效比采暖18燃气0.85空调26电力3.002 生命周期碳排放模型构建建筑生命周期碳排放主要阶段如图 2 所 示 15-17。图 2 建筑生命周期碳排放主要阶段Fig.2 Mainstagesofthecarbonemissioninthelifecycleofbuildings2.1 建筑物化阶段碳排放建筑物化阶段碳排放主要包括建筑材料生912023 第 4 期魏广龙，等：冀北地区农村住宅生命周期碳排放分析与低碳设计策略研究建造过程中资源消耗的测算方法有 2 种：一种是现场施工实测法，即通过施工现场安装的电表、气表、水表对消耗的能源或资源进行统计，并记录现场工程机械的加油量，即可得出项目资源消耗总量；另一种是施工工序估算法，主要是针对施工现场无计量措施的建筑，依靠工程预算清单中的机械台班来确定所需机械设备的型号、数量和运行时间，结合机械设备的单位时间能耗，便可以快速确定施工阶段能耗总量，计算该过程的碳排放量。2.2 建筑运行阶段碳排放建筑运行阶段碳排放主要包括建筑日常使用的碳排放以及建筑维修所产生的碳排放，建筑日常使用碳排放（）来源于生活中化石能源、电力、水资源等的消耗，可以通过以下公式计算。（4）式中：为建筑使用过程能源 i 的消耗量，MJ；为能源 i 的碳排放因子，kgCO2e MJ；为水资源的碳排放因子，kgCO2e t；为建筑使用过程水资源的消耗量，t。建筑更新与维修阶段的碳排放来自于维修材料的生产，以及修缮工作中设备机械的能源消耗，在维修材料使用量较少的情况下，可不考虑该部分建筑材料的运输20。2.3 建筑终止阶段碳排放建筑终止阶段碳排放主要包括建筑拆除碳排放和建筑废弃物运输碳排放。建筑拆除碳排放（）来自于建筑拆除的机械设备的能源消耗，由于该部分实际数据收集困难，实际中可按下式估算21。（5）建筑废弃物运输碳排放计算方法和建筑材料运输碳排放相同，默认为公路运输。该阶段的运输距离，即建筑拆除地到垃圾填埋或回收场地的距离，根据相关研究取 30 km22。产所需原材料的开采、生产和运输到预制构件厂等产生的碳排放，生产中以及运输至施工场地所消耗的资源和使用设备产生的碳排放，还包括房屋建造过程中施工机械的能源消耗产生的碳排 放18。2.1.1 建筑材料生产碳排放建筑材料开采、精炼、运输、合成等过程中需要投入资源与能源，建筑材料生产碳排放（）可由下式计算得到。（1）式中：为施工现场的建筑材料损耗率；为建筑中第 i 种材料的使用量，kg；为第 i 种材料的碳排放因子，kgCO2e 单位。2.1.2 建筑材料运输碳排放运输过程的碳排放（）使用以下公式计算。（2）式中：为第 i 种材料通过运输工具 j 运输的距离；为运输工具 j 的碳排放因子，kgCO2e （kmt），取决于交通工具的动力效率以及燃料的选择。通常有 2 种方法确定建筑材料运输距离（）：第一种是利用各省市的平均统计数据进行计算；第二种是根据实际案例信息统计，该方法适用于信息完备的单栋建筑，计算结果更加准确，该部分数据可以从设计文件、预算文件、材料采购文件中获得。基准模型建筑材料默认为公路运输，碳排放因子取 0.168 kgCO2e（kmt）19。2.1.3 建筑建造碳排放建筑建造过程中的碳排放（）主要来自现场机械设备（燃油和电力设备等）的能源消耗、水资源消耗和现场照明能耗，可以使用以下公式计算。（3）式中：为能源 i 的碳排放因子，kgCO2e MJ；为施工过程中能源 i 的消耗量，MJ。92第 49 卷四川建筑科学研究3 碳排放影响因素分析3.1 影响因素设定长期以来，农村住宅的建设基本处于一个无序的状态，许多建筑在个人行为的影响下缺乏科学合理的专业化设计，因此选择基准模型作为研究对象更具普适性。冀北地区农村住宅建筑基准模型建筑材料生产碳排放见表 2。图 3 为基于建筑材料贡献统计得出的碳排放分布。从图 3 中可以看出，挤塑保温板、预拌混凝土、钢材、双面钢丝网外墙保温夹芯板这 4 类建筑材料的碳排放占据了该阶段碳排放的 88。图 3 基准模型建筑材料生产碳排放分布Fig.3 Carbonemissiondistributioninthebuildingmaterialsproductionstageofthebenchmarkmodel表 2 基准模型建筑材料生产碳排放Table2 Carbonemissionsinthebuildingmaterialsproductionstageofthebenchmarkmodel材料用量10单位碳排放因子 （kgCO2e单位-1）单位面积碳排放量 （kgCO2em-2）钢材 10.65t2 05023876预拌混凝土 95.33m38523147挤塑保温板 140.46m266918377改性沥青防水卷材 204.59m22.3818 1.95双面钢丝网外墙保温夹芯板 22.708m67617 61.6JS 防水涂料 713.79kg0.73621 21.1断桥铝平开窗 24.36m225423 24.8断桥铝平开门 10.11 m225423 10.3复合木模板 5.816 4m87817 20.5真石漆1 200.66kg6.5517 31.6聚合物抗裂砂浆 2.437 29t73523 7.19冀北地区农村住宅建筑基准模型建筑材料运输碳排放见表 3。该建筑在 A1、A2、A3 阶段的碳排放量分别为 1.92105、7.63102、1.05 105 kgCO2e。建筑日常使用碳排放主要来源于日常的电力消耗、夏季的制冷与冬季的采暖等，这部分的碳排放通过 DesignBuilder 软件模拟。建筑更新与维修只考虑保温材料及门窗构件的更换，其碳排放量为 1.08105 kgCO2e。在建筑生命周期 50 年内建筑运行阶段的碳排放量总和为6.10105 kgCO2e。建筑终止阶段包括建筑拆除和建筑废弃物运输阶段，根据公式得到建筑终止阶段的碳排放量为 9.60104 kgCO2e。根据计算结果，建筑运行阶段所产生的碳排放量占整个建筑生命周期碳排放量的 60以上，因此对影响建筑运行阶段碳排放的因素进行研究分析，有助于找到低碳建筑设计的切入点。基于张家口地区的气候条件与农村住宅特性选取了 4 个与建筑碳排放相关的因素：a 建筑朝向、b 建筑层高、c 南向窗户尺寸、d 围护结构构造，每个因素选 7 个取值，见表 4。采用单一因素932023 第 4 期魏广龙，等：冀北地区农村住宅生命周期碳排放分析与低碳设计策略研究表 3 基准模型建筑材料运输碳排放Table3 Carbonemissionsinthebuildingmaterialtransportationstageofthebenchmarkmodel材料材料总碳排放量 kgCO2e单位面积碳排放量（kgCO2em-2）材料自重14 t运输距离21km单位面积运输碳排放量（kgCO2em-2）钢材2.83104113.58 10.65604.3110-1预拌混凝土3.42104137.12238.325152.41挤塑保温板9.87104396.11 1.825 98253.0810-2改性沥青防水卷材5.111022.05 0.429 639257.2410-3双面钢丝网外墙保温夹芯板1.5610462.70 0.295 204254.9810-3JS 防水涂料5.521022.21 0.713 79502.4110-2断桥铝平开窗6.4910326.05 0.584 64552.1710-2断桥铝平开门2.6910310.81 0.242 64559.0010-3复合木模板7.4210329.80 0.075 613351.7810-3真石漆8.2610333.15 1.200 66504.0510-2聚合物抗裂砂浆1.761037.05 2.437 29508.2210-2表 4 生命周期碳排放影响因素及取值Table4 Influencingfactorsandvaluesofthelifecyclecarbonemissions水平a 建筑朝向b 建筑层高 mc 南向窗户尺寸 md 围护结构构造水平 1建筑朝南3.01.660 mm 外叶墙+200 mm 钢丝网架聚苯夹芯板+80 mm 内叶墙水平 2南偏西 15 3.31.820 mm 混合砂浆+370 mm 粉煤灰砖+饰面层水平 3南偏西 30 3.62.020 mm混合砂浆+200 mm加气混凝土砌块（密度为200 kg m）+饰面层水平 4南偏西 45 3.92.220 mm 混合砂浆+200 mm 多孔砖+饰面层水平 5南偏东 15 4.22.420 mm 混合砂浆+250 mm 草砖+饰面层水平 6南偏东 30 4.52.620 mm 混合砂浆+150 mm 草砖+饰面层水平 7南偏东 45 4.82.820 mm 混合砂浆+100 mm 草砖+饰面层分析研究各因素变化对建筑生命周期碳排放的影响。根据现有农村住宅建筑基准模型形式，因素c 南向窗户尺寸设定窗户高度不变，考虑到墙体3.2 碳排放单因素分析根据单因素研究分析结果，冀北地区农村住宅在不同建筑朝向、建筑层高、南向窗户尺寸以及围护结构构造下生命周期的碳排放量见表 5。厚度以及原有模型形状的限制，限定宽度不超过2.8 m，因此窗户宽度取值为 1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8 m。表 5 单因素影响下生命周期碳排放量Table5 Thelifecyclecarbonemissionsundertheinfluenceofasinglefactor 106kgCO2e水平a 建筑 朝向b 建筑 层高c 南向窗户尺寸d 围护结构构造水平 11.040.981.051.04水平 21.041.041.041.29水平 31.041.101.041.18水平 41.051.161.041.36水平 51.041.231.030.93水平 61.051.291.031.01水平 71.061.351.021.13冀北地区农村住宅生命周期碳排放量随窗户尺寸变化的趋势如图 4 所示。在保持窗户高度不变的情况下，冀北地区农村住宅生命周期碳排放量随着窗户宽度的增加而降低。在窗户宽度为2.8 m 时，该建筑的生命周期碳排放量最低，而在窗户宽度为 1.6 m 时，建筑生命周期碳排放量最94第 49 卷四川建筑科学研究高，两者相差约 3.00104 kgCO2e。图 4 生命周期碳排放量随窗户尺寸变化的趋势Fig.4 Variationtrendofthelifecyclecarbonemissionswithwindowsize冀北地区农村住宅生命周期各阶段碳排放量随窗户尺寸变化的趋势如图 5 所示。在改变建筑南向窗户尺寸的过程中，建筑物化阶段、运行阶段以及终止阶段的碳排放量均有所降低。图 5 生命周期各阶段碳排放量随窗户尺寸变化的趋势Fig.5 Variationtrendofthecarbonemissionsindifferentlifecyclestageswithwindowsize由于建筑形体和材料不发生变化，建筑朝向的改变不会影响建筑物化阶段以及建筑终止阶段的碳排放量，因此只需要研究建筑运行阶段碳排放情况。冀北地区农村住宅生命周期碳排放量以及生命周期各阶段碳排放量随建筑朝向变化的趋势分别如图 6 与图 7 所示。从图中可以看出，在南偏西 15 时建筑生命周期碳排放量最低。图 6 生命周期碳排放量随建筑朝向变化的趋势Fig.6 Variationtrendofthelifecyclecarbonemissionswithbuildingorientation图 7 生命周期各阶段碳排放量随建筑朝向变化的趋势Fig.7 Variationtrendofthecarbonemissionsindifferentlifecyclestageswithbuildingorientation在研究建筑层高对生命周期碳排放量的影响时，规定建筑层高不小于 3.0 m，在模拟过程中以0.3 m 为单位变量变化，各方案建筑物化阶段、运行阶段、终止阶段的碳排放量以及整个生命周期的碳排放量变化情况如图 8 所示。根据模拟结果可知，建筑层高与建筑日常使用阶段的全年碳排放呈正比关系，通过 SPSS 软件得到其线性回归方程952023 第 4 期魏广龙，等：冀北地区农村住宅生命周期碳排放分析与低碳设计策略研究图 8 生命周期各阶段碳排放量随建筑层高变化的趋势Fig.8 Variationtrendofthecarbonemissionsindifferentlifecyclestageswithbuildingstoreyheight图 9 生命周期各阶段碳排放量随围护结构构造变化的趋势Fig.9 Variationtrendofthecarbonemissionsindifferentlifecyclestageswithenvelope（6）式中：X 为建筑层高，m；Y 为建筑生命周期碳排放量，kgCO2e。回归系数显著性值为 0.000，表明建筑层高与建筑生命周期碳排放量呈显著性相关。可以看出，降低农村住宅建筑层高对减少建筑在运行阶段的碳排放影响较为显著，层高每降低 1.0 m，可使生命周期碳排放量减少 2.09105 kgCO2e。因此，在满足使用需求的情况下应尽量降低建筑 层高。在原建筑形体的基础上，比较不同的围护结构构造的建筑生命周期碳排放量，结果如图 9所示。从图中可以看出，采用 60 mm 外叶墙+200 mm 钢丝网架聚苯夹芯板+80 mm 内叶墙构造的农村住宅物化阶段的碳排放量最多，为3.32105 kgCO2e，非黏土实心砖墙、加气混凝土墙以及多孔砖墙围护结构的生命周期碳排放量明显高于其他围护结构构造。综合各阶段计算结果，围护结构为 20 mm 混合砂浆+250 mm 草砖+饰面层时生命周期碳排放量最低，围护结构为 20 mm 混合砂浆+200 mm 多孔砖+饰面层时生命周期碳排放量最高，两者相差 4.27105 kgCO2e，每平方米碳排放量减少 1.77103 kgCO2e。4 低碳设计策略研究为了解各因素之间的交互作用，需要对各影响因素的不同取值进行组合。由于进行全面试验组合次数较多，计算量过大，因此选择正交试验法进行多因素研究，在大幅减少试验次数的同时保证研究方案的科学性与代表性。通过正交试验法对选取的冀北地区农村住宅建筑基准模型生命周期碳排放影响因素及取值进行组合和计算。利用 SPSS 软件得到 L49 7.8 型正交表进行 49 次试验，由于因子数量不完全相同，通过拟水平法处理后的部分试验结果见表 6。4.1 因素影响主次分析计算每个影响因素的碳排放量平均值，表示第 j 列因素取第 i 个值时，所得试验结果的平 均值。（7）（8）式中：s 为正交试验中第 j 列影响因素取值为 i 时出现的次数,为第 j 列水平为 i 的因素的试验结果之和,为第 j 列的极差23。96第 49 卷四川建筑科学研究以影响因素 a 建筑朝向为例：4.2 最优低碳设计方案建筑基准模型生命周期碳排放量多因素组合试验结果见表 7。各列极差不相等表示各个因素对生命周期碳排放量影响不同，极差越大表明该因素对建筑生命周期碳排放量影响越大，说明该因素在设计中应该首要考虑。而水平值越低代表该方案组合生命周期碳排放量越低，这样的农村住宅建筑更有利于实现低碳目标。本次试验结果表明：最显著影响建筑生命周期碳排放量的因素是围护结构构造，其次是建筑层高、南向窗户尺寸以及建筑朝向；最优组合方案为：建筑朝向南偏西15，建筑层高 3.0 m，南向窗户宽度为 2.8 m，围护结构构造为 20 mm 混合砂浆+250 mm 草砖+表 6 基准模型生命周期碳排放多因素部分正交组合方式及结果Table6 Multi-factorpartialorthogonalcombinationmethodsandresultsofthelifecyclecarbonemissionsofthebenchmarkmodel序号a 建筑朝向b 建筑层高 mc 南向窗户尺寸 md 围护结构构造生命周期碳排放量 （106 kgCO2e）单位面积碳排放量（103 kgCO2em-2）1建筑朝南3.01.660 mm 外叶墙+200 mm 钢丝网架聚苯夹芯板+80 mm 内叶墙0.994.102建筑朝南3.32.020 mm 混合砂浆+200 mm 多孔砖+饰面层1.365.673建筑朝南3.62.420 mm 混合砂浆+100 mm 草砖+饰面层1.194.954建筑朝南3.92.820 mm 混合砂浆+200 mm 加气混凝土砌块（密度为 200 kg m）+饰面层1.315.465建筑朝南4.21.820 mm 混合砂浆+150 mm 草砖+饰面层1.215.036建筑朝南4.52.220 mm混合砂浆+370 mm粉煤灰砖+饰面层1.656.897建筑朝南4.82.620 mm 混合砂浆+250 mm 草砖+饰面层1.204.998南偏西 15 3.02.820 mm 混合砂浆+150 mm 草砖+饰面层0.933.8949南偏东 45 4.82.820 mm 混合砂浆+100 mm 草砖+饰面层1.486.16饰面层；最差组合方案为：建筑朝向南偏东 30，建筑层高 4.8 m，南向窗户宽度为 1.6 m，围护结构构造为 20 mm 混合砂浆+200 mm 多孔砖+饰面层。表 7 基准模型生命周期碳排放量多因素组合试验结果Table7 Experimentalresultsofthemulti-factorcombinationofthelifecyclecarbonemissionsofthebenchmarkmodel106kgCO2e平均值a 建筑 朝向b 建筑 层高c 南向 窗户尺寸d 围护 结构构造H_1j1.271.071.321.16H_2j1.261.141.291.48H_3j1.291.211.281.34H_4j1.281.281.291.56H_5j1.291.361.281.05H_6j1.301.431.271.14H_7j1.291.511.251.27Ri0.040.440.070.51通过建模计算得到最优方案建筑运行阶段的碳排放量为 4.50105 kgCO2e，建筑生命周期碳排放量为 8.65105 kgCO2e，建筑生命周期单位面积碳排放量为 3 472.01 kgCO2e m2；最差方案建筑生命周期单位面积碳排放量为 7 501.30 kgCO2e m2。972023 第 4 期魏广龙，等：冀北地区农村住宅生命周期碳排放分析与低碳设计策略研究最优方案建筑生命周期单位面积碳排放量比最差方案降低了约 53.7，而比普通标准农村住宅生命周期单位面积碳排放量（9 222.4 kgCO2e m2）24降低了约 62.4。5 结 论针对冀北地区农村住宅生命周期碳排放影响因素进行单因素分析与正交试验，得到以下结论：1）建筑围护结构构造是影响冀北地区农村住宅生命周期碳排放的最主要因素，其次是建筑层高、南向窗户尺寸以及建筑朝向。2）冀北地区的农村住宅在建筑朝南至南偏西 15 时的碳排放量最低。建筑的层高与冀北地区农村住宅生命周期碳排放量呈线性正相关，在不影响日常生活的前提下适当降低建筑层高有利于减少建筑生命周期的碳排放量。3）冀北地区农村住宅最优低碳设计方案为：建筑朝向为南偏西 15，建筑层高为 3.0 m，南向窗户宽度为 2.8 m，围护结构构造为 20 mm 混合砂浆+250 mm 草砖+饰面层。其生命周期碳排放量为 8.65105 kgCO2e，建筑生命周期单位面积碳排放量为 3 472.01 kgCO2e m2。参 考 文 献：1 GONZLEZ M J，NAVARRO J G.Assessment of the decrease of CO2 emissions in the construction field through the selection of materials：Practical case study of three houses of low environmental impactJ.Building and Environment，2006，41（7）：902-909.2 JIN H，LING W.External wall structure of green rural houses in Daqing，China，based on life cycle and ecological footprint theoriesJ.Frontiers of Architectural Research，2015（4）：212-219.3 黄河，李晓锋，张明瑞，等.自然通风建筑能耗全年模拟研究 J.建筑科学，2012，28（2）：46-50.4 孙凤梅，李念平，陈淑琴，等.基于 DEST-H 软件的城市住宅模拟能耗与实测能耗的对比分析 J.制冷空调与电力机械，2007（6）：43-46.5 张甘霖，张群，王芳，等.基于 DesignBuilder 的康定农村地区传统民居能耗影响因素研究 J.建筑科学，2019，35（6）：108-115.6 ATTIA S，HAMDY M，O BRIEN W，et al.Assessing gaps and needs for integrating building performance optimization tools in net zero energy buildings designJ.Energy and Buildings，2013，60（4）：110-124.7 NGUYEN A T，REITER S，RIGO P.A review on simulation-based optimization methods applied to building performance analysisJ.Applied Energy，2014，113：1043-1058.8 EVINS R.A review of computational optimisation methods applied to sustainable building designJ.Renewable and Sustainable Energy Reviews，2013，22：230-245.9 ECHENAGUCIA T M，CAPOZZOLI A，CASCONE Y，et al.The early design stage of a building envelope：Multi-objective search through heating，cooling and lighting energy performance analysisJ.Applied Energy，2015，154：577-591.10 张春晖，林波荣，彭渤.我国寒冷地区住宅生命周期能耗和 CO2 排放影响因素研究 J.建筑科学，2014，30（10）：76-83.11 毛希凯.建筑生命周期碳排放预测模型研究 D.天津：天津大学，2018.12 RAMESH T，PRAKASH R，SHUKLA K K.Life cycle energy analysis of buildings：An overviewJ.Energy and Buildings，2010，42（10）：1592-1600.13 DIMOUDI A，TOMPA C.Energy and environmental indicators related to construction of office buildingsJ.Resources Conservation and Recycling，2008，53（1 2）：86-95.14 农村住宅标准设计图集（冀北分册）：DBJT 02-1832020 S.北京：中国建材工业出版社，2020.15 徐旭东.基于 Hybrid-LCA 模型的秸秆草砖建筑生命周期碳排放研究 D.西安：西安建筑科技大学，2019.16 王瑶.寒冷地区城市住宅生命周期低碳设计研究 D.西安：西安建筑科技大学，2020.17 李金潞.寒冷地区城市住宅生命周期碳排放测算及减碳策略研究 D.西安：西安建筑科技大学，2019.18 仓玉洁，罗智星，杨柳，等.城市住宅建筑物化阶段建材碳排放研究 J.城市建筑，2018（17）：17-21.（下转第106页）106第 49 卷四川建筑科学研究13 DAVERN M，WINTERTON R，BRASHER K，et al.How can the lived environme