基于 LCA 的高速公路服务区碳排放核算研究

摘要：本研究基于全生命周期评价理论（LifeCycleAssessment,LCA），明确了高速公路服务区全生命周期碳排放核算边界，提出了碳排放核算模型，并以云南省某服务区为例，进行全生命周期碳排放核算。核算结果表明该服务区全生命周期碳排放量为25480.63tCO2e，其中运营阶段为13365.62tCO2e，占比52.45%；建设阶段为11013.64tCO2e，占比43.22%；拆除阶段为1101.37tCO2e，占比4.33%。可见运营期是高速公路服务区碳减排的关键阶段，由此提出了各阶段具体降碳措施，为低碳服务区建设提供了可参考思路。1碳排放核算方法1.1理论框架LCA方法用于高速公路服务区碳排放研究是以过程分析为基本出发点，通过研究服务区建设全过程中物质的输入和输出数据清单，计算高速公路服务区的全生命周期的碳排放。具体过程如下：（1）明确服务区全生命周期阶段划分和边界；（2）对构成服务区全生命周期各阶段的相关活动数据进行采集分析；（3）建立各阶段碳排放清单，并进行碳排放计算；（4）对碳排放结果进行汇总分析。1.2核算范围及边界根据LCA方法，高速公路服务区全生命周期可以划分为前期准备阶段、建设阶段、运营阶段、拆除阶段四个阶段。上述四个阶段的碳排放边界如图1所示：图1高速公路服务区全生命周期碳排放核算边界1.3核算模型由核算边界可知服务区全寿命周期碳排放核算模型如式（1）所示：式中，𝐸全为全生命周期碳排放量，tCO2e；𝐸前、𝐸建、𝐸营、𝐸拆分别为前期准备阶段、建设阶段、运营阶段、拆除阶段四个阶段的碳排放量，tCO2e。（1）前期准备阶段由于规划设计阶段周期较短，前期准备阶段主要是一些办公室事务和人员活动，此过程中产生的碳排放难以估计，并且相关学者研究表明此部分碳排放量较小，因此高速公路服务区核算可简化为只计算建设阶段、运营阶段、拆除阶段三个阶段。即𝐸前≈0。（2）建设阶段建设阶段碳排放主要来源一方面是由建设材料生产、运输及施工过程中机械设备使用而产生的碳排放；另一方面是因土地征用而带来原有植被破坏而损失的碳汇量，计算公式如式（2）所示：

式中，𝐸材为建设材料生产阶段碳排放量，tCO2e；𝐸运为建设材料运输阶段碳排放量，tCO2e；𝐸机为施工过程中机械设备使用而产生的碳排放量，tCO2e；𝐸土为土地征用阶段原有植被破坏而损失的碳汇量，tCO2e。式中，𝑖为建设材料种类；𝑀i为建设材料𝑖的使用量；𝜆i为施工材料𝑖的碳排放因子。

式中，𝑖为某一运载车型；𝐶i为𝑖车型的排班次数；𝐿i为平均行驶距离；𝐻i为该车型百公里油耗数；𝐹i为燃料碳排放因子。式中，𝑄i为第𝑖种能源的碳排放因子；𝑈j,i为使用第𝑖种能源的第𝑗种设备的班台量；𝑅j,i为使用第𝑖种能源的第𝑗种施工机械设备的耗能定额。（3）运营阶段运营阶段碳排放主要包括暖通空调、生活热水、照明及电梯等建筑用能产生的碳排放，以及可再生能源替代和植物碳汇而减少的碳排放。式中，𝐸能为建筑用能碳排放量，tCO2e；𝐸汇为植物碳汇量，tCO2e；𝐸替为可再生能源替代用能的碳排放量，tCO2e。（4）拆除阶段拆除阶段碳排放公式如式（7）所示：式中，𝐸材′为拆解过程施工机械用能产生的碳排放量，tCO2e；𝐸运′为废弃物转运产生的碳排放量，tCO2e；𝐸材′为废弃物回收利用过程中产生的碳排放量,

tCO2e；具体计算方法同建设阶段。1.4参数选取建材碳排放因子、建材运输碳排放因子、主要能源碳排放因子根据《建筑碳排放计算标准》（GB/T513266—2019）中附录相关参数取值选取。电力碳排放因子按照生态环境部最新公布数据选取，2022年度全国电网平均排放因子为0.5703tCO2/MW·h。2碳排放核算实例2.1项目概况本研究以云南省某在建服务区为例，服务区总占地面积65333.33m2，总建筑面积7243.49m2，建设内容主要包括综合服务楼、公厕、加油站、修理库、宿舍楼、垃圾房、水泵房、配电房、公共绿地、停车位等。具体经济技术指标如表1所示。服务区全寿命周期按照建筑使用年限按50年计。表1服务区主要经济技术指标（m2）2.2碳排放核算结果根据核算模型，可计算出该服务区全生命周期碳排放量，如表2所示。表2服务区碳排放量统计表（tCO2e）该服务区全寿命周期各阶段碳排放占比如图2所示，各单项工程碳排放占比如图3所示。图2高速公路服务区全生命周期各阶段碳排放占比图3高速公路服务区全生命周期各单项工程碳排放占比2.3碳排放核算结果分析运营阶段碳排放量较大的主要原因是在服务区日常经营活动中，暖通空调、照明、生活热水、电梯、充电桩等设备用能较高，从而造成服务区用电量较大，随之而来的碳排放量也较大。在建设阶段，由于要消耗大量建筑材料和机械台班，也使得碳排放量比较大。由图3可知，该服务区各单项工程中，场地工程碳排放量最大，为10534.26tCO2e，占比41.34%，由于场地工程占地面积较大，建设阶段在场地平整、硬化、路面摊铺等过程中消耗建筑材料和机械台班较多。同时，运营阶段场地外照明、充电等设备能耗较大，从而造成场地工程在服务区全生命周期碳排放中占比较高。综合服务楼碳排放量为7507.3tCO2e，占比29.46%，其作为主要服务功能载体，建筑规模较大和日常耗能较高，因此碳排放量也较大。3服务区全寿命周期降碳措施3.1前期准备阶段在前期规划设计中，应结合高速公路主线、服务区场址周边自然地形条件合理进行竖向设计，减少土石方开挖，保护周边自然生态环境。并且重视气候响应设计，以气候特征为引导进行建筑方案设计，围绕能耗目标，综合考虑建筑本体、围护结构、机电设备及可再生能源利用等设计内容。同时增加场地立体绿化设计，以改善场地微气候，提高碳汇水平。3.2建设阶段在建设阶段，应从建设源头减少碳排放。加大节能保温材料、新型涂料及防水材料等绿色建材的使用，减少建材生产环节的碳排放。优化施工方式，合理分配机械台班，减少化石能源的使用，进一步推广装配式建筑的应用。3.3运营阶段在运营阶段，应充分利用自然通风、天然采光、遮阳与隔热措施，采用低能耗及智能照明设备、高性能制冷制热设备，加大地源热泵、分布式光伏供电等可再生能源技术的利用，提高清洁能源的使用率。建立服务区能耗监测系统，对重点用能设备进行