基于技术成熟度的建筑全生命周期碳减排优化研究

作     者：张倩倩 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王元丰

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 0833[工学-城乡规划学] 

主      题：建筑减碳技术 技术成熟度 建筑碳减排 全生命周期 风险评估 

摘      要：近年来,温室气体排放量不断增加,导致气候变化影响愈发严重,全球各行业实现深度减排迫在眉睫。中国作为世界上碳排放量最大的国家,已于2020年明确提出“力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和目标。建筑行业作为我国能源消耗和碳排放的重点领域,碳减排潜力巨大。建筑减碳技术是实现高效减排的关键途径,但该领域目前缺乏对建筑减碳技术的系统性评估。因此,通过调研提出碳中和背景下建筑减碳技术清单,并建立成熟度评估指标体系及碳减排优化模型,对建筑减碳技术环境影响进行评价。(1)基于建筑部门实现碳中和的主要路径,参考现有低碳技术推广目录等研究,总结建筑减碳技术特点,建立中国建筑减碳技术清单。以建筑全生命周期作为划分依据,总结为关键技术19项,其中包括具体技术92项,为建筑减碳技术组合方案提供选择参考。(2)通过对建筑减碳技术成熟度(Technology Readiness Level,TRL)进行重定义,形成针对性高且适用性强的技术成熟度等级评估标准,并提出三个更广泛的技术成熟度维度。建立建筑减碳技术成熟度评估指标体系,对减碳技术进行TRL等级定量评估,便于决策者进行技术选择。(3)综合考虑建筑减碳技术碳减排量和成熟度对建筑减碳效果的影响,建立基于成熟度的组合技术碳减排优化模型。引入并量化系统成熟度(System Readiness Level,SRL),用于评估技术组合风险。通过遗传算法得到最优碳减排技术组合方案,进而评价最优方案中建筑减碳技术的环境影响。(4)基于上述方法和模型,结合实际案例,计算不同减碳技术应用于建筑全生命周期的碳减排量,根据用户选择低风险技术组合的意愿,确定案例建筑最优碳减排技术组合方案。通过建立碳减排率和碳减排贡献度指标,对建筑减碳技术进行环境影响评价。结果表明,最优技术组合方案的碳减排率为95.38%,进一步验证模型有效性。其中,可再生能源技术作为建筑全生命周期碳减排量最高的技术,在运营阶段的碳减排贡献度高达62.76%,该技术能够提供建筑运营阶段的整体供电、供热,实现自给自足。通过建筑减碳技术碳减排分析发现,合理的减碳技术组合方案会提高节能减碳效果。成熟度结果表明,需加强建筑施工建造阶段、拆除与回收阶段的减碳技术创新与研发,提高技术成熟度,降低技术组合风险。本文提出的方法及模型可应用于实际案例中,有助于选择碳减排最优的技术组合方案,同时控制方案在较低风险下实现较高减排效果,为决策者进行建筑减碳技术选择提供有效参考。