对“双碳”目标下低碳建筑研究问题的研究

摘  要

本文针对建筑碳排放问题进行研究，利用灰色关联度分析建筑周期影响碳排放量的因素，利用熵权法，建立 TOPSIS，ARIMA 等模型对碳排放量进行评价，预测。对于推进低碳建筑的构建，促进国家双碳目标的实现具有重要作用。

针对问题一，本文通过结合 BIM 技术，获取房屋建筑信息，建立物理模型，利用热力学公式计算得出该建筑物空调调温的年碳排放量为 22.21296296 吨。

针对问题二，本文通过查阅相关资料确定影响居住建筑碳排放的因素为建筑的类型建材能耗、气候等因素。本文通过碳排放因子法，结合 BIM 技术计算出不同样本建筑的碳排放量，对影响居住建筑碳排放量的相关因素进行皮尔逊相关系数的求解，确定因素与碳排放量的相关度，最后通过建立灰色关联度模型，求解居住面积，地区差异等与建筑碳排放量的灰色关联系数见表 5-7，即建筑面积、建筑层数、建材能耗等因素对建筑碳排放影响较大。

针对问题三，基于问题二确立的评价指标，通过查阅相关资料可知，建筑周期中，建筑建造、运行、拆除阶段的能耗不同，因此，本文分别对江苏省 13 个地级市建筑不同阶段的碳排放进行评价，通过采用熵权法，对单个阶段的指标权重进行求解，通过建立 TOPSIS 模型，结合三个阶段各个影响因素所占权重，评价得出建筑建造，运行，拆除阶段碳排放最优城市为无锡、南通、宿迁。

针对问题四，通过查阅国家平台，获取江苏省 2000-2019 年江苏省碳排放量数据，利用 Matlab 软件绘制时间序列图，结合时间序列图特点，建立 ARIMA 模型对江苏省居住建筑碳排放进行分析预测，对数据进行白噪声检验，白噪声检验求解自相关，偏自相关系数进而确定本文需要建立 ARIMA（1,1,1）模型，利用 Matlab 软件求解公式如下：

结合上述公式，预测出 2023 年江苏省碳排放量为 1200.8620 吨。

针对问题五，为推动江苏省低碳建筑市场环境建设，本文结合前四问结果，完善低碳建筑生命周期预测模型,对低碳建筑市场发展较为重要，江苏省政府可从推广低碳技术、补贴低碳建筑、规范低碳建筑标准这三方面给出合理建议。

关键词：熵权法、TOPSIS、ARIMA、灰色联度

问题重述

2022 年 3 月，住房和城乡建设部发布的《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》[1]中明确指出，截至 2025 年城镇新建筑应全面建成绿色建筑，稳步提升建筑能源利用率，逐步优化建筑用能结构，使建筑能耗与碳排放得到有效控制，形成绿色、低碳循环的建设方式。随着我国经济的迅速发展，建筑行业在促进经济发展，在带动城市建设中起着重要的作用。然而建筑活动是一个能源消耗量大、加重环境负担的过程，在二氧化碳排放总量中，建筑行业约占到 50%，远高于交通和工业行业。在双碳战略的背景下，建筑行业意识到了建筑能耗问题的严重性，建筑业走低碳发展之路是资源紧缺、温室效应和环境污染反省后的必然选择。低碳建筑相较于传统建筑而言，可以显著降低环境污染和破坏，消减建筑和环境之间的矛盾冲突，对实现我国节能减排目标具有重要的作用和意义。

在低碳建筑方面已有不少学者对此展开研究，贾晋文[2]分析了低碳建筑设计发展优势特点基础上，选择合理措施促进低碳概念应用，促进建筑设计优化升级；张乐[3]分析了新型节能建筑技术在我国的实际应用情况和发展途径，为新一代绿色节能建筑技术的推广和普及提供思路和策略；郭俊玲[4]研究了多项建筑节能常用的低碳技术对建筑节能改造全寿命周期的影响，文本将结合前人的研究，探讨在“双碳”目标背景下，对低碳建筑进行研究，为建筑碳减排提出相关建议。

为了探究“双碳”目标下低碳建筑研究问题，本文依据附件中给出的相关数据，建立数学模型，解决以下问题：

1.针对一间长 4 米、宽 3 米、高 3 米的单层平顶单体建筑，墙体为砖混结构，厚度30 厘米，屋顶钢筋混凝土浇筑，厚度 30 厘米，门窗总面积 5 平方，地面为混凝土，计算该建筑物通过空调调节温度的年碳排放量；

2.建立数学模型，研究在居住建筑的整个生命周期中影响碳排放的因素，通过选择合适的指标，对居住建筑整个生命周期的碳排放进行综合评价；

3.结合问题二的结果，查找相关资料，建立居住建筑碳排放综合评价模型，对 2021年江苏省 13 个地级市的居住建筑碳排放进行有效性验证；

4.建立碳排放预测模型，结合江苏省建筑全过程碳排放的资料，对 2023 年江苏省建筑全过程的碳排放量进行预测；

5.结合前四问的结果，对江苏省居住建筑提出减排政策，并为给出相关参考依据。

二、问题分析

2.1 对于问题一的分析

为了计算空调调节温度的年碳排放量，针对已知的月份温度数据和最优温度区间，本文考虑查阅相关资料，获得建筑信息，结合物理学公式，建立物理模型，求解空调调节温度的年碳排放量。

2.2 对于问题二的分析

本文通过查阅相关资料确定影响居住建筑碳排放的影响因素，找出可以量化的指标，建立数学模型计算各个影响因素与与碳排放之间的相关性，并对这些指标对居住建筑整个生命周期的碳排放进行综合评价。

2.3 对于问题三的分析

考虑到建筑周期中建筑建造不同阶段能耗不同，因此分别对江苏省 13 个地级市的建筑物建造不同周期碳排放的影响因素进行权重求解，最终对不同建造时间段江苏省 13 个地级市碳排放量进行评价。

2.4 对于问题四的分析

针对问题四，通过采集江苏省历年来的碳排放变化数据，分析变化趋势，建立与之适配度高的时间序列模型进行分析和预测。

2.4 对于问题五的分析

结合以上问题，对江苏省建筑碳减排提出合理化建议。