引言自2006年以来我国成为二氧化碳排放大国,建筑行业是我国的三大能源消费领域之一,也是最主要的碳排放来源[1]。全国建筑全碳排放总量在2018年达到49.3亿t,占总碳排放量的51.3%,生产阶段碳排放占碳排放总量的28.3%[2]。国外学者对建筑生命周期碳排放评价体系进行了系统性研究,但缺少对建筑碳排放的量化分析。德国可持续建筑协会(DGNB)在2008年针对建筑生命周期碳排放首次提出明确的计算方法[3]。刘君怡[4]对建筑物的建造与运行阶段给出了典型计算公式,对中国建筑物碳排放量的研究提供了重要依据。国内学者对建筑碳排放研究的文章多数从单一角度切入。以时间顺序为脉络梳理,通过文献计量的方法对国外建筑碳排放研究进行可视化数据分析,对现有文献总结概括,挖掘学科研究前沿和热点,为建筑碳排放的深入研究提供参考。1研究方法与数据来源从科学计量学的角度,选用CiteSpace、VOSviewer作为文献计量工具,通过软件绘制建筑碳排放知识图谱,得到建筑碳排放研究领域的研究热点与研究趋势[5]。中文和英文文献源自CNKI与Web of Science,为了保证文献来源的全面性与准确性,CNKI与Web of Science检索关键词信息如表1所示。利用Origin软件对国内外建筑碳排放的论文发文量、发表时间和期刊来源分布情况进行统计分析。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.018.T001表1CNKI与Web of Science检索关键词信息项目内容检索条件2000~2020年检索方式主题检索检索关键词建筑碳排放和碳排放评价;building carbon emission &carbon emission evaluation文献类别期刊论文导出中文Refworks格式;英文纯文本检索结果中文文献4 187篇;英文文献8 572篇2国内外文献数据分析2.1文献发表概况文献的年发文数量变动反映学术领域研究受到关注的变化。年发文量和累计发文量统计结果如图1所示。2010年是重要的转折点,2000~2009年,国内外对建筑碳排放的研究发文量较少;2010~2020年,国外发文量呈现爆发式增长,仅2010年发表文献281篇。国内发文量阶段一呈现逐年递增的趋势,2008年有关建筑碳排放研究的发文量达到最高点。随着低碳生活、低碳建筑等热潮褪去,国内对于建筑碳排放研究的发文量有所下降,2020年“双碳”目标提出,可能是国内年发文量增长的原因之一;阶段二发表的文献数量为阶段一的2.09倍,有关建筑碳排放的逐渐受到研究者的青睐。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.018.F001图1年发文量和累计发文量统计结果2.2期刊来源和影响力分析将检索到论文的所在期刊进行整理,得到碳排放领域发文量主要期刊分布饼图。国外碳排放领域发文量top10期刊如图2所示。国内碳排放领域发文量top10期刊如图3所示。国外建筑碳排放的研究成果主要发表在Journal of Cleaner Production、Sustainability、Energy and Buildings、Applied Energy等期刊中;国内建筑碳排放的论文主要发表在《暖通空调》《建筑科学》《建筑技术》《新型建筑材料》等期刊中。文献期刊来源分散,表明现阶段有关碳排放的研究尚未形成集中的期刊平台支撑。top10期刊中,双核心期刊分别为《城市发展研究》《建筑学报》《建筑科学》等,《中国能源》为普通期刊但其影响因子值达到1.724,是建筑领域的重要期刊。英文期刊Applied Energy的影响因子值达到9.746,刊载280篇相关文献,影响因子排第1位;Journal of Cleaner Production期刊的文献刊载量高达563篇,是Applied Energy刊载量的两倍。载文期刊类型反映文献的研究内容,表明碳排放的研究已从单一建筑能耗、绿色建筑技术向新型建筑材料、生态建筑等趋向于多元化发展。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.018.F002图2国外碳排放领域发文量top10期刊10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.018.F003图3国内碳排放领域发文量top10期刊2.3各国家发文量分析以Web of Science中的数据为依托,通过VOSviewer进一步分析建筑碳排放在各个国家的研究状况。各国碳排放领域的年发文量趋势如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.018.F004图4各国碳排放领域的年发文量趋势由图4可知,2010~2020年,年发文量排名前八的国家在建筑碳排放领域的研究发文量整体呈现上升趋势;2010~2014年,美国每年的发文量均居于首位,我国有关建筑碳排放的年发文量与其他高产国家近似,2015~2019年我国有关建筑碳排放的发文量发生急剧增长,并在2017年超过美国,2020年发文量最高,达514篇;其他国家年发文量趋势与论文总体排名大体一致。排名前八的国家年发文量占全部数据的90%,表明有关建筑碳排放的研究在部分国家仍未得到重视,建筑碳排放研究具有不平衡性。3国内外建筑碳排放研究概况3.1国内外建筑碳排放研究热点3.1.1国外研究热点建立共现图谱,共现分析图谱中的节点越大,表示关键词是该聚类内部的研究热点主题[6]。国外研究热点中“碳排放核算”出现的频率居于首位,排在第二位的是“建筑的碳排放量和运行能耗的影响因素”,依次为“碳排放模型的计算方法”。基于关键词共现图谱,通过数似然比(log likelihood ratio,LLR)计算中的p-leve算法处理方法,自动标识关键词聚类,选择最大的6个聚类为研究对象。并对前2位的聚类标识词进行详尽分析。国外建筑碳排放研究关键词共现图谱如图5所示。国外研究共现词网络聚类如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.018.F005图5国外建筑碳排放研究关键词共现图谱10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.018.T002表2国外研究共现词网络聚类聚类编号大小S值年份标识词0#1100.9922006climate change,strategies,renewable energy sources1#1300.9882010life cycle assessment carbon,carbon footprint2#1680.7962015carbon emission model,environment kuznets curve3#1270.8562012causal analysis,concrete,electricity consumption4#910.8932017behavior,construction energy consumption5#1560.7712013livestock building,energy conservation design(1)碳排放核算。碳排放核算是对碳排放量变化以及探索碳排放量影响因素的定量化描述[7]。清单法、物料衡算法、实测法及模型因素分解法是目前国内外认可的碳排放核算方法,广泛应用于各种建筑类型的碳排放量测算。清单法强调参数本土化,碳排放量的数据来源直接影响核算结果的可比性和代表性,我国学者在今后的研究过程中应注意相关数据匹配性的问题[8]。物料衡算法基于质量守恒原理,研究建筑生成过程、建成后释放情况的有效计算方法。实测法基础数据取自环境气象站,结果较准确但数据收集困难大,且成本费用较高;模型因素分解法通过分析影响碳排放的因素,构建各类模型,比较常用的包括基于线性分析和非线性分析以及动态变换LMDI分析法等[9]。国内外建筑碳核算方法的研究主要分为宏观和微观两个层面,宏观维度主要是对区域、国家等碳排放核算;微观维度是对单体建筑的碳排放核算。(2)建筑碳排放评估。建筑生命周期的能耗研究始于20世纪90年代,建筑生命周期评价作为1种评估方法已经逐渐普及[10]。有关建筑生命周期的评估,分为自上而下型和自下而上型[11]。过程分析法属于自下而上的评估方法,采用整个国家或地区经济的平均数据评价目标建筑的材料或能源消耗,无法准确评价特定建筑的实际能源消耗和碳排放性能,过程分析法的截断误差导致部分研究中的系统边界不同,仅计算了部分碳排放[12]。投入产出型评估属于自上而下型,提供了完整的经济模型,避免了过程分析法的截断性误差,方法从宏观角度结合经济变量、建筑特征进行研究,只能用于计算建筑业的总体能耗和碳排放,不考虑个体使用带来的差异性[13]。混合法属于基于过程型和投入产出分析结合的统计方法,利用过程分析法中的数据,填补投入产出分析缺失,用于计算建筑物的实际总能耗和碳排放。3.1.2国内研究热点国内建筑碳排放研究关键词共现图谱如图6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.018.F006图6国内建筑碳排放研究关键词共现图谱“碳排放核算”在图中的节点最大,表明其出现的频次最高,与国外研究热点类似,其次为“生命周期评价”“绿色建筑”“建筑材料”等,以上四类基本代表国内建筑碳排放近年来的研究热点。(1)碳排放核算模型。碳排放核算模型存在建模复杂、工作烦琐等问题。部分学者侧重建筑碳排放量预测研究,使设计师能够在建筑方案阶段把控建筑碳排放量。为了减少数据统计过程中庞大的工作量,尝试将BIM技术应用到碳排放计算中。高靖恺[14]将BIM技术与建筑生命周期评估方法相结合,完成了实际的建筑碳排放核算,并提出了相应的碳减排策略。武昊[15]等通过BIM模型获得施工工程量清单,在建筑物化阶段建立碳排放核算模型。计算方法不同使碳排放数据库不同,可能导致计算结果可比性较差。国内研究共现词网络聚类如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.018.T003表3国内研究共现词网络聚类聚类编号大小S值年份标识词0#930.8712012碳排放核算、排放因子、核算模型1#1690.8432014节能技术、建筑材料、再生混凝土2#530.7942017绿色建筑、既有建筑、绿色施工3#370.7842013生态建筑、低碳城市、碳平衡4#530.7742007生命周期评价、评价体系、建筑信息模型5#330.7612006建筑能耗、运行管理、预测模拟(2)绿色建筑评价体系。国内学者总结国外绿色建筑评价体系的优缺点,结合我国现状,提出了综合评价方法、评价指标体系、分析层次过程等不同评价方法[16],为我国绿色建筑的建设提供依据。2019年,新版《绿色建筑评价标准》出台,意味着我国绿色建筑发展进入新阶段。新标准评估对象由民用建筑扩大为居住建筑和公共建筑,并解决老标准面临的一些问题,比如绿色建筑“以人为本”的理念体现不够,对新技术、新理念的结合度较低,新标准的修订进一步推动我国绿色建筑的发展。3.2国内外研究内容分析评估边界具有不确定性,建筑全生命周期评估中解决建筑碳排放问题的知识越来越多,但建筑碳排放的系统边界不明确,对建筑生命周期的定义也存在差异性,分析建筑生命周期碳排放的方法和模型不同,导致建筑全生命周期的碳排放结果不同。亟需对建筑生命周评估系统的边界性进行反思,以便对未来建筑碳排放的深入研究。缺乏完善的碳因子数据库,大部分建筑碳排放计算使用清单法,许多学者在研究时直接参考相关部门或其他国家的数据,存在计算方法不同、年限未知、所处地区不同等问题,使得计算结果存在较大差异。建筑类型的研究并不完善,建筑存在多种形式、空间类型和行为模式,大多数学者在研究建筑碳排放时只考虑单一建筑或单一建筑类型,必然会限制对建筑碳排放的研究,阻碍了建筑碳排放计算方法及相关预测方法的推广。4结语(1)随着研究的深入,碳排放核算方法对不同类型建筑适用性的研究依旧缺乏,未来应形成基于某种核算方法的建筑碳排放计算,快速匹配建筑类型与碳排放核算方法。(2)建筑碳排放是实用性强的综合性研究领域,应积极开展与建筑碳排放相关的跨学科研究平台,组建综合性研究团队,继续加强开放与合作,加强与国外高校的联系,推动跨国、跨机构合作的研究。
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