建筑外墻不同選材方案的碳排放量對(duì)比分析

王志慧，葉曉青，周強(qiáng)

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

近年來，隨著能源與環(huán)境問題的不斷凸顯，節(jié)能環(huán)保在全國(guó)范圍內(nèi)不斷推廣。建筑設(shè)計(jì)也逐步開始關(guān)注建筑本身在整個(gè)生命周期內(nèi)各個(gè)階段對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)逐步轉(zhuǎn)向追求技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的統(tǒng)一[1]。建筑方案比選是尋求合理的技術(shù)方案的必要手段，而目前大多數(shù)的建筑設(shè)計(jì)方案比選更多關(guān)注方案本身的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性，而忽略其環(huán)保性[2]。此研究將碳排放量作為建筑選材方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，為建筑設(shè)計(jì)階段方案之間的比選提供新的視角。

無機(jī)復(fù)合燒結(jié)頁巖空心磚（以下簡(jiǎn)稱“復(fù)合磚”）作為一種新型墻體材料，以其良好的熱工性能、力學(xué)性能及隔聲性能等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了規(guī)?；a(chǎn)和大面積使用[3]。此研究將外墻采用200mm厚復(fù)合磚和其余3種與之具有同等保溫效果的外墻選材方案進(jìn)行碳排放對(duì)比分析，還將外墻采用200mm厚復(fù)合磚和與之具有同等厚度的燒結(jié)頁巖空心磚、蒸壓加氣混凝土砌塊碳排放量進(jìn)行對(duì)比分析，為復(fù)合磚的相關(guān)設(shè)計(jì)、研究、評(píng)價(jià)和管理決策提供參考，為建筑方案的合理選擇提供支持。

1 對(duì)比方案設(shè)計(jì)

研究以某三層幼兒園項(xiàng)目為例，將外墻不同選材方案的碳排放量進(jìn)行對(duì)比分析。幼兒園建筑高度為11.70m，建筑面積3407.36m2，結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，使用年限設(shè)計(jì)為50年。除外墻外，其余圍護(hù)結(jié)構(gòu)做法均相同。

1.1 基于不同保溫材質(zhì)的相同保溫效果

對(duì)比方案設(shè)計(jì)將外墻采用200mm復(fù)合磚和其余3種與之具有同等保溫效果的外墻選材方案進(jìn)行碳排放量對(duì)比分析。原方案為外墻采用200mm厚復(fù)合磚。對(duì)比方案1為外墻采用普通燒結(jié)頁巖空心磚與保溫材料擠塑聚苯板，對(duì)比方案2為外墻采用普通燒結(jié)頁巖空心磚與保溫材料膨脹聚苯板，對(duì)比方案3為外墻采用普通燒結(jié)頁巖空心磚與保溫材料巖棉板。通過計(jì)算得出，若外墻采用200mm厚普通燒結(jié)頁巖空心磚，為了達(dá)到與200mm厚復(fù)合磚相同的保溫效果，對(duì)比方案1需要增加保溫材料擠塑聚苯板14mm厚，對(duì)比方案2需要增加保溫材料膨脹聚苯板20mm厚，對(duì)比方案3需要增加保溫材料巖棉板23mm厚。 4種方案中外墻構(gòu)造做法、材料的熱工特性見表1。

1.2 基于相同保溫材質(zhì)不同砌體材質(zhì)

對(duì)比方案設(shè)計(jì)將采用相同保溫材質(zhì)、不同砌體材質(zhì)的3種外墻構(gòu)造方案碳排放量計(jì)算分析。原方案為外墻采用200mm厚復(fù)合磚，對(duì)比方案1為外墻采用200mm厚普通燒結(jié)頁巖空心磚，對(duì)比方案2為外墻采用200mm厚蒸壓加氣混凝土砌塊。外墻保溫材料均為20mm厚擠塑聚苯板，假定其余圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法均相同，見表2。

表1 基于不同保溫材質(zhì)相同保溫效果的4種方案中外墻構(gòu)造做法及材料的基本參數(shù)

表2 基于相同保溫材質(zhì)不同砌體材質(zhì)的3種方案中外墻構(gòu)造做法及材料的基本參數(shù)

2 碳排放量計(jì)算過程與結(jié)果

每種方案的碳排放量計(jì)算范圍包含該方案中各種材料的生產(chǎn)階段、運(yùn)輸與現(xiàn)場(chǎng)施工階段、使用階段的碳排量之和[4]。

每種方案的碳排放量可采用下式計(jì)算：

式（1）中：C為每種方案的碳排放量（kg）；

Cm為材料生產(chǎn)階段的碳排放量（kg），計(jì)算方法見2.1；

Ce為每種方案施工階段的碳排放量（kg），計(jì)算方法見2.2；

Cu為每種方案在使用階段的碳排放量（kg），計(jì)算方法見2.3。

2.1 材料生產(chǎn)階段的碳排放量

依據(jù)參考文獻(xiàn)[5]，每種方案下材料生產(chǎn)階段的碳排放量可采用下式計(jì)算：

式（2）中：C為材料生產(chǎn)階段的碳排放量（kg）；

Qi為第i種原材料的消耗量（m3）；

Ci為第i種原材料生命周期的碳排放因子（kg/m3）。

2.1.1 原材料消耗量計(jì)算

經(jīng)過計(jì)算本案外墻面積為1257.11m2，各方案中原材料的消耗量見表3和表4。

表3 基于不同保溫材質(zhì)相同保溫效果的4種方案下主要原材料消耗量

表4 基于相同保溫材質(zhì)不同砌體材質(zhì)的3種方案中主要原材料消耗量

2.1.2 碳排放因子數(shù)據(jù)收集

碳排放因子為生產(chǎn)單位材料的碳排放量。已有研究得出了部分建筑材料的碳排放因子[6]。此研究用到的幾種材料的碳排放因子統(tǒng)計(jì)如表5。

表5 主要原材料的碳排放因子

2.1.3 材料生產(chǎn)階段碳排放量

根據(jù)式（2）的計(jì)算方法，計(jì)算得出各方案原材料生產(chǎn)階段的碳排放量計(jì)算結(jié)果見表6和表7。

表6 基于不同保溫材質(zhì)相同保溫效果的4種方案原材料生產(chǎn)階段碳排放量

表7 基于相同保溫材質(zhì)不同砌體材質(zhì)的3種方案原材料生產(chǎn)階段的碳排放量

2.2 施工階段碳排放量計(jì)算

墻體施工階段的碳排放量包括墻體材料運(yùn)輸中的碳排放，墻體砌筑過程現(xiàn)場(chǎng)耗能造成的碳排放[10]。已有研究得出了墻體砌筑工程碳排放因子為12.7kg/m2[11]。研究中幼兒園的墻體面積為1257.10m2。每種方案墻體施工階段碳排放量均為15.96t CO2。

2.3 使用階段碳排量計(jì)算

使用階段的碳排放量為建筑在運(yùn)行階段的碳排放量，采用如下式計(jì)算：

式中Qelec為使用階段耗電量，通過建筑節(jié)能權(quán)衡計(jì)算結(jié)果得出；

Celec為電力生產(chǎn)的碳排放因子，取0.95kg/kWh[12]。

使用階段的耗電量及碳排放量計(jì)算結(jié)果見表8和表9。

表8 基于不同保溫材質(zhì)相同保溫效果的4種方案使用階段的耗電量及碳排放量

表9 基于相同保溫材質(zhì)不同砌體材質(zhì)的3種方案使用階段的耗電量及碳排放量

3 各方案碳排放量計(jì)算

將2.1、2.2和2.3中的數(shù)據(jù)代入式子（1），計(jì)算出四種方案的碳排放量見表10和表11所示。

表10 基于不同保溫材質(zhì)相同保溫效果的4種方案的碳排放量

表11 基于相同保溫材質(zhì)不同砌體材質(zhì)的3種方案的碳排放量

4 結(jié)論

（1）研究將碳排放量作為建筑選材方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)，論文研究結(jié)果適用于建筑設(shè)計(jì)過程中外墻材料方案的比選?；贚CA理論將外墻不同選材方案的碳排放量計(jì)算分為材料生產(chǎn)、施工及使用三個(gè)階段，提出了相應(yīng)階段的碳排放計(jì)算方法和式子，為建筑設(shè)計(jì)階段方案之間的比選提供了新的視角和方法參考。

（2）碳排量應(yīng)著眼于全生命周期，不能只兼顧某一個(gè)或某幾個(gè)生命周期階段。各種方案的碳排放量計(jì)算結(jié)果表明，使用階段的碳排放量占每種方案碳排放量總量的比例較大（約70%）。

（3）基于不同保溫材質(zhì)相同保溫效果的4種方案碳排放量計(jì)算分析表明，外墻采用200mm厚復(fù)合磚、200mm燒結(jié)頁巖空心磚+14mm擠塑聚苯板、200mm燒結(jié)頁巖空心磚+20mm膨脹聚苯板或200mm燒結(jié)頁巖空心磚+23mm巖棉板，材料生產(chǎn)階段碳排量相差較大。碳排放量最大的為200mm復(fù)合磚，因其保溫填料灌裝工序需要額外消耗能源，增加材料生產(chǎn)階段的碳排放量。該結(jié)論為復(fù)合磚的生產(chǎn)工藝優(yōu)化改進(jìn)提供了參考。

（4）基于相同保溫材質(zhì)不同砌體材質(zhì)的3種方案碳排放計(jì)算結(jié)果表明，盡管同等砌體材料厚度下，復(fù)合磚材料生產(chǎn)階段的碳排放量較大，但相對(duì)于普通燒結(jié)頁巖空心磚、蒸壓加氣混凝土砌塊而言，復(fù)合磚具有更好的熱工性能，可降低使用階段的能耗，減少使用階段的碳排放量。

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