裝配式混凝土建筑碳排放度量和效益

李德智 汪江波 東南大學(xué)土木工程學(xué)院，南京 210096

1 裝配式混凝土建筑碳排放的度量方法

建筑物碳排放的度量方法多種多樣，包括碳排放系數(shù)法、質(zhì)量平衡法、生產(chǎn)線直接能耗法等。其中，碳排放系數(shù)法的基本原理是“碳排放量=∑活動(dòng)數(shù)據(jù)×排放因子”。式中，活動(dòng)數(shù)據(jù)即為材料或能源的用量，而排放因子又稱排放系數(shù)，是指生產(chǎn)單位產(chǎn)品或消耗單位能源所排放的二氧化碳數(shù)量。該方法原理簡(jiǎn)單、方便直接、可信度高、所需數(shù)據(jù)較少、適用范圍廣，是當(dāng)今碳排放估算的主流方法。根據(jù)裝配式混凝土建筑碳排放機(jī)理，使用碳排放系數(shù)法，將裝配式混凝土建筑生命周期分為建材生產(chǎn)、構(gòu)件工廠化生產(chǎn)、運(yùn)輸、裝配施工、運(yùn)營(yíng)、拆除與回收這六個(gè)階段。其全生命周期碳排放計(jì)算方法如下：

式中，C表示裝配式混凝土建筑生命周期碳排放總量，C1、C2……C6分別表示建材生產(chǎn)、構(gòu)件工廠化生產(chǎn)、運(yùn)輸、裝配施工、運(yùn)營(yíng)、拆除與回收這六個(gè)階段的碳排放量。

建材生產(chǎn)階段涉及原材料的開采、運(yùn)輸及建材在工廠的生產(chǎn)。碳排放的來(lái)源為原材料的開采及運(yùn)輸過(guò)程的碳排放，以及建筑材料生產(chǎn)過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)及能源消耗帶來(lái)的碳排放，計(jì)算方法如下：

式中，Mi表示第i類建材的使用量，F(xiàn)M,i表示第i類建材的生產(chǎn)碳排放因子。

構(gòu)件工廠化生產(chǎn)階段涉及部品構(gòu)件的生產(chǎn)。本階段為裝配式混凝土建筑獨(dú)有的一個(gè)階段，碳排放的來(lái)源為部品構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中電能和燃料的消耗，計(jì)算方法如下：

式中，Ej表示第j類能源的使用量，F(xiàn)E,j表示第j類能源的碳排放因子。

運(yùn)輸階段涉及將建材、部品構(gòu)件運(yùn)輸至工地的過(guò)程。碳排放的來(lái)源為運(yùn)輸工具消耗燃料所產(chǎn)生的碳排放，計(jì)算方法如下：

式中，Gi表示第i類建材的總重量，Di表示第i類建材從產(chǎn)地到施工現(xiàn)場(chǎng)的距離，F(xiàn)T,i表示運(yùn)輸?shù)趇類建材對(duì)應(yīng)運(yùn)輸方式的碳排放因子。

裝配施工階段涉及建材、部品構(gòu)件從到達(dá)建筑工地到成為建筑雛形的過(guò)程。碳排放的來(lái)源為施工機(jī)械運(yùn)行產(chǎn)生的碳排放及工人們生活所產(chǎn)生的碳排放，計(jì)算方法如下：

式中，Xp表示第p類機(jī)械的使用量，F(xiàn)X,p表示第p類機(jī)械設(shè)備的碳排放因子，Qq表示工人生活所需的第q類能源或資源的使用量，F(xiàn)Q,q表示第q類能源或資源的碳排放因子。

運(yùn)營(yíng)階段涉及建筑的使用與維護(hù)。使用階段所考慮的碳排放主要包括電力、燃?xì)?、水等能源與資源的消耗，維護(hù)階段所考慮的碳排放包括建筑物的維修、翻新的建材消耗，計(jì)算方法如下：

式中，Qr表示建筑物年均第r類能源與資源的使用量，F(xiàn)Q,r表示第r類能源與資源的碳排放因子，Y表示建筑物的使用年限，Rs表示建筑物第s類需更換建材使用量，Ns表示第s類建材的更換次數(shù)，F(xiàn)M,s表示第s類建材生產(chǎn)的碳排放因子。

拆除與回收階段（公式從略）涉及建筑的拆除與建材的回收利用。建筑物拆除的碳排放包括拆除機(jī)械運(yùn)行所產(chǎn)生的碳排放。值得一提的是，裝配式混凝土建筑獨(dú)具的模塊化特性能使其部品構(gòu)件循環(huán)利用，因此，裝配式混凝土建筑在此階段應(yīng)考慮回收建材所形成的“負(fù)碳排放”。

2 裝配式混凝土建筑碳減排的效益

建筑在其全生命周期的各個(gè)階段都會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。裝配式混凝土建筑的建造方式使得其與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑相比，各個(gè)階段的碳排放也會(huì)不同。在建材生產(chǎn)階段，裝配式混凝土建筑能在一定程度上節(jié)約材料；構(gòu)件工廠化生產(chǎn)階段是裝配式混凝土建筑獨(dú)有的一個(gè)階段，對(duì)混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)過(guò)程需消耗一定的能源；裝配式混凝土建筑在運(yùn)輸階段的碳排放略有提高；在施工階段，裝配式混凝土建筑獨(dú)有的建造方式能夠大大提升建造效率，減少能源消耗，減少工期，具有較高的碳減排效益；在運(yùn)營(yíng)階段，裝配式混凝土建筑具有比傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑更好的熱工性能，能夠節(jié)約能源，減少碳排放；裝配式混凝土建筑在拆除與回收階段的碳排放碳減排效益主要體現(xiàn)在構(gòu)件的回收上。

2.1 裝配式混凝土建筑資源消耗的減少

裝配式混凝土建筑工廠化生產(chǎn)的特點(diǎn)帶來(lái)了較好的節(jié)材效益。首先，裝配式混凝土建筑節(jié)約木材，裝配式預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)廣泛應(yīng)用鋼模板，大量節(jié)省了傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑應(yīng)用的木制模板。其次，裝配式混凝土建筑節(jié)約保溫層及砂漿，外墻的工廠化生產(chǎn)也帶來(lái)了保溫層及砂漿的節(jié)約，預(yù)制外墻的保溫層埋在混凝土里，隔熱層也得到了很好的保護(hù)，因此預(yù)計(jì)使用壽命即為建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命。與此相比，在傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑的保溫層需使用砂漿粘貼到結(jié)構(gòu)的外表面，其壽命會(huì)短一些，一般僅為25年。從全生命周期的角度看，裝配式混凝土建筑節(jié)約了此部分的砂漿用量，也節(jié)約了一半的保溫層用量。再次，裝配式混凝土建筑節(jié)約水，裝配式混凝土建筑的預(yù)制構(gòu)件采用蒸汽養(yǎng)護(hù)或者水養(yǎng)護(hù)，和現(xiàn)澆混凝土的養(yǎng)護(hù)相比，水資源的利用更為精細(xì)。最后，裝配式混凝土建筑節(jié)約人力，裝配式混凝土建筑的大量工作在工廠完成，施工現(xiàn)場(chǎng)工人的數(shù)量減少，工期縮短，減少了施工人員的生活資源的消耗。

2.2 裝配式混凝土建筑能源消耗的減少

裝配式混凝土建筑在施工階段與運(yùn)營(yíng)階段均可帶來(lái)可觀的節(jié)能效益。在施工階段，裝配式混凝土建筑中的塔式起重機(jī)具有較明顯的碳減排效益。在運(yùn)營(yíng)階段，裝配式混凝土建筑的節(jié)能效益體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：一是裝配式混凝土建筑中預(yù)制外墻的保溫層埋在混凝土里，故其隔熱層壽命長(zhǎng)，老化速度慢，從而使得裝配式混凝土建筑的熱工性能衰減較慢，提升了其能源效率；二是裝配式混凝土建筑更容易與太陽(yáng)能技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與建筑的一體化，促進(jìn)可再生能源的利用，減少建筑物的碳排放。

相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑，裝配式混凝土建筑在構(gòu)件工廠化生產(chǎn)階段和運(yùn)輸階段的碳排放較高。在構(gòu)件工廠化生產(chǎn)階段，預(yù)制構(gòu)件在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中需要熱水或蒸汽，對(duì)應(yīng)的能量來(lái)源為燃煤，現(xiàn)澆方式則沒(méi)有這一能源消耗，這會(huì)帶來(lái)一定的碳排放增加。

2.3 裝配式混凝土建筑垃圾廢棄物的減少

裝配式混凝土建筑產(chǎn)生的垃圾廢棄物遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑，主要由以下兩點(diǎn)體現(xiàn)。首先，裝配式混凝土建筑的部品構(gòu)件可以回收利用，且構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化能夠進(jìn)一步提高建材回收率，相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑，減少了垃圾廢棄物的排放，使建材得到循環(huán)利用，碳減排優(yōu)勢(shì)巨大。其次，各個(gè)構(gòu)件都是預(yù)先在工廠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的，對(duì)于其質(zhì)量和材料的控制更為有利，能夠在最大程度上減少材料損耗，可更加合理、高效地使用建材，減少垃圾廢棄物的產(chǎn)生。