綠建標(biāo)準(zhǔn)約束下的鋼構(gòu)建筑物碳排放研究

薛翔鴻 孫 華 李肇鋒

（福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 福建 南平 353000）

節(jié)能減排是我國(guó)“十三五”期間的重要工作[1]，也是“巴黎協(xié)定”框架下我國(guó)對(duì)世界各國(guó)的承諾[2]。本文在《福建省房屋建筑施工碳排放研究》（JAT170976）與《房屋建筑樁基礎(chǔ)施工碳排放研究》（JAT170993）課題下，對(duì)2014年前建造的鋼構(gòu)與《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）[3]出臺(tái)后建造的鋼構(gòu)建筑物進(jìn)行碳排放分析研究。

1 鋼構(gòu)建筑物碳排放的核算流程

本文將立足國(guó)標(biāo)《建筑碳排放計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)》[4]進(jìn)行綠建標(biāo)準(zhǔn)約束下的鋼構(gòu)建筑物碳排放研究。

1.1 鋼構(gòu)建筑物碳排放計(jì)量流程

基于《建筑碳排放計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)》的鋼構(gòu)建筑物碳排放核算流程[5]可見(jiàn)表1。

表1 鋼構(gòu)建筑物施工碳排放核算流程

1.2 確定鋼構(gòu)建筑物施工碳排放研究范圍

本文將對(duì)可能涉及鋼構(gòu)建筑物的碳排放因素展開(kāi)分析，同時(shí)確保鋼構(gòu)建筑物碳排放的各個(gè)核算流程不重復(fù)。通過(guò)對(duì)鋼構(gòu)建筑物的分析研究，分析得出鋼構(gòu)建筑物的碳排放主要來(lái)源于鋼構(gòu)材料的生產(chǎn)、施工設(shè)備工器具的運(yùn)行等方面。

2 鋼構(gòu)建筑物碳排放核算模型

世界上有形形色色的碳排放核算方法，有基于STIRPAT模型下的碳排放研究[6]，也有基于工程量清單的碳排放研究[7]，本文為配合碳排放國(guó)標(biāo)，采用清單統(tǒng)計(jì)法的研究思路構(gòu)建鋼構(gòu)建筑物碳排放核算模型。

2.1 能耗核算

（1）運(yùn)輸耗油：

其中HY為運(yùn)輸總耗油量，CJ為材料或設(shè)備器具的用量，Z為運(yùn)輸工具的載重，YH為運(yùn)輸?shù)奈缓挠土?，J為運(yùn)距，i為種類。

（2）運(yùn)行耗電：

其中HD為總耗電量,Q為器具的功率，S為運(yùn)行時(shí)間，L為數(shù)量。

（3）運(yùn)行耗油：

其中HY為總耗油量，T為臺(tái)班耗油量，S為臺(tái)班，L為數(shù)量。

2.2 碳排放核算

（1）鋼構(gòu)材料生產(chǎn)碳排放：

其中TP1為鋼構(gòu)建材生產(chǎn)碳排放量，ZC為鋼構(gòu)建筑主材用量，E1為鋼構(gòu)建筑主材碳排放因子，F(xiàn)C為鋼構(gòu)建筑輔材用料，E2為鋼構(gòu)建筑輔材碳排放因子。

（2）施工建設(shè)階段碳排放計(jì)算：

其中TP2為鋼構(gòu)建筑物施工碳排放量，YD為鋼構(gòu)建筑物施工用電量，E3為用電碳排放因子，YY為鋼構(gòu)建筑物施工建用油量，E4為用油碳排放因子，YS為鋼構(gòu)建筑物施工用水量，E5為用水碳排放因子。

2.3 確定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

國(guó)內(nèi)外大量的研究機(jī)構(gòu)對(duì)碳排放因子研究后均得出了許多參考數(shù)據(jù)，為碳排放研究奠定了理論分析基礎(chǔ)。本文主要針對(duì)鋼構(gòu)建筑物的碳排放進(jìn)行分析研究，主要從鋼構(gòu)建材、鋼構(gòu)建造等方面的用能著手研究。為了更貼近國(guó)內(nèi)時(shí)間情況，本文遵循優(yōu)先使用國(guó)內(nèi)官方數(shù)據(jù)，參考國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的原則[8]。

3 鋼構(gòu)實(shí)例研究

3.1 鋼構(gòu)實(shí)例情況

本文立足鋼構(gòu)建筑物的碳排放展開(kāi)研究，以福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的鋼構(gòu)一

（2017年）、鋼構(gòu)二（2012年）作為分析研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)、分析、對(duì)比在《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）[5]約束下的鋼構(gòu)建筑物碳排放情況。表2為兩個(gè)鋼構(gòu)的信息情況匯總。

表2 項(xiàng)目信息情況匯總表

3.2 綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）是中國(guó)建科院會(huì)同相關(guān)單位修編而成的，是我國(guó)“十二五”期間的科研產(chǎn)物。本文將結(jié)合鋼構(gòu)建筑物的情況與綠建標(biāo)準(zhǔn)中材料資源利用的指標(biāo)，對(duì)案例中鋼構(gòu)一與鋼構(gòu)二進(jìn)行碳排放的分析與比較，綠色建筑評(píng)價(jià)指標(biāo)詳見(jiàn)表3。

表3 綠色建筑評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.3 項(xiàng)目碳排放因子

鋼構(gòu)建筑物碳排放計(jì)算的核心點(diǎn)在于各項(xiàng)因素碳排放因子的確定，通過(guò)對(duì)《建筑碳排放計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)》[4]、《2006 年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》[9]、張濤等人的建筑中常用的能源與材料的碳排放因子[10]、王幼松等人的對(duì)基于全生命周期的建筑碳排放測(cè)算[11]的分析、研究，本文確定一下碳排放因子。具體排放因子詳見(jiàn)表4。

表4 項(xiàng)目碳排放因子匯總表

混凝土 m 551.01kgCO2/m3水泥砂漿 m 378.44kgCO2/m3實(shí)心墻 m 5.555kgCO2/m3鍍鋁鋅彩鋼板 t 1.06tCO2/t彩鋼板 t 1.22tCO2/t現(xiàn)澆構(gòu)件鋼筋 t 2tCO2/t熱軋H型鋼 t 1.46tCO2/t鍍鋅鋼材 t 1.72tCO2/t FRP采光板 t 1.4tCO2/t玻璃 t 1.4tCO2/t鋁合金 t 1.6tCO2/t塑鋼 t 1.72tCO2/t不銹鋼卷簾門(mén) t 1.72tCO2/t

3.4 碳排放計(jì)算

本文的土方開(kāi)挖工作碳排放計(jì)算根據(jù)《2018年全國(guó)統(tǒng)一施工機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用定額》[12]的消耗量與油耗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行換算，余方棄置工作也采用此思路換算。換算后的油耗值將與其對(duì)應(yīng)的碳排放因子相乘統(tǒng)一成以噸位單位的數(shù)值，本文鋼構(gòu)建筑物碳排放計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表5。

表5 鋼構(gòu)建筑物碳排放計(jì)算結(jié)果表

4 綠建標(biāo)準(zhǔn)約束下的鋼構(gòu)建筑物碳排放分析

對(duì)本文鋼構(gòu)建筑物碳排放案例進(jìn)行指標(biāo)分析，將上表碳排放量除以對(duì)應(yīng)鋼構(gòu)建筑物的各項(xiàng)相應(yīng)指標(biāo)，以研究綠建標(biāo)準(zhǔn)約束下的碳排放變化情況。

4.1 碳排放指標(biāo)分析

將鋼構(gòu)建筑物的碳排放量與其建筑面積相除，具體結(jié)果詳見(jiàn)表6。

表6 鋼構(gòu)建筑物單位建筑面積下碳排放表

余方棄置 t/m2 0.00006877 0.00001967混凝土 t/m2 0.140309186 0.144481856水泥砂漿 t/m2 0.003429613 0.010866059實(shí)心墻 t/m2 0.000108184 0.000327036鍍鋁鋅彩鋼板 t/m2 0.041559067 0彩鋼板 t/m2 0 0.057044085現(xiàn)澆構(gòu)件鋼筋 t/m2 0.012795 0.007489362熱軋H型鋼 t/m2 0.035812583 0鍍鋅鋼材 t/m2 0 0.040866468 FRP采光板 t/m2 0.000342067 0玻璃 t/m2 0.0036092 0.002116979鋁合金 t/m2 0.0017812 0塑鋼 t/m2 0 0.001123123不銹鋼卷簾門(mén) t/m2 0.004298997 0.005487898合計(jì) t/m2 0.244487598 0.270041814

計(jì)算可知鋼構(gòu)二（2012年建設(shè)，470m2）的碳排放指標(biāo)由0.2700418tCO2/m下降為鋼構(gòu)一（2017年建設(shè)，1200m2）的 0.2444876tCO2/m3，下降0.025554216tCO2/m3?；炷撂寂欧庞?0.144481856tCO2/m3下降為0.140309186tCO2/m3，下降 0.00417267tCO2/m3。彩鋼板碳排放由0.057044085tCO2/m3下降為0.041559067tCO2/m3，下降0.015485018tCO2/m3。鋼材由 0.040866468tCO2/m3下降為 0.035812583tCO2/m3，下降 0.005053885tCO2/m3。主要降幅情況詳見(jiàn)圖1。

圖1 鋼構(gòu)建筑物碳排放情況對(duì)比圖

4.2 碳排放對(duì)比情況分析

基于綠建標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼構(gòu)一與鋼構(gòu)二碳排放指標(biāo)進(jìn)行分析，混凝土碳排放由0.144481856tCO2/m3下降為 0.140309186tCO2/m3，下降 0.00417267tCO2/m3，降幅2.89%。主要原因?yàn)榫G建標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)使用高標(biāo)號(hào)的水泥，所以混凝土標(biāo)號(hào)由鋼構(gòu)二的C20調(diào)整為鋼構(gòu)一的C25。

彩鋼板碳排放由 0.057044085tCO2/m3下降為 0.041559067tCO2/m3，下降0.015485018tCO2/m3，降幅 27%。主要原因?yàn)榫G建標(biāo)準(zhǔn)下，由普通的彩鋼板調(diào)整為鍍鋁鋅彩鋼板。

鋼材由 0.040866468tCO2/m3下降為 0.035812583tCO2/m3，下降0.005053885tCO2/m3，降幅 12%。主要原因?yàn)榫G建標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)鋼構(gòu)建筑物結(jié)構(gòu)中優(yōu)先選用熱軋鋼材，將傳統(tǒng)鋼材調(diào)整為熱軋H型鋼材。

因此，在鋼構(gòu)建筑物造型應(yīng)簡(jiǎn)約且裝飾性構(gòu)建要少、應(yīng)盡量選用工業(yè)化制造的預(yù)制產(chǎn)品等綠建要求下，鋼構(gòu)建筑物的單位面積下的碳排放由由0.2700418tCO2/m3下降為 0.2444876tCO2/m3，下降 0.025554216tCO2/m3，降幅9.46%。

5 討論

通過(guò)對(duì)綠建標(biāo)準(zhǔn)下的鋼構(gòu)建筑物施工案例的研究，可知按照綠建標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼構(gòu)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化后，鋼構(gòu)建筑物的單位面積下的碳排放由0.2700418tCO2/m下降為0.2444876tCO2/m3，下降0.025554216tCO2/m3，降幅9.46%。因此通過(guò)綠建標(biāo)準(zhǔn)的約束，2015年1月1日（綠建標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間）后實(shí)施的鋼構(gòu)建筑物較之前的鋼構(gòu)建筑物的碳排放有一定比例的下降。