蒸壓砂加氣混凝土墻板碳排放計算方法

朱鵬宇

（淮陰工學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 淮安 223000）

0 引言

蒸壓砂加氣混凝土墻板是一種常見的建筑板材結(jié)構(gòu)，采用磨細硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料制成。當(dāng)前這種板材主要應(yīng)用于建筑外墻、內(nèi)墻、屋面等位置，屬于一種新型的墻體材料[1]。與傳統(tǒng)板材相比，這種板材具備質(zhì)量輕、防火性能強、隔聲效果優(yōu)等特點，且造價更低。因此，這一類型板材已成為建筑用的主要板材之一。但其實際應(yīng)用中的碳排放量無法直觀得出，需通過對各項影響碳排放指標(biāo)的計算才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果[2]。為了確認蒸壓砂加氣混凝土墻板全壽命中碳排放量是否符合碳中和的要求，本文將對其計算方法進行研究。

1 蒸壓砂加氣混凝土墻板碳排放計算方法

1.1 墻板碳排放量計算參數(shù)選擇

碳排放的測算通?？煞譃閷崪y法、排放系數(shù)法和物料衡算法。第一種方法針對板材使用過程中對溫室氣體的排放量進行測量；第二種方法從板材的生產(chǎn)或二次能源生產(chǎn)時產(chǎn)生的CO2平均排放量進行測算，將排放系數(shù)作為排放因子，完成測定；第三種方法針對板材物料進行定量分析，并在此基礎(chǔ)上基于質(zhì)量守恒原理完成其碳排放量的計算[3]。針對板材應(yīng)用的不同環(huán)節(jié)、位置等，可選擇上述三種不同的測算方式，但在測算過程中必須具備有效的計算參數(shù)，才能夠確保最終結(jié)果更符合實際。在選擇計算參數(shù)時，首先確定針對蒸壓砂加氣混凝土墻板的碳排放計算范圍[4]?；谌珘勖芷诶碚摚瑢Π鍎澐譃樵牧喜杉?、生產(chǎn)加工、安裝使用和廢棄，共4個階段，如圖1所示。

圖1 墻板全壽命周期碳排放軌跡示意圖

針對圖1中的4個階段完成對其碳排放量的測算。將上述4個階段中的CO2排放量作為主要的計算參數(shù)。除此之外，4個階段涉及的計算參數(shù)還包括：第一階段：墻板原材料采集過程中的CO2排放、原材料運輸產(chǎn)生過程中的CO2排放、原材料CO2排放因子等；第二階段：墻板生產(chǎn)中設(shè)備消耗電量、電能的碳排放因子、墻板產(chǎn)量等；第三階段：墻板施工中機械功率、碳排放因子等[5]。由于在第四個階段墻板材料在拆除和處理時與其他三個階段相比產(chǎn)生的CO2排放量極少，因此針對這一環(huán)節(jié)的墻板碳排放計算可忽略不計。以上計算參數(shù)的選擇，為后續(xù)模型建立以及基于墻板全壽命周期的碳排放量計算提供重要基礎(chǔ)。

1.2 墻板碳排放計算模型

在明確上述墻板碳排放量計算參數(shù)后，對墻板碳排放計算模型進行構(gòu)建，其表達式為：

式中：Wco2——墻板的碳排放總量計算結(jié)果，即墻板碳排放量計算模型；

w1——第一階段原材料選擇時產(chǎn)生的碳排放量；

w2——第二階段墻板生產(chǎn)加工時產(chǎn)生的碳排放量；

w3——第三階段墻板使用、拆除處理時產(chǎn)生的碳排放量；

w4——第四階段墻板拆除處理時產(chǎn)生的碳排放量。

在確定計算模型的基本內(nèi)容后，針對各個階段碳排放量分別利用上述計算參數(shù)完成計算[6]。在第一階段，排放的CO2是由原材料本身產(chǎn)生的量和運輸過程中產(chǎn)生的量構(gòu)成，其表達式為：

式中：w11——墻板原材料產(chǎn)生CO2；

w12——原材料運輸過程中產(chǎn)生CO2。

其中，w11可通過下式計算得出：

式中：n——原材料類型個數(shù)；

qi——墻板中某一種原材料i的使用量；

ci——墻板中某一種原材料i 的CO2排放因子。公式（2）中的w12又可通過下式計算得出：

式中：Ei——墻板原材料第i種運輸方式消耗能源總量；

Si——墻板原材料的運輸距離；

Ci——i種運輸方式CO2排放因子。

在第二階段，排放的CO2會受到機械設(shè)備耗電量、電能產(chǎn)生時伴隨的碳排放因子產(chǎn)生量等因素的影響，因此這一階段CO2排放量的計算公式為：

式中：Ed,i——墻板第i 個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中使用的機械設(shè)備產(chǎn)生的耗電量；

cd——電能產(chǎn)生時伴隨的碳排放因子產(chǎn)生量；

M——蒸壓砂加氣混凝土墻板材料的產(chǎn)量。

在第三階段墻板施工和使用過程中，蒸壓砂加氣混凝土墻板排放的CO2會受到建設(shè)過程中機械設(shè)備的功率等眾多因素影響，因此這一階段蒸壓砂加氣混凝土墻板碳排放量的計算公式為：

式中：Ei,j——墻板的第i種施工機械單位臺班耗電量；

Ti——總臺班數(shù)量；

λ——折標(biāo)煤系數(shù)；

Cd——煤炭排放因子。

在第四階段墻板材料拆除過程中，由于獲取到有效的計算數(shù)據(jù)十分困難，并且這一階段與其他階段CO2排放量相比更小，因此針對這一階段產(chǎn)生的CO2排放量忽略不計。

1.3 墻板全壽命周期碳排放量與節(jié)能減排量計算

為實現(xiàn)對蒸壓砂加氣混凝土墻板碳排放的計算，在完成對碳中和背景下的墻板碳排放計算模型的建立后，基于這一類型板材的全壽命周期，從板材原材料的選擇到生產(chǎn)制作，再到施工中產(chǎn)生的碳排放量進行計算，并對這一過程中墻板的碳排放量和節(jié)能減排量進行計算[7]。相關(guān)的計算數(shù)據(jù)可通過墻板生產(chǎn)廠家和施工現(xiàn)場調(diào)查采集。在第一階段，蒸壓砂加氣混凝土墻板的原材料與其他墻板材料相比更容易獲取，因此在采集過程中消耗的能源主要在于原材料生產(chǎn)廠與蒸壓砂加氣混凝土墻板生產(chǎn)企業(yè)之間的距離以及對于原材料的需求量[8]。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，1m3的原材料能夠生產(chǎn)出5m3的加氣混凝土材料，相較于其他墻板使用的原材料更少，這一部分數(shù)據(jù)也需要計算到墻板的全壽命周期碳排放量中[9]。在墻板原材料采集的過程中，所需的石英砂材料為玻璃制作廠產(chǎn)生的廢棄物，而石英砂本身不會產(chǎn)生碳排放，因此在計算石英砂材料的排放量時，只需要考慮到這一材料在運輸過程中的汽油能耗。在計算過程中，通過公式（4）完成計算。

在第二階段，蒸壓砂加氣混凝土墻板的蒸壓養(yǎng)護部分是能源消耗的主要環(huán)節(jié)，通常情況下每立方米需要消耗的煤量為0.089t，消耗的水量為352.5kg。結(jié)合每立方米蒸壓砂加氣混凝土墻板生產(chǎn)時設(shè)備產(chǎn)生的電量，按照公式（5）完成對其CO2排放量的計算。在生產(chǎn)過程中，不同的機械設(shè)備生產(chǎn)功率也不相同，在實際計算過程中，耗電量還需要通過下式計算得出：

式中：t——機械設(shè)備生產(chǎn)過程中消耗的時間；

e——機械設(shè)備的單位耗電量；

η——機械生產(chǎn)設(shè)備的運行功率。

針對所有不同生產(chǎn)功率的機械設(shè)備在生產(chǎn)過程中的耗電量進行計算并匯總，將數(shù)據(jù)代入到公式（5）中。

在第三階段，針對蒸壓砂加氣混凝土墻板在安裝和施工過程中產(chǎn)生的碳排放量進行計算。在這一階段，施工中涉及的碳排放量包括：施工現(xiàn)場的碳排放量、施工用電、施工用水碳排放量等，在這一過程中，蒸壓砂加氣混凝土墻板并沒有產(chǎn)生碳排放，因此在這一方面墻板的碳排放為零。其安裝中需要用電、用水量較少，因此消耗的能源較少，對于碳排放可忽略不計。在對蒸壓砂加氣混凝土墻板進行安裝時，從生產(chǎn)地到施工地的運輸距離可以按照比例進行計算，并將得出的計算結(jié)果代入到上述公式中，完成對其整個階段碳排放量的計算。

在對墻板的全壽命周期碳排放量進行計算后，還需要針對這一過程中節(jié)省的碳排放量進行計算，才能實現(xiàn)對蒸壓砂加氣混凝土墻板應(yīng)用節(jié)能效果更客觀的評價。在計算這一數(shù)值時，需要對蒸壓砂加氣混凝土墻板的熱工性能進行計算，其公式為：

式中：K——蒸壓砂加氣混凝土墻板的熱工性能；

Rp——墻板的主體傳熱阻；

R1——墻板外表面的熱交換阻；

R2——墻板的熱阻；

R3——墻板內(nèi)表面的額熱交換阻。

根據(jù)上述公式，得到蒸壓砂加氣混凝土墻板的熱工性能參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，針對節(jié)能減排量計算式，需要得出蒸壓砂加氣混凝土墻板少傳輸?shù)哪芰?、?jié)約的標(biāo)煤重量以及減少的CO2排放量。將得到的結(jié)果匯總，并得出在建筑使用壽命規(guī)定時間內(nèi)單位平方米蒸壓砂加氣混凝土墻板減少的碳排放量，將這一結(jié)果作為最終的節(jié)能減排量計算結(jié)果。

針對上述計算模型中的碳排放因子，在實際計算時這一參數(shù)與能源結(jié)構(gòu)之間也有著更密切的聯(lián)系，碳排放因子是指在單位質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)煤條件下，對應(yīng)的CO2排放量?；诓煌哪茉唇Y(jié)構(gòu)情境，碳排放因子會發(fā)生不同改變。能源結(jié)構(gòu)大致可分為3 種：第一種為整體能源結(jié)構(gòu)中石油和煤的能源占比將會逐漸降低，而天然氣與非化石燃料的能源占比將會逐漸提升，在這樣的情境下碳排放因子的變化趨勢為逐漸遞減從2.26降低到1.80；第二種是在第一種情景的基礎(chǔ)上，建筑行業(yè)能耗中非化石燃料的占比逐漸提高到35%，煤炭占比逐漸下降到50%、45%，碳排放因子的變化趨勢也同樣為逐漸降低趨勢，從2.19 逐漸降低到1.55；第三種是在第一種情景的基礎(chǔ)上，非化石燃料的占比上升，而煤炭占比逐漸下降，碳排放因子的變化趨勢下降幅度更加明顯?；谏鲜鎏寂欧乓蜃拥奶卣?，在對蒸壓砂加氣混凝土墻板的碳排放量進行具體計算時，需要對碳排放因子進行動態(tài)調(diào)節(jié)，確保最終得出的計算結(jié)果更符合實際。

2 實例應(yīng)用分析

為驗證上述墻板碳排放計算方法的可行性，以某框架結(jié)構(gòu)為例進行分析。已知該工程項目包含6 層結(jié)構(gòu)，場地類別屬于II 類，首層高度為4.5m，其每層高度均為3.8m。該工程通過PKPM 工程設(shè)計軟件完成對墻體材料方案的設(shè)計，分別設(shè)計了2 種方案，一種為蒸壓砂加氣混凝土墻板，一種為顆粒板墻板材料。針對2種墻體的設(shè)計方案，均利用上述計算方法對其板材的碳排放量進行計算。計算結(jié)果如表1所示。

表1 2種墻板材料碳排放量計算結(jié)果對比

從表1 可以看出，蒸壓砂加氣混凝土墻板全壽命周期的碳排放量為578.75kg，而顆粒板墻板的總碳排放量超過4500kg。所以，蒸壓砂加氣混凝土墻板更具備節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢。初步證明本文提出的計算方法能夠?qū)崿F(xiàn)對蒸壓砂加氣混凝土墻板碳排放量的計算，計算結(jié)果可實現(xiàn)對蒸壓砂加氣混凝土墻板綠色環(huán)保性能的量化。同時，綜合其碳排放量可進一步對其經(jīng)濟效益和社會效益進行量化分析。

3 結(jié)束語

為了實現(xiàn)對蒸壓砂加氣混凝土墻板節(jié)能性能的評價，針對這一墻板材料提出了一種全新的碳排放計算方法，并結(jié)合實例驗證了該方法的實際應(yīng)用效果。由于施工工藝會在一定程度上影響到墻板的碳排放效果，所以本文僅針對工程中常用的蒸壓砂加氣混凝土墻板施工方法進行研究。對于創(chuàng)新性的施工方法，還需進行更深層次的研究，以促進碳排放計算方法的不斷優(yōu)化。