預(yù)制構(gòu)件物化階段碳排放量測算及綜合成本分析*

齊 月 陳 穎

(1 中南林業(yè)科技大學(xué) 長沙 410000)(2 中南林業(yè)科技大學(xué) 長沙 410004)

1 研究背景

在“雙碳”背景下,裝配式建筑以其減少溫室氣體排放、降低能源消耗、綠色高效等優(yōu)點(diǎn)成為建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)路徑。然而,現(xiàn)階段裝配式建筑的高造價(jià)已成為制約其發(fā)展的瓶頸。通過核算分析裝配式建筑的碳排放量[1,2]和成本[3,4],可有效推動(dòng)裝配式建筑快速發(fā)展。根據(jù)現(xiàn)有研究可知,裝配式建筑的碳排放量主要取決于預(yù)制構(gòu)件的碳排放量[5],因此本文以預(yù)制疊合板為實(shí)證對象,通過構(gòu)建預(yù)制構(gòu)件物化階段碳排放測算模型,對其物化階段的碳排放量和建安成本進(jìn)行核算,引入碳單價(jià)將碳排放量轉(zhuǎn)化為碳排放成本,提出將碳排放成本包含在內(nèi)的綜合成本核算方法,對預(yù)制構(gòu)件的碳排放量和綜合成本的分析。

2 預(yù)制構(gòu)件物化階段碳排放測算模型

2.1 計(jì)算模型

將物化階段劃分為建材開采、建材運(yùn)輸、構(gòu)件生產(chǎn)、構(gòu)件運(yùn)輸和裝配施工階段,選用碳排放因子法構(gòu)建預(yù)制構(gòu)件物化階段的碳排放測算模型。

2.1.1 建材開采階段

建材開采階段碳排放來源于預(yù)制構(gòu)件的原材料生產(chǎn)和開采、運(yùn)輸和加工以及資源消耗的碳排放。

式中:C1——建材開采階段碳排放量;

Qi——第i種材料消耗量;

Fi——第i種建材碳排放因子。

2.1.2 建材運(yùn)輸階段

建材運(yùn)輸階段碳排放源來自原材料從工廠運(yùn)輸?shù)綐?gòu)件廠的過程。假設(shè)運(yùn)輸車輛在運(yùn)輸過程中為滿載狀態(tài),返回過程中為空載狀態(tài),還需考慮空載返回產(chǎn)生的碳排放量。根據(jù)毛睿昌[6]等人的研究,空載狀態(tài)下運(yùn)輸車輛的環(huán)境負(fù)載為滿載狀態(tài)的0.67倍,計(jì)算運(yùn)輸車輛碳排放量的放大系數(shù)為1.67。

式中:C2——建材運(yùn)輸階段碳排放量;Di——第i種建材運(yùn)輸距離;

Fij——第i種材料在運(yùn)輸過程中使用的第j種運(yùn)輸方式的碳排放因子;

K——運(yùn)輸車輛碳排放放大系數(shù)1.67。

2.1.3 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段

構(gòu)件生產(chǎn)階段包括構(gòu)件制造、能源使用等環(huán)節(jié),碳排放源為預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中機(jī)械臺(tái)班消耗及人員消耗。

式中:C3——構(gòu)件生產(chǎn)階段碳排放量;

Eij——第i類預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中使用的j種機(jī)械的臺(tái)班數(shù)量;

Cij——第i類預(yù)制構(gòu)件安裝施工過程中使用的j種機(jī)械的臺(tái)班能源用量;

Fj——第j種機(jī)械消耗能源碳排放因子;

Fn——人工碳足跡因子;

n——人工工日數(shù)。

2.1.4 預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸階段

運(yùn)輸過程碳排放主要來自預(yù)制構(gòu)件從工廠生產(chǎn)完成后被運(yùn)輸至建筑工地的過程。

式中:C4——構(gòu)件運(yùn)輸階段碳排放量;

Mi——第i種預(yù)制構(gòu)件的總質(zhì)量;

Di——第i種預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)距;Fij——第i類預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸過程中使用的第j種運(yùn)輸方式的碳排放因子。

2.1.5 裝配施工階段

該階段是指預(yù)制構(gòu)件裝配施工時(shí)各施工機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放。碳排放主要來源于現(xiàn)場施工過程中人工和施工機(jī)械消耗能源所產(chǎn)生的碳排放。

式中:C5——施工階段碳排放量;

Tij——第i類預(yù)制構(gòu)件在安裝施工過程中使用的j種機(jī)械的臺(tái)班數(shù)量;

Mij——第i類預(yù)制構(gòu)件安裝施工過程中使用的j種機(jī)械的臺(tái)班能源用量;Fj——第j種機(jī)械消耗能源的碳排放因子;En—人工碳足跡因子;

2.3 預(yù)制構(gòu)件綜合成本測算模型

本文定義了綜合成本的概念,提出了包含碳排放成本在內(nèi)的綜合成本核算方法,即裝配式建筑物化階段的綜合成本為建安成本與碳排放成本之和。

2.2.1 建安成本

采用綜合單價(jià)法計(jì)算裝配式混凝土建筑預(yù)制構(gòu)件的建安成本。

式中:Ma——構(gòu)件生產(chǎn)階段成本;

Mb——構(gòu)件運(yùn)輸階段成本;

Mc——裝配施工階段成本。

2.2.2 碳排放成本

碳排放成本是指為了減少溫室氣體排放而需要付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià),是衡量碳減排行為的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。通常用每噸二氧化碳的貨幣單位來衡量。單位碳排放成本的確定方法包括碳交易市場價(jià)格、碳稅價(jià)格、碳減排邊際成本。本文的碳單價(jià)采取碳交易市場平均價(jià)格。

式中:P——碳排放量;

L——單位碳排放的成本。

3 案例分析

本文案例為湖南省長沙市某裝配式混凝土建筑項(xiàng)目。該項(xiàng)目裝配式混凝土建筑面積為219 026.87 m2,地上建筑面積為11 926.43 m2,裝配率為50.4%。預(yù)制構(gòu)件包括疊合板、樓梯和PC隔墻,其中部分隔墻采用ALC板材。研究對象選擇使用率最高的預(yù)制混凝土疊合板,該項(xiàng)目中預(yù)制混凝土疊合板的總體積為719.9m3。

3.1 物化階段碳排放測算

本文僅對預(yù)制構(gòu)件物化各階段占預(yù)制構(gòu)件總重量95%以上的主要建材進(jìn)行計(jì)算,忽略重量比低于0.1%的建材。利用公式(2)～(6)計(jì)算得出本案例各物化階段中預(yù)制疊合板的碳排放量結(jié)果見表1。

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯總表

由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算了預(yù)制疊合板各階段碳排放量占物化階段碳排放總量,由表1看出,各階段碳排放量占碳排放總量的從大到小依次為建材開采階段>建材運(yùn)輸階段>構(gòu)件生產(chǎn)階段>構(gòu)件運(yùn)輸階段>裝配施工階段。其中,建材開采階段的碳排放量占比最高,約85.45%,現(xiàn)場裝配階段占比最少,約0.37%。預(yù)制混凝土疊合板在物化階段的碳排放主要來自建材開采和運(yùn)輸階段。因此,針對這兩個(gè)階段的碳減排具有較大空間。

3.2 綜合成本測算

采用2.4.2所述方法套用《裝配式建筑工程消耗量定額》計(jì)算了預(yù)制疊合板的綜合成本。

由表2可知,每10 m3預(yù)制混凝土疊合板的全費(fèi)用綜合單價(jià)為54 406.09元,單位體積全費(fèi)用綜合單價(jià)為5 440.609元/m3。案例中單個(gè)構(gòu)件的體積為0.442 m3,可計(jì)算出本案例中單個(gè)預(yù)制混凝土疊合板的成本為2 404.749元。由建筑預(yù)制混凝土疊合板構(gòu)件的總體積為719.9 m3,得到全費(fèi)用綜合單價(jià)為39 166 942元。碳單價(jià)選取2022年第一輪全國性碳排放權(quán)交易平均價(jià)格49.23元/噸。本案例中預(yù)制疊合板的碳排放成本為:3 453.159×49.23=169 999.018 元。案例中預(yù)制混凝土梯段板的綜合成本為39 166 942+169 999.018=39 336 941.02元。

表2 10m3 單位體積預(yù)制疊合板造價(jià)組成

4 結(jié)語

本研究采用碳排放因子法,建立了預(yù)制構(gòu)件物化階段的碳排放模型,基于此模型測算了某裝配式混凝土建筑預(yù)制疊合板的碳排放量。提出了包含碳排放成本在內(nèi)的預(yù)制構(gòu)件綜合成本測算方法,該綜合成本不僅包括造價(jià)的經(jīng)濟(jì)因素,還涵蓋了碳排放量的環(huán)境因素。在量化碳排放成本的同時(shí),提高了裝配式建筑的成本核算精度,有利于從整體角度評(píng)價(jià)預(yù)制構(gòu)件的成本效益。