淺析裝配式建筑結(jié)構(gòu)物化階段的碳排放計(jì)算

1、淺析裝配式建筑結(jié)構(gòu)物化階段的碳排放計(jì)算摘要:裝配式建筑結(jié)構(gòu)對(duì)我國(guó)建筑領(lǐng)域節(jié)能減排，提高建筑的工程質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率水平，實(shí)現(xiàn)建筑建設(shè)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。為探討裝配式建筑結(jié)構(gòu)在其物化階段的節(jié)能減排效果，并為其全壽命周期提供分析基礎(chǔ)，在分析碳排放計(jì)算分類基礎(chǔ)上，采用將施工活動(dòng)劃分為幾個(gè)主要的碳排放源，然后統(tǒng)計(jì)各排放源的使用和消耗量。再通過(guò)裝配式結(jié)構(gòu)的建造流程建立相應(yīng)的碳排放系統(tǒng)邊界，將碳排放源分為直接碳排放和間接碳排放，并根據(jù)常用一次能源和二次能源以及常用建筑材料的碳排放強(qiáng)度，對(duì)每一項(xiàng)進(jìn)行分類和計(jì)算，最后提出完整的建筑物化階段碳排放計(jì)算思路。關(guān)鍵詞:裝配式建筑結(jié)構(gòu) 物化階段 直接碳排放間接碳排放

2、 計(jì)算方法0 引言2009年我國(guó)就已經(jīng)向國(guó)際社會(huì)承諾了碳減排目標(biāo):到2020年，我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40% 45%，作為約束性指標(biāo)納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃，并制定相應(yīng)的國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)、考核辦法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年建筑領(lǐng)域排放的二氧化碳量占到總排放量的35%以上。因此，建筑業(yè)在面臨既要滿足建筑量的適當(dāng)快速增長(zhǎng)，以及建筑質(zhì)量的全面提升的同時(shí)，還要滿足低碳環(huán)保的環(huán)境友好要求。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱PC結(jié)構(gòu))是以預(yù)制構(gòu)件為主要構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接而成的混凝土結(jié)構(gòu)。它用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的改造，通過(guò)優(yōu)化資源配置，降低資源消耗，提高建筑的工程質(zhì)量、功能質(zhì)量、

3、環(huán)境質(zhì)量和建設(shè)勞動(dòng)生產(chǎn)率水平，來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。物化階段是指包括預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝施工過(guò)程在內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)建造階段。1 碳排放計(jì)算建筑的物化階段碳排放計(jì)算方法可以分為兩類:一是統(tǒng)計(jì)計(jì)算出每一項(xiàng)施工工序的碳排放數(shù)據(jù),如搭設(shè)臨時(shí)支撐系統(tǒng)的碳排放量、鋼筋綁扎的碳排放量、混凝土澆筑的碳排放量等等，最后將各個(gè)施工工序的碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行累加。由于裝配式結(jié)構(gòu)的物化階段的施工工序太過(guò)復(fù)雜，而且目前沒(méi)有針對(duì)每一施工工序的碳排放研究成果，缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持，因此此方法的可行性較低。二是將施工活動(dòng)僅劃分為幾個(gè)主要的碳排放源，然后統(tǒng)計(jì)各排放源的使用和消耗量。因?yàn)閷?duì)于化石燃料和電力、建筑材料生產(chǎn)、人類生活、

4、交通運(yùn)輸?shù)忍寂欧旁丛斐傻奶寂欧帕康榷家呀?jīng)有不少的研究成果，這些研究成果對(duì)該方法提供了有利的數(shù)據(jù)支持。因此本文可采用方法二進(jìn)行裝配式結(jié)構(gòu)物化階段的碳排放計(jì)算分析。任何一個(gè)產(chǎn)品，其碳排放來(lái)源都包括直接碳排放和間接碳排放。直接碳排放是指在成品的加工活動(dòng)中消耗化石燃料、電力、工時(shí)而直接向大氣排放的二氧化碳。間接碳排放是指成品的組成成分自身所隱含的碳排放。譬如產(chǎn)品M和產(chǎn)品N通過(guò)加工產(chǎn)生了產(chǎn)品K。那么產(chǎn)品K的直接碳排放就是加工活動(dòng)中產(chǎn)生的碳排放，間接碳排放就是產(chǎn)品M和產(chǎn)品N自身所隱含的碳排放。如果繼續(xù)追蹤產(chǎn)品M和產(chǎn)品N的碳排放，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們本身也包括了直接碳排放和間接碳排放。社會(huì)上每一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)都會(huì)需要很

5、多其它產(chǎn)品的投入，整個(gè)社會(huì)的碳排放準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是-個(gè)網(wǎng)狀系統(tǒng)，各個(gè)產(chǎn)品之間互相包含。但是如果把比例很小的部分關(guān)聯(lián)舍去，總體來(lái)說(shuō)，整個(gè)社會(huì)的碳排放系統(tǒng)可整理簡(jiǎn)化為一個(gè)層次系統(tǒng)。譬如化石燃料、電力、工時(shí)可以當(dāng)做第一層次，水泥、黃砂、碎石、模板、鋼筋等原材料可以當(dāng)做第二層次，再高一級(jí)的產(chǎn)品譬如建筑可以當(dāng)做第三層次等。在這樣的層次系統(tǒng)下，只要統(tǒng)計(jì)得出每一種已知產(chǎn)品的碳排放量就可以很方便地計(jì)算出新產(chǎn)品的碳排放。2 碳排放系統(tǒng)邊界裝配式建筑結(jié)構(gòu)物化階段流程系統(tǒng)如圖1所示。其整個(gè)物化階段分為三個(gè)階段:預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段（模板+鋼筋+預(yù)埋件+其他+預(yù)拌混凝土（水泥+砂+碎石+其他）混凝土預(yù)制構(gòu)件儲(chǔ)存）、運(yùn)輸階段（裝

6、車運(yùn)輸）、安裝施工階段（臨時(shí)支持系統(tǒng)+施工機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)吊裝+現(xiàn)場(chǎng)部分建筑成品）。綜合裝配式建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),首先將建筑的碳排放來(lái)源分為兩類。一是直接碳排放（施工人員+構(gòu)件運(yùn)輸+施工機(jī)械），即建造建筑物過(guò)程中的化石燃料、電能、其它能源、人員投入導(dǎo)致的碳排放。如施工機(jī)械燃燒柴油、汽油等一次能源向大氣直接排放的CO2塔吊使用電力造成的CO2排放等。二是間接碳排放（預(yù)制構(gòu)件+臨時(shí)支撐系統(tǒng)+其他零星材料+水），即建造建筑物過(guò)程中消耗的水、建筑材料、辦公用品等產(chǎn)品和原材料的內(nèi)含碳排放，見圖2。3 基本能源的碳排放強(qiáng)度在進(jìn)行碳排放計(jì)算時(shí)歸根結(jié)底要追蹤到基本能源的消耗量?；灸茉窗ɑ剂?、電力。通過(guò)某種能源的消

7、耗量乘以該種能源的碳排放強(qiáng)度就可以得出該種能源的碳排放量。3.1化石燃料的碳排放強(qiáng)度根據(jù)IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南第二卷一能源，可得到燃料的碳排放強(qiáng)度。常用化石燃料的碳排放強(qiáng)度見表1。3.2電力的碳排放強(qiáng)度電力的碳排放強(qiáng)度根據(jù)各種類電力的發(fā)電量進(jìn)行加權(quán)平均。2009年我國(guó)電能的碳排放強(qiáng)度如表2所示。4直接碳排放4.1施工人員碳排放為體現(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)在節(jié)約勞動(dòng)力方面的優(yōu)勢(shì)，把人員產(chǎn)生的CO,排放也計(jì)入碳排放源系統(tǒng)中。單位工時(shí)數(shù)乘以單位工時(shí)的碳排放強(qiáng)度就是施工人員的碳排放量。單位工時(shí)數(shù)是指在預(yù)制構(gòu)件安裝施工階段所需要的工時(shí)數(shù)。據(jù)分析，2002年中國(guó)人均年碳排放總量為1.37426t/人”，換算為天

8、為3.77kg/人。雖然每一工時(shí)是8h，但是工人一天的生活基本都是圍繞著現(xiàn)場(chǎng)工作的，因此保守地取單位工時(shí)碳排放強(qiáng)度值為3.77kg/工時(shí)。4.2預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸碳排放預(yù)制構(gòu)件在運(yùn)輸階段各類工具產(chǎn)生的CO2可用燃料的的消耗量乘以相應(yīng)燃料種類的碳排放強(qiáng)度(表1)，即可得出運(yùn)輸階段的碳排放量。4.3施工機(jī)械碳排放施工機(jī)械在預(yù)制構(gòu)件的安裝施工過(guò)程中的CO,排放來(lái)源包括機(jī)械使用過(guò)程中消耗的電力和化石燃料、保養(yǎng)消耗、攤銷費(fèi)用。其中電力和化石燃料部分只要有統(tǒng)計(jì)量然后乘以相應(yīng)的碳排放強(qiáng)度就可以得出。因?yàn)槭┕C(jī)械的造價(jià)往往很高，其制造過(guò)程中也會(huì)消耗大量的原材料和能源，排放出不可忽視的CO2量，因此需要考慮機(jī)械的保養(yǎng)

9、和攤銷造成的相當(dāng)碳排放。這兩部分可以通過(guò)將保養(yǎng)和攤銷造成的財(cái)務(wù)損失換算成當(dāng)?shù)氐挠秒娏?，然后用電力的碳排放?qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。5 間接碳排放間接碳排放來(lái)源可以認(rèn)為是建筑建造過(guò)程中消耗了原材料和中間產(chǎn)品，而這些原材料和中間產(chǎn)品在其生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)直接和間接地向環(huán)境排放CO2，因此為了從全壽命周期的角度審視建筑在物化階段的碳排放情況，需要將這部分原材料和中間產(chǎn)品自身的隱含碳排放納入進(jìn)來(lái)。主要建筑材料的CO,排放強(qiáng)度見表3。5.1預(yù)制構(gòu)件碳排放預(yù)制構(gòu)件需要消耗預(yù)拌混凝土、鋼筋、預(yù)埋件和其它輔助材料。而他們的制造和生產(chǎn)都需要向環(huán)境排放CO2。根據(jù)本文第一節(jié)中直接碳排放和間接碳排放的定義，預(yù)制構(gòu)件的碳排放包括預(yù)制

10、構(gòu)件生產(chǎn)活動(dòng)中的碳排放和預(yù)拌混凝土、鋼筋、預(yù)埋件和其它輔助材料的隱含碳排放。其中常用標(biāo)號(hào)預(yù)拌混凝土的碳排放強(qiáng)度值見表4;鋼筋、預(yù)埋件和其它輔助材料的碳排放強(qiáng)度見表3;預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)活動(dòng)中的碳排放量是在該活動(dòng)中消耗的化石燃料、電力、工時(shí)乘以各自的碳排放強(qiáng)度。5.2支撐材料的碳排放據(jù)調(diào)研，支撐材料多為租賃。為簡(jiǎn)便起見，將租賃費(fèi)用換算成等價(jià)格的當(dāng)?shù)仉娏ο?，然后?jì)算碳排放量。5.3用水的碳排放水本身不會(huì)產(chǎn)生CO2，但是生產(chǎn)和運(yùn)輸水的過(guò)程會(huì)因?yàn)橄哪茉春推渌牧隙a(chǎn)生碳排放，根據(jù)耗能工質(zhì)能源等價(jià)值參考表可知，新水的單位耗能工質(zhì)耗能量為7.535MJ/t，折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)為0.2574kgce/t，換算成碳排

11、放強(qiáng)度為0.6324kg/t。用水量為預(yù)制構(gòu)件施工階段的生產(chǎn)用水。因?yàn)樯钣盟a(chǎn)生的碳排放已經(jīng)計(jì)入人員的碳排放，因此不再納入總用水量范圍內(nèi)。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段中因消耗水所造成的碳排放已經(jīng)計(jì)入預(yù)制構(gòu)件的碳排放，因此也不納入用水范圍內(nèi)。5.4其它零星材料的碳排放由于零星材料的種類太多，且各自的用量很少。為簡(jiǎn)便起見，將零星材料的費(fèi)用按等值原則換算成當(dāng)?shù)氐碾娏ο牧?，乘以電力碳排放?qiáng)度，作為零星材料的碳排放。6 結(jié)語(yǔ)建筑的碳排放主要集中在使用階段，但是在建造階段卻具有最高的碳排放強(qiáng)度，因此，有必要研究如何降低建造階段的碳排放強(qiáng)度。本文在綜合裝配式建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工流程的基礎(chǔ)上，首先確定碳排放的系統(tǒng)邊界，

12、即碳排放的計(jì)算范圍。然后將裝配式建筑結(jié)構(gòu)物化階段的碳排放源分為直接碳排放和間接碳排放。將這些碳排放源的碳排放進(jìn)行累加，就可以計(jì)算出裝配式建筑結(jié)構(gòu)物化階段的碳排放總量: C結(jié)構(gòu)=C古接+C間接= (C人員+C云輸+C機(jī)械) + ( C構(gòu)件+C支撐+C水+C零里)。為求得各碳排放源的碳排放量，需要獲得各個(gè)碳排.放源的消耗量和碳排放強(qiáng)度。在現(xiàn)場(chǎng)只要進(jìn)行每月化石燃料、電力、工時(shí)以及預(yù)制構(gòu)件、支撐、水的統(tǒng)計(jì)，就可以獲得各碳源的消耗量。統(tǒng)計(jì)碳源消耗量的工作也有利于現(xiàn)場(chǎng)的施工管理。施工單位每月的碳源統(tǒng)計(jì)，有利于施工單位自身的施工質(zhì)量、進(jìn)度、效率的自我檢查，方便適時(shí)地做出調(diào)整，使得項(xiàng)目有序順利進(jìn)行。消耗量需要現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而碳排放源的碳排放強(qiáng)度需要相關(guān)行業(yè)更為深入的研究。通過(guò)本文提出的計(jì)算