鋼結(jié)構裝配式住宅物化階段碳排放研究
劉新華-海南浙大鋼構有限公司
瀏覽次數(shù)：790次發(fā)布時間：2023/06/18
摘要：裝配式建筑是指通過預制主要部件并加以集成打造而成的建筑。當前，裝配式建筑已經(jīng)得到了廣泛的推廣使用，但作為其中的一種重要結(jié)構形式，裝配式鋼結(jié)構并未在眾多裝配式建筑中占據(jù)較高比例。2019年，住房和城鄉(xiāng)建設部強調(diào)，要在全國有序推進裝配式鋼結(jié)構住宅，以此推進我國裝配式鋼結(jié)構體系的發(fā)展。裝配式鋼結(jié)構建筑有綠色環(huán)保、抗震性能好、空間利用率高、部品部件可循環(huán)利用等優(yōu)點。本文針對鋼結(jié)構裝配式住宅物化階段碳排放的控制措施進行分析，僅供參考。
關鍵詞：鋼結(jié)構裝配式；物化階段；碳排放
引言
溫室氣體排放導致的氣候變化問題已成為全球關注焦點，中國作為目前世界上碳排放最多的國家之一，承諾二氧化碳排放2030年左右達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和。建筑全生命周期涉及碳排放的階段可以分為物化階段（包括建材生產(chǎn)、建材運輸、施工建造）、使用階段、更新維護階段、拆除廢棄階段。物化階段碳排放占全生命周期的比例約為14%~21%，同時，由于我國建筑的建設量逐年增加、建設周期較短，物化階段溫室氣體排放呈現(xiàn)集中且強度大的特點�！�2021中國建筑能耗與碳排放研究報告》中數(shù)據(jù)顯示，物化階段碳排放總量占建筑行業(yè)整體碳排放總量的57.4%，其影響不可忽視，降低該階段二氧化碳排放（二氧化碳當量）是實現(xiàn)建筑碳減排目標的重要手段。
1 計算方法
1.1 碳排放因子
碳排放因子是指將能源與材料消耗量與二氧化碳排放相對應的系數(shù)，用于量化建筑物不同階段相關活動的碳排放。建筑運行、建造及拆除階段中因電力消耗 造成的碳排放計算，應采用國家區(qū)域電網(wǎng)平均碳排放因子。
1.2 建材生產(chǎn)及運輸階段
建材生產(chǎn)及運輸階段碳排放計算主要包括建筑主體結(jié)構材料、建筑圍護結(jié)構 材料、建筑構件和部品等。計算的主要建筑材料應為總重量不低于建筑中所耗建材總重量的95%。此階段額度碳排放因為建材生產(chǎn)階段碳排放與建材運輸階段碳排放之和，并應按下式計算：CJC=（CSC+Cys）/A
式中：CJC—建材生產(chǎn)及運輸階段單位建筑面積的碳排放量（kgCO2e/㎡）；CSC—建材生產(chǎn)階段碳排放（kgCO2e）；A—建筑面積（㎡）。
1.3 運行階段
建筑運行解讀那的碳排放計算范圍應包含暖通空調(diào)、生活熱水、照明及電梯、可 再生能源、建筑碳匯系統(tǒng)在建筑運行期間的碳排放量。運行階段的碳排放量應根據(jù)各系統(tǒng)不同類型能源消耗量和不同類型能源的碳排放因子確定。
2 裝配式建筑工程碳排放量的影響因素分析
2.1 決策階段對碳排放造成的影響
首先，裝配式建筑工程施工技術需要在決策階段中進行選擇，保證對各個地區(qū)的裝配式節(jié)能技術進行選擇，確保技術應用的效果，不斷提升裝配式建筑工程的發(fā)展水平。其次，加強對裝配式建筑工程深入全面的分析，確保裝配式建筑的可行性效果，深入全面地對影響裝配式節(jié)能效果因素分析，從而制定有效的改善措施，為后續(xù)工作的開展奠定基礎與保障。最后，企業(yè)需要對節(jié)能技術和碳排放控制技術有著深入全面的了解與掌握，如果企業(yè)不能對節(jié)能技術進行有效的研究和分析，企業(yè)內(nèi)部工作人員也沒有及時對技術內(nèi)容進行掌握，都會導致后續(xù)工程在施工建設的階段中，出現(xiàn)各種影響因素，對節(jié)能技術的落實效果造成影響，造成資源和能源的大量浪費，提升碳排放的總量。此外，在企業(yè)發(fā)展的過程中，要避免過于重視企業(yè)經(jīng)濟效益的全面提升，忽視環(huán)境效益的提升，從而造成裝配式建筑碳排放量超過實際標準。
2.2 設計階段對碳排放量的影響
設計階段是裝配式建筑的關鍵階段，加強設計階段中對碳排放的有效控制，能夠在一定程度上對后續(xù)工程建設施工進行指導。在設計階段中，如果設計人員沒有對施工現(xiàn)場進行規(guī)劃與設計，環(huán)境評價工作的開展不夠全面，都會對裝配式碳排放的實際情況，造成嚴重的偏差和影響。目前影響裝配式碳排放的主要因素，主要可以分為以下幾個方面。首先，在設計階段中，如果沒有對建筑結(jié)構進行有效選擇，不同的裝配式結(jié)構的碳排放量都會存在明顯的差異性，合理的結(jié)構設計，充足的自然條件，都能夠有效降低碳排放的總量。其次，在裝配式設計工作開展的階段中，加強對建筑材料的合理選擇，是降低碳排放的最佳手段。但是目前，我國建筑企業(yè)對節(jié)能減排技術的應用效果不夠理想，實際工程建設中，依舊會存在較為明顯的資源、材料、能源浪費的問題，對可持續(xù)發(fā)展的基本觀念造成嚴重的影響。最后，加強公共服務設施的規(guī)劃與設計，如果設計人員不能夠?qū)卜⻊赵O施的布置情況進行控制，會對裝配式建筑的實際情況造成嚴重影響，對后續(xù)工作的開展造成危害。
2.3 施工階段對碳排放量造成的影響
首先，在裝配式預制生產(chǎn)的階段中，需要加強對原材料的加工、運輸和開采工作的控制，但是這些工作開展的階段中，都會產(chǎn)生較大的碳排放，生產(chǎn)過程中對各項資源的使用，也會加重碳排放的情況。因此，在對預制工廠進行選擇的階段中，要加強對技術的選擇，確保生產(chǎn)技術水平能夠滿足節(jié)能減排的基本目標和要求。其次，在預制配件運輸?shù)倪^程中，會加重碳排放總量。因此，需要對運輸車輛的數(shù)量、類型和返回系數(shù)等情況進行選擇，不同的選擇都會產(chǎn)生不一樣的碳排放量。最后，在預制配件裝配的過程中，需要將各種零件運輸?shù)浆F(xiàn)場后進行安裝，在這個過程中，需要科學合理地對工具、技術進行規(guī)劃。但是目前的實際情況來看，現(xiàn)場工作人員、管理人員都沒有加強對技術的重視，在裝配的過程中會出現(xiàn)各種問題的影響，導致碳排放量的不斷提升。
2.4 使用階段對碳排放造成的影響
通常的情況下，裝配式建筑工程的使用年限在50~70年，在這個使用階段中，有效地對碳排放進行控制，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式建筑工程的穩(wěn)定發(fā)展和進步，還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的基本效果。首先，在使用階段中，各種生活用水、用電都會產(chǎn)生一定的碳排放，在裝配式建筑使用的過程中，如果不能加強對生活用品和垃圾的控制，必定會加重碳排的情況。其次，在實際維修工作的開展中，必定會導致碳排放總量的提升，在這個階段中，也會導致碳排放量的提升。在實際工作開展的階段中，如果居民碳排放意識沒有得到有效提升，必定會導致碳排放控制工作的開展受到影響。最后，如果在裝配式建筑使用的過程中，沒有對維修材料進行選擇，節(jié)能材料的應用效果不夠良好，綠色材料的使用情況不足，都會導致碳排放量的增長。
3 鋼結(jié)構裝配式住宅物化階段碳排放研究
3.1 運輸階段
（1）鋼構件通常被設計的外形盡量簡單，以便于工廠制造的簡便及現(xiàn)場安裝的便利，因此，在鋼構件運輸階段，鋼柱、鋼梁、支撐、桿件等大多可以被打包后裝車。而運輸工具通常為汽車、船等常規(guī)機械，其碳排放過程計算簡單明了。
（2）在施工現(xiàn)場吊裝階段，隨著鋼結(jié)構施工組織的智能化和標準化，一部分鋼構件已經(jīng)可以采取從運輸車輛上直接起吊的方式，節(jié)約了吊裝時間，節(jié)省了機械臺班數(shù)，吊裝效率較高，由此又可以減少部分含碳排放。
（3） 物流配送過程中的碳排放主要來源于機械設備運行時伴隨的能源消耗，在對預制構件進行物流配送時，如果能夠按照預制構件的規(guī)格條件選擇合適的運輸設備和起重機械，則可以大大減少碳排放的產(chǎn)生。
（4）在裝載和吊裝階段，應選擇施工功率較小的施工機械，這樣可以大大降低吊裝預制構件所耗費的臺班數(shù)，縮短吊裝時間，從而實現(xiàn)該階段的低碳控制；
（5）在進行場外運輸時，需綜合考慮運輸時間、運輸路徑及運輸方式等因素，同時選擇高效的運輸設備，避免二次運輸，從而大大降低該階段的碳排放量。
3.2 建造階段
推進建筑綠色建造發(fā)展，是建筑業(yè)邁向“雙碳”目標的關鍵技術之一。綠色建造是指通過科學化的管理與技術創(chuàng)新，以節(jié)能降碳和高質(zhì)量發(fā)展為目標，利用工業(yè)化、信息化技術開展建筑建造的方式。鋼結(jié)構兼具綠色化、工業(yè)化、信息化、集約化和產(chǎn)業(yè)化特征，是對傳統(tǒng)建造活動的全過程與全要素“脫碳”，有助于建筑全過程建造效率的提升，促進建筑綠色低碳轉(zhuǎn)型。
（1）提升綠色化水平。在建筑項目的策劃、設計、建材、施工、交付全過程采用綠色統(tǒng)籌一體化方式，回收建筑建造垃圾，降低建造過程能源資源消耗量，提升資源利用率。
（2）提升工業(yè)化水平。利用建筑標準化設計、建材工業(yè)化生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配式施工、室內(nèi)一體化裝修和全過程信息化管理手段，完成建筑工業(yè)化建造。裝配式鋼結(jié)構建筑是工業(yè)化生產(chǎn)的重要技術，合理運用建筑外墻、樓梯、樓板等預制構件，可減少施工階段碳排放。
（3）提升信息化水平。信息共享與集成支撐建造規(guī)劃與設計、生產(chǎn)與施工各環(huán)節(jié)綠色化發(fā)展，提升各專業(yè)與各參與方的協(xié)同工作效率。信息化與工業(yè)化的融合促使建筑建造綠色化、智能化與精細化深度發(fā)展。
（4）提升集約化水平。建造集約化發(fā)展有助于解決建筑產(chǎn)業(yè)的“碎片化”、信息孤島、協(xié)同不足等問題，使建造過程更具組織化、系統(tǒng)化、精細化等特征。
（5）提升產(chǎn)業(yè)化水平。產(chǎn)業(yè)化即通過資源共享與上下游利益共謀進行產(chǎn)業(yè)資源整合，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈綠色化發(fā)展。刺激前端建材產(chǎn)品綠色轉(zhuǎn)型，引領下游綠色建筑、低碳（零碳）建筑產(chǎn)品發(fā)展，形成完整綠色產(chǎn)業(yè)鏈。
3.3 運行階段
建筑運行階段碳排放占比超過建筑全生命周期碳排放總量的一半以上，是建筑節(jié)能降碳的重點環(huán)節(jié)。依據(jù)建筑運行階段碳排放來源，應從提升建筑運行能效和優(yōu)化能源結(jié)構兩方面進行改進。（1）淘汰落后、能效水平低的設備，提升設備性能。淘汰國家明令禁止的設備，選用高效節(jié)能型產(chǎn)品，如中央空調(diào)、冰箱、電梯、照明燈具及變壓器等主要用能設備，提升暖通系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、照明系統(tǒng)設備能效水平，實現(xiàn)運行設備節(jié)能降碳目標。（2）提高建筑構件及設備品質(zhì)，加強維護管理，提升運行壽命。對建筑外墻、門窗及燈具、通風機等易損耗構件與設備進行定期保養(yǎng)維護，減少在建筑運行期間的更換頻次，避免更換新產(chǎn)品所帶來的生產(chǎn)及運輸過程碳排放。（3）優(yōu)化能源結(jié)構，提高清潔能源利用率。大力發(fā)展清潔能源是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要抓手，低碳、零碳建筑建設離不開負碳技術的支持。構建高效合理的建筑可再生能源系統(tǒng)，如太陽能光伏發(fā)電、太陽能熱水、水源熱泵、分布式風能發(fā)電等，打造“源網(wǎng)荷儲”一體化運營模式，有助于實現(xiàn)建筑綠色可持續(xù)發(fā)展。（4）采用智慧技術，構建信息化運營系統(tǒng)。以數(shù)字化技術助推建筑能源的“開源節(jié)流”，構建建筑智慧化運營平臺，從通風、空調(diào)、照明等方面減少建筑用能，融合全生命周期能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能耗指標參數(shù)可視化及高能耗響應，進行能源調(diào)度和能源管理，降低用能成本與運行過程碳排放。
3.4 拆除階段
（1）選擇合理經(jīng)濟的拆除方案。主流建筑拆除方式包括人工拆除、機械拆除、爆破拆除，其中機械拆除與爆破拆除較為普遍，兩者均有拆除速度快的特點，但其建筑材料可回收率低，增加建筑垃圾處理碳排放。相關研究表明，拆解比拆毀方式鋼鐵回收率高20%。根據(jù)建筑類型合理制定人工拆除與機械拆除相結(jié)合的方式，提升資源循環(huán)利用率，減少下游處理過程碳排放。（2）降低建筑廢棄物運輸碳排放。對建筑廢棄物進行分類，針對不同廢棄物合理選擇運輸工具和就近廢棄物處理點，減少運輸次數(shù)與總運輸距離，降低廢棄物運輸過程碳排放總量。從全生命周期角度出發(fā)，通過對碳排放因素的分析，采取針對性的減碳措施，加強建筑全過程節(jié)能減排管控，為實現(xiàn)建筑低碳排放甚至零碳排放提供有力支撐。
4 結(jié)束語
裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑工程相比，雖然都能夠通過技術手段，降低碳排放的產(chǎn)生，但是鋼結(jié)構裝配式建筑能夠更加節(jié)約資源，提升能源的有效使用效率，加強對環(huán)境的控制和保護，更好地為建筑行業(yè)的發(fā)展奠定基礎和保障。在裝配式建筑工程施工建設的階段中，科學合理地對碳排放進行控制，可以有效避免對氣候環(huán)境造成污染。文章從裝配式建筑的全過程對碳排放的影響因素進行分析，并且提出裝配式節(jié)能施工技術的有效應用，進一步實現(xiàn)裝配式建筑的順利發(fā)展，將可持續(xù)發(fā)展觀念有效落實。
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