再生混凝土綠色建筑碳排放評(píng)價(jià)及灰色參數(shù)敏感性分析

徐金俊，烏忱昊，王 浩,陳 杰

(1.南京工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 211816； 2. 西安建筑科技大學(xué) 西部綠色建筑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安，7100553.東南大學(xué) 混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210096； 4.東南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211189;5.南京富源資源利用有限公司，江蘇 南京，210034)

二氧化碳(CO2)作為主要的溫室氣體，對(duì)環(huán)境影響尤為顯著.中國(guó)是CO2排放大國(guó)之一，降低CO2排放對(duì)我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義.據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑行業(yè)消耗了全球40%的能源，由此產(chǎn)生的CO2占全球碳排放量的36%[1]，因此減少建筑行業(yè)的碳排放對(duì)于減少全球碳排放總量的效果將會(huì)十分明顯.

為了節(jié)約天然骨料和減少建筑垃圾的環(huán)境破壞，再生混凝土(RAC)已被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)[2].相比于普通混凝土，再生混凝土體現(xiàn)了建筑綠色化、低碳化的發(fā)展模式.再生混凝土通過(guò)綜合利用廢棄混凝土的方式最大程度地降低能源消耗和溫室氣體的排放，且其構(gòu)件的力學(xué)性能、耐火性能與抗震性能與普通混凝土基本相當(dāng)[3-4].就生產(chǎn)環(huán)節(jié)而言，再生骨料混凝土不同于天然骨料混凝土之處在于再生骨料就地破碎或就近破碎后再利用，而天然骨料主要來(lái)源于距離城市較遠(yuǎn)的礦山地區(qū)，需破山取石后運(yùn)輸至建設(shè)場(chǎng)區(qū)，開(kāi)采和運(yùn)輸過(guò)程都會(huì)消耗大量的能源，并排放大量的CO2.

建筑領(lǐng)域涉及的碳排放環(huán)節(jié)眾多，國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍采用生命周期評(píng)價(jià)(Life Cycle Assessment, LCA)的方法來(lái)研究建筑能耗和碳排放之間的關(guān)系.在過(guò)去30年中，LCA已逐步發(fā)展為一種可量化、評(píng)估、比較產(chǎn)品的潛在環(huán)境影響和生命周期經(jīng)濟(jì)可行性的強(qiáng)有力的方法論,我國(guó)先后出臺(tái)了GB/T 24040系列環(huán)境管理和生命周期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》等生命周期溫室氣體排放計(jì)算指導(dǎo)方法.然而目前已有的研究成果和標(biāo)準(zhǔn)在清單分析和條件假設(shè)上差別較大，缺乏統(tǒng)一的計(jì)算模型和評(píng)價(jià)方法，且現(xiàn)有的評(píng)價(jià)過(guò)程對(duì)建筑使用階段的討論較多，而對(duì)建筑生命周期中使用階段以外部分的計(jì)算和研究則較為匱乏[5].

影響再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放量的因素較多，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不僅需體現(xiàn)在總量上，更需在影響總量的敏感程度上.鄧氏灰色關(guān)聯(lián)理論提供了一種便捷的途徑去評(píng)價(jià)這類因素的敏感性，其評(píng)價(jià)過(guò)程為灰色關(guān)聯(lián)分析(Grey Correlation Analysis，GCA).基于此，聯(lián)合運(yùn)用LCA和GCA評(píng)價(jià)模式對(duì)再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放進(jìn)行量化分析和敏感性分析，并以南京工業(yè)大學(xué)擬建再生混凝土建筑為案例進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)的建模計(jì)算，該案例可為類似再生混凝土綠色建筑綜合設(shè)計(jì)提供借鑒和依據(jù).

1 生命周期碳排放計(jì)算模型與灰色系統(tǒng)理論

1.1 生命周期碳排放計(jì)算模型

1.1.1 計(jì)算邊界與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

建筑的生命周期是建筑從材料成型到完成服役拆除后的整個(gè)周期.一般而言，建筑包含不止一種建筑材料，每種材料都有其對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工藝、制備方式、施工方法.在建筑生命周期評(píng)價(jià)中，需確立相應(yīng)的計(jì)算邊界.規(guī)定計(jì)算邊界由建筑原材料生產(chǎn)階段、原材料運(yùn)輸階段、成品或構(gòu)件制備加工階段、成品或構(gòu)件運(yùn)輸階段、施工安裝階段、建筑運(yùn)營(yíng)階段、拆解回收階段這7個(gè)階段組成，見(jiàn)圖1.

功能單位是生命周期評(píng)價(jià)體系中衡量產(chǎn)品輸入輸出的量度[6].為確保不同建材之間具有可比性，且不因消耗量、施工量等因素的改變對(duì)碳排放計(jì)算造成影響，應(yīng)選取相同單位(如體積、質(zhì)量)且具有相同工作性能的材料作為評(píng)價(jià)的功能單位.

根據(jù)生命周期計(jì)算邊界的劃分，每個(gè)階段能源消耗量(主要針對(duì)煤、電力、油耗等能源)的數(shù)據(jù)選用基于國(guó)際或我國(guó)相關(guān)單位的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，主要能源的碳排放因子清單見(jiàn)表1.

圖1 生命周期碳排放計(jì)算階段 Fig.1 Whole life cycle carbon emission calculation stage

表1 主要能源碳排放因子

根據(jù)上述碳排放計(jì)算邊界的界定，確定功能單位的建筑材料生命周期碳排放計(jì)算公式為

ELC=ESC+EYS1+EZB+EYS2+ESG+EYY+ECJ

(1)

式中，ELC為建筑生命周期碳排放量2；ESC為建筑原材料生產(chǎn)階段碳排放量；EYS1為建筑原材料運(yùn)輸階段碳排放量；EZB為成品或構(gòu)件制備加工階段碳排放量2；EYS2為成品或構(gòu)件運(yùn)輸階段碳排放量；EYY為建筑運(yùn)營(yíng)階段單位碳排放量；ESG為施工安裝階段單位碳排放量；ECJ為拆解階段單位碳排放量.(單位：kgCO2).

1.1.2 原材料生產(chǎn)階段碳排放量

原材料生產(chǎn)階段碳排放量指的是建筑中各部位使用的建筑材料在生產(chǎn)過(guò)程中所需投入的各種原材料在其獲取、制備、加工等過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放量的累積.例如，混凝土材料生產(chǎn)階段需考慮水泥、細(xì)骨料、粗骨料生產(chǎn)全過(guò)程的碳排放量.通過(guò)查閱采購(gòu)清單、施工圖紙等工程建設(shè)技術(shù)資料可確定建筑中各部位使用的建筑材料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、種類及用量.若工程中建筑材料選取繁多，根據(jù)文獻(xiàn)[11]的建議，選取占總建材質(zhì)量80%以上且具有代表性的建材進(jìn)行計(jì)算，其它材料忽略不計(jì).

根據(jù)表1所示的主要能源碳排放清單，可計(jì)算每種建筑材料在原材料生產(chǎn)階段的碳排放因子，其表達(dá)式為

(2)

式中，aij為第i類原材料生產(chǎn)過(guò)程中第j類能源消耗量，其單位需結(jié)合表1視能源種類而定；kj為第j類能源碳排放因子；mj為功能單位建筑材料第j類原材料使用量，單位：t.

1.1.3 原材料運(yùn)輸階段碳排放量

目前，計(jì)算運(yùn)輸階段碳排放的方法主要采用運(yùn)輸距離法或運(yùn)輸油耗法[12].由于在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸時(shí)運(yùn)輸總耗油量較難統(tǒng)計(jì)，行業(yè)內(nèi)一般運(yùn)用運(yùn)輸距離法計(jì)算運(yùn)輸階段的碳排放量.建材產(chǎn)品的運(yùn)輸方式一般為公路運(yùn)輸，主要能源消耗為柴油或汽油消耗.根據(jù)《建筑碳排放計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)》[9]，該階段碳排放量計(jì)算式為

(3)

式中:zgi為運(yùn)輸?shù)趇類原材料交通工具平均載重量，單位：t；li為第i類原材料運(yùn)輸距離，單位：km；qi為運(yùn)輸?shù)趇類原材料交通工具單位耗油量，單位：L/km；ky為柴油碳排放因子.

1.1.4 成品或構(gòu)件加工階段碳排放量

成品或構(gòu)件加工階段碳排放量指的是原材料運(yùn)輸至加工廠后，經(jīng)過(guò)一系列工序形成建筑部品過(guò)程中的碳排放量.例如，混凝土在攪拌站按照配合比進(jìn)行攪拌形成商品混凝土過(guò)程的碳排放量、粗鋼在鋼構(gòu)件加工廠進(jìn)行焊接、鑄造、沖壓等工藝形成型鋼的碳排放量，相應(yīng)的計(jì)算式為

(4)

式中，bj為功能單位成品或構(gòu)件加工過(guò)程階段第j類能源消耗量，其單位需結(jié)合表1視能源種類而定.

1.1.5 成品或構(gòu)件運(yùn)輸階段碳排放量

成品或構(gòu)件運(yùn)輸階段碳排放量指的是將成品或構(gòu)件從加工廠運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的碳排放量，計(jì)算方法與1.1.3類似，表達(dá)式為

(5)

式中:M為功能單位建筑材料的質(zhì)量，單位：t；zg為運(yùn)輸成品或構(gòu)件的交通工具的平均載重量，單位：t；l為成品或構(gòu)件的運(yùn)輸距離，單位：km；q為運(yùn)輸成品或構(gòu)件的交通工具單位耗油量，單位：L/km.

1.1.6 施工安裝階段碳排放量

施工安裝階段的碳排放量指的是各種建筑材料成品或構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝施工的建設(shè)活動(dòng)，直到建筑主體結(jié)構(gòu)竣工這一階段的碳排放量，相應(yīng)的范圍包括施工機(jī)器設(shè)備的能源消耗、輔助材料的使用、各建筑材料在施工中的損耗、現(xiàn)場(chǎng)人員辦公等.若該階段使用機(jī)械設(shè)備繁多，可僅計(jì)算占總使用時(shí)間或臺(tái)班80%以上的機(jī)械設(shè)備.施工安裝階段的碳排放可歸納為因消耗油和電力等主要能源而產(chǎn)生碳排放量[20].這一階段可通過(guò)儀表檢測(cè)各項(xiàng)活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，或按照下式進(jìn)行估算

(6)

式中:Pdi為第i種施工機(jī)具的電功率，單位：kW；Pyi為第i種施工機(jī)具每臺(tái)班平均耗油量，單位：L/臺(tái)班；tdi為第i種施工機(jī)具的使用時(shí)長(zhǎng)，單位：h；tyi為第i種施工機(jī)具的運(yùn)行臺(tái)班次，單位：次；ndi；nyi為第i種施工機(jī)具的數(shù)量，單位：臺(tái)；kd為電力碳排放因子.

1.1.7 建筑運(yùn)營(yíng)階段碳排放量

建筑物在服役期間，其能量和物質(zhì)的輸入強(qiáng)度并不高，但耗時(shí)較長(zhǎng)，一般認(rèn)為這一階段占總生命周期的80%-90%.該階段的碳排放主要來(lái)源于兩部分，一是因用戶使用照明負(fù)荷、通風(fēng)空調(diào)、供水排水等設(shè)備產(chǎn)生的能源碳排放量；二是因材料構(gòu)件更替進(jìn)行維護(hù)更新而產(chǎn)生的碳排放量.

目前計(jì)算運(yùn)營(yíng)階段碳排放的方法主要采用清單統(tǒng)計(jì)法或信息模型法.對(duì)于已投入運(yùn)營(yíng)的建筑，可采用清單統(tǒng)計(jì)法計(jì)算建筑在該階段的碳排放量，而對(duì)于尚未投入使用的建筑，可采用基于建筑-環(huán)境耦合的動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的信息模型法.對(duì)于文中討論的建筑案例，暫不討論建筑材料與構(gòu)件維護(hù)更新所產(chǎn)生的碳排放.

本文通過(guò)利用基于建筑熱環(huán)境及HVAC系統(tǒng)模擬平臺(tái)DeST (Design’s Simulation Toolkit)對(duì)再生混凝土綠色建筑進(jìn)行仿真分析，獲取建筑在運(yùn)營(yíng)階段年均各項(xiàng)主要能源的消耗量，在此基礎(chǔ)上乘以各自對(duì)應(yīng)的碳排放因子便可獲得該階段的碳排放量.

1.1.8 拆解階段碳排放量

拆解階段碳排放量指的是建筑達(dá)到其設(shè)計(jì)或使用年限后包括拆除建筑和回收廢棄建筑材料等過(guò)程的碳排放量.由于再生混凝土等綠色建材尚未有二次回收利用的案例，本研究只考慮拆除建筑所產(chǎn)生的碳排放.

對(duì)于不同的建筑，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)材料，拆除時(shí)使用的機(jī)器設(shè)備各不相同，這一階段的碳排放量很難精確計(jì)算.根據(jù)文獻(xiàn)[19]的建議，估算本階段碳排放量為施工安裝階段的90%，即

ECJ=0.9ESG

(7)

1.2 鄧氏灰色關(guān)聯(lián)敏感性模型

鄧氏灰色關(guān)聯(lián)理論是一種利用灰色關(guān)聯(lián)度順序來(lái)描述各因素之間關(guān)系的強(qiáng)弱次序的一種動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)分析方法[13，28]，其基本思想是用數(shù)學(xué)的方法來(lái)研究各因素間的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度度量系統(tǒng)中的某一主要變量和其余變量中的不確定程度.其優(yōu)勢(shì)在于在小樣本數(shù)據(jù)中也可以準(zhǔn)確度量序列中的逼近關(guān)系、在變異度大的樣本中也可以定量定性的確定因素間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是一種動(dòng)態(tài)的量化分析方法.

鄧氏灰色關(guān)聯(lián)分析包含以下5個(gè)基本步驟：(1) 確定分析的序列矩陣； (2)對(duì)變量序列進(jìn)行無(wú)量綱化；(3)求差序列、最大差和最小差； (4)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)； (5)計(jì)算關(guān)聯(lián)度.各步驟具體的計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)[28].鄧氏灰色關(guān)聯(lián)理論在生物統(tǒng)計(jì)、農(nóng)業(yè)、工程等領(lǐng)域有較為廣泛，鑒于建筑生命周期碳排放評(píng)價(jià)的多因素性、樣本容量不確定性、多變性，用該方法對(duì)生命周期碳排放變量進(jìn)行內(nèi)在規(guī)律探尋是合理、可行的.

2 擬建再生混凝土綠色建筑概況

擬建工程毗鄰江蘇南京市浦口區(qū)南京工業(yè)大學(xué)江蘇省土木工程與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，該建筑主要功能為配合實(shí)驗(yàn)室管理人員辦公與中小型試驗(yàn)設(shè)備的放置.本工程主要采用鋼、竹、再生混凝土綠色環(huán)保型建筑材料建造該建筑結(jié)構(gòu)，共兩層，總建筑面積為248.7 m2，設(shè)計(jì)使用年限25年，其中竹構(gòu)件采用我國(guó)學(xué)者肖巖研發(fā)的膠合竹材[14-17]；再生混凝土中再生骨料是以試驗(yàn)室廢棄混凝土構(gòu)件經(jīng)破碎后形成的再生粗骨料進(jìn)行就地利用，并以一定的質(zhì)量取代率替換天然粗骨料，也即再生骨料取代率.表2列出了擬建綠色建筑的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包含主要建材的功能單位及原產(chǎn)地至目的地的實(shí)際距離.圖2為擬建再生混凝土綠色建筑的效果圖，其中一層為鋼框架結(jié)構(gòu)，二層為竹框架結(jié)構(gòu)(包括竹屋蓋、竹梁柱、竹墻板)，一二層之間樓面板采用鋼-竹-再生混凝土組合板，一層外墻圍護(hù)采用390 mm×190 mm×190 mm再生混凝土空心砌塊.擬建再生混凝土樓板設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，再生混凝土空心砌塊抗壓強(qiáng)度MU7.0.

由于本工程中所需鋼材和竹基材料的用量已被確定，唯一對(duì)碳排放過(guò)程產(chǎn)生較大波動(dòng)的是再生混凝土配合比設(shè)計(jì)(包括再生混凝土有效水灰比、再生粗骨料取代率、骨料運(yùn)輸距離).確定這三者的合理用量以及實(shí)際采購(gòu)的天然骨料產(chǎn)地，就能明確擬建綠色建筑生命周期的碳排放量.以下主要針對(duì)該實(shí)際工程開(kāi)展有關(guān)再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放量的討論，并給出優(yōu)化設(shè)計(jì)建議.

表2 主要建筑材料使用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖2 擬建再生混凝土建筑工程效果圖Fig.2 Renderings of the recycled aggregate concrete green building

3 碳排放參數(shù)化影響及敏感性分析

3.1 計(jì)算參數(shù)的選定

灰色關(guān)聯(lián)分析需確定目標(biāo)參數(shù)和關(guān)鍵參數(shù) ，在此基礎(chǔ)上變動(dòng)關(guān)鍵參數(shù)并計(jì)算相應(yīng)的物理量，根據(jù)各關(guān)鍵參數(shù)在單位變化幅度下目標(biāo)參數(shù)的變化幅度，以確定不同參數(shù)的敏感程度[22-23].針對(duì)本文討論的綠色建筑工程，選定該建筑生命周期碳排放量為目標(biāo)參數(shù)，研究其對(duì)再生混凝土有效水灰比(也即再生混凝土強(qiáng)度)、再生粗骨料取代率、運(yùn)輸距離這3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的灰色關(guān)聯(lián)度，其中再生混凝土有效水灰比取值為0.37、0.41、0.45、0.58，再生粗骨料取代率取為0%、20%、40%、50%、60%、80%、100%，運(yùn)輸距離按近距離(1 080 km)、中距離(1 976 km)、遠(yuǎn)距離(2 820 km)來(lái)分，分別對(duì)應(yīng)安徽合肥(水泥)、江蘇無(wú)錫(天然粗骨料)、江蘇揚(yáng)州(再生粗骨料)、江西吉安(細(xì)骨料)至南京浦口；江西南昌(水泥)、安徽合肥(天然粗骨料)、江蘇蘇州(再生粗骨料)、江西吉安(細(xì)骨料)至南京浦口；湖北武漢(水泥)、湖北武漢(天然粗骨料)、湖南長(zhǎng)沙(再生粗骨料)、重慶(細(xì)骨料)至南京浦口.根據(jù)不同參數(shù)數(shù)值之間的組合，總共對(duì)84種工況進(jìn)行了生命周期碳排放量的計(jì)算，下面分別對(duì)各變化參數(shù)對(duì)再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放量的影響進(jìn)行評(píng)估.

3.2 再生混凝土有效水灰比的影響

圖3為再生混凝土有效水灰比對(duì)再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放量的影響.由圖3可見(jiàn)，隨著混凝土有效水灰比的增加，再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放量呈下降趨勢(shì)，且下降幅度隨著水灰比的增加略有減?。凰冶刃∮?.45時(shí)，總碳排放量與水灰比之間近似為線性關(guān)系；水灰比大于0.45時(shí)，總碳排放量與水灰比之間顯現(xiàn)出一些非線性特征.此類變化現(xiàn)象的本質(zhì)在于增加水灰比(降低混凝土強(qiáng)度)直接引起水泥用量的減少和砂率的上升.在混凝土原材料生產(chǎn)階段碳排放中水泥占的比重最大(每生產(chǎn)1 t水泥約產(chǎn)生539 kg CO2)，而細(xì)骨料占的比重很小(每生產(chǎn)1 t細(xì)骨料約產(chǎn)生4 kg CO2)，因此水灰比的增大意味著細(xì)骨料用量增加同時(shí)水泥用量減少，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)階段的碳排放量減少.此外，考慮到各部分比重的變化雖然對(duì)運(yùn)輸距離不產(chǎn)生影響，但各部分的運(yùn)輸量已經(jīng)發(fā)生改變，相應(yīng)運(yùn)輸階段的碳排放量必定有所不同.一般來(lái)說(shuō)，水泥廠距離施工地點(diǎn)不會(huì)太遠(yuǎn)，但采砂場(chǎng)距施工地點(diǎn)較為遙遠(yuǎn)(南京地區(qū)主要采用河砂，相應(yīng)的采砂場(chǎng)大多分布于我國(guó)中部地區(qū))，所以細(xì)骨料用量的增大對(duì)運(yùn)輸階段碳排放量是正貢獻(xiàn).運(yùn)輸階段的碳排放量與生產(chǎn)階段的碳排放量相比減小約一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此原材料生產(chǎn)階段碳排放量對(duì)再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放量具有決定性作用，其中的關(guān)鍵則在于水灰比.

圖3 再生混凝土有效水灰比對(duì)碳排放量的影響Fig.3 Influence of designed water-to-cement ratio of recycled aggregate concrete on carbon emission

3.3 再生粗骨料取代率的影響

圖4為再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放量的影響.由圖4可見(jiàn)，對(duì)于不同的有效水灰比，當(dāng)運(yùn)輸距離相同時(shí)，不同再生粗骨料取代率下的綠色建筑碳排放量變化趨勢(shì)近似為線性關(guān)系；在相同水灰比和相同運(yùn)輸距離的條件下，隨著取代率的增加，碳排放量線性減小.上述現(xiàn)象的原因在于再生粗骨料取代率的增加，導(dǎo)致再生粗骨料用量增加而天然粗骨料用量相應(yīng)地減少，在原材料生產(chǎn)階段，生產(chǎn)同等質(zhì)量的再生粗骨料所產(chǎn)生的CO2比生產(chǎn)等量的天然粗骨料少；另一方面，再生粗骨料一般是以當(dāng)?shù)貜U棄混凝土就地破碎而得，其運(yùn)輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于天然骨料生產(chǎn)地至混凝土制備地之間的距離，因此運(yùn)輸階段再生粗骨料產(chǎn)生的碳排放量比天然粗骨料要少.

圖4 再生粗骨料取代率對(duì)碳排放量的影響Fig.4 Influence of RCA replacement ratio on carbon emission

3.4 運(yùn)輸距離的影響

此處運(yùn)輸距離主要包括混凝土和再生混凝土空心砌塊的運(yùn)輸距離以及骨料的運(yùn)輸距離.圖5為運(yùn)輸距離對(duì)再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放量的影響.由圖5可見(jiàn)，隨著運(yùn)輸距離的增加，碳排放量呈直線上升趨勢(shì).此類現(xiàn)象的原因在于運(yùn)輸距離的增加直接帶來(lái)了運(yùn)輸過(guò)程耗油量的增加，燃油燃燒的碳排放也是建筑物生命周期碳排放的主要部分.假定原材料的運(yùn)輸車輛為五常工程車，商品混凝土的運(yùn)輸車為一般規(guī)格的混凝土攪拌車.五常工程車與混凝土攪拌車的單位公里油耗量不同，但商品混凝土公司距離施工現(xiàn)場(chǎng)都不遠(yuǎn)(約在150 km以內(nèi))，因此商品混凝土公司位置變化所帶來(lái)的運(yùn)輸碳排放量的變化不是很大；相比于混凝土的運(yùn)輸，混凝土骨料產(chǎn)地不同所引起的運(yùn)輸距離變化是很大的(一般可達(dá)數(shù)百公里)，而這部分運(yùn)輸距離的變化全部由五常工程車承擔(dān)，因其單位距離所帶來(lái)的碳排放量顯然是固定的，所以骨料的運(yùn)輸距離對(duì)總的碳排放量影響十分顯著.

由圖5還可見(jiàn)，不同工況下的運(yùn)輸距離-碳排放量曲線大致可按再生混凝土有效水灰比分為4個(gè)梯度，處于相同梯度的混凝土有效水灰比一致但再生粗骨料取代率不同；梯度之間的距離反映了碳排放量的差距，相同梯度的曲線碳排放量的差距遠(yuǎn)不及梯度之間碳排放量的差距大，這說(shuō)明了改變水灰比所引起的碳排放量變化要遠(yuǎn)大于改變?cè)偕止橇先〈仕鶐?lái)的碳排放量變化，后文將運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度理論進(jìn)一步說(shuō)明這一發(fā)現(xiàn).

圖5 再生混凝土運(yùn)輸距離對(duì)碳排放量影響Fig.5 Influence of transportation distance of recycled aggregate concrete on carbon emissions

3.5 參數(shù)敏感性評(píng)價(jià)

根據(jù)鄧氏灰色關(guān)聯(lián)度理論，鄧氏關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小反映再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放對(duì)各變化參數(shù)的敏感程度，鄧氏關(guān)聯(lián)系數(shù)大于0.5即可認(rèn)為存在關(guān)聯(lián)性.將前述84種工況取得的計(jì)算結(jié)果作為鄧氏灰色關(guān)聯(lián)度的研究對(duì)象，得到各變化參數(shù)的鄧氏關(guān)聯(lián)系數(shù)，見(jiàn)圖6.

由圖6可知，水灰比、取代率、運(yùn)輸距離3個(gè)變化參數(shù)均與再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放量之間存在關(guān)聯(lián)，碳排放量對(duì)水灰比的敏感性最高，其次為運(yùn)輸距離，最小為再生粗骨料取代率.

圖6 再生混凝土綠色建筑生命周期碳排放鄧氏關(guān)聯(lián)度系數(shù)雷達(dá)圖Fig.6 Rader map of Deng′s correlation coefficient of life cycle carbon emission in recycled aggregate concrete green building

4 結(jié)論

(1)劃分了建筑工程生命周期計(jì)算的七個(gè)邊界：原材料生產(chǎn)階段、原材料運(yùn)輸階段、成品或構(gòu)件制備加工階段、成品或構(gòu)件運(yùn)輸階段、施工安裝階段、建筑運(yùn)營(yíng)階段、拆解階段，明確了再生混凝土綠色建筑碳排放量生命周期各階段的計(jì)算模型.

(2)以擬建南京工業(yè)大學(xué)再生混凝土綠色建筑為工程案例，針對(duì)再生混凝土碳排放量特點(diǎn)，采用鄧氏灰色關(guān)聯(lián)理論對(duì)水灰比、再生粗骨料取代率、運(yùn)輸距離這3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)就碳排放量的敏感度進(jìn)行了評(píng)估，計(jì)算得到碳排放量對(duì)水灰比的敏感性最高，其次為運(yùn)輸距離，最小為再生粗骨料取代率.

3)對(duì)比傳統(tǒng)建筑材料，綠色建筑材料(如再生混凝土、膠合竹等)具有降低碳排放量的潛力，不僅具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且有利于可持續(xù)綠色建筑的發(fā)展.