裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑全生命期碳排放計算

0 引言

《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)［2016］71號）發(fā)布后，發(fā)展裝配式建筑已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出，要大力發(fā)展裝配式建筑，到“十四五”末裝配式建筑占新建建筑的比例要達(dá)到30%以上。在“雙碳”目標(biāo)大背景下，全國各省市對裝配式建筑發(fā)展提出了更高要求和目標(biāo)。2021年上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會印發(fā)《上海市裝配式建筑“十四五”規(guī)劃》指出，到2025年，裝配式建筑成為上海地區(qū)的主要建設(shè)方式。根據(jù)《中國建筑能耗與碳排放研究報告（2021）》，2019年全國建筑全過程碳排放總量為

49.97億tCO

，占全國碳排放的比重為50.6%，有效控制建筑領(lǐng)域碳排放是實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要工作，我國碳減排工作已經(jīng)進(jìn)入總量控制階段，建筑節(jié)能將是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵領(lǐng)域。

裝配式建筑是將建筑部分或全部構(gòu)件在工廠預(yù)制并運輸至施工現(xiàn)場組裝而成，具有系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化及智能化應(yīng)用等特點

。裝配式建筑作為建筑工業(yè)化的發(fā)展路徑之一，是建筑業(yè)“雙碳”目標(biāo)的主要手段

。

近幾年由《WTO經(jīng)濟導(dǎo)刊》、責(zé)揚天下(北京)管理顧問有限公司和北京大學(xué)社會責(zé)任與可持續(xù)發(fā)展國際研究中心共同實施研究的年度系列《金蜜蜂中國企業(yè)社會責(zé)任報告研究》深受社會各界關(guān)注，并成為研究中國企業(yè)社會責(zé)任問題的權(quán)威材料。根據(jù)對2011年前10個月的研究，發(fā)現(xiàn)各類社會責(zé)任報告發(fā)布數(shù)量達(dá)817份，超過2010年全年發(fā)布量，同比增長23.2%，東部、中部、西部地區(qū)分別增長了12.0%、14.0%、17.5%，民營企業(yè)發(fā)布了187份，同比增長41.7%?！?〕

在國家政策和工業(yè)化進(jìn)程中，裝配式建筑將會規(guī)?；茝V應(yīng)用。由此，針對裝配式建筑全生命期碳排放核算顯得尤為重要。以華東地區(qū)某裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑為研究對象，分析計算該建筑全生命期碳排放量，為后續(xù)裝配式建筑推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐，促進(jìn)裝配式建筑的可持續(xù)發(fā)展。

1 某裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑基本信息

建筑面積約為4 000 m

，建筑層數(shù)為8層，建筑高度為25 m。建筑結(jié)構(gòu)類型為鋼框架結(jié)構(gòu)，裝配率為95%，主要預(yù)制構(gòu)件包括：鋼柱、鋼梁、鋼筋桁架樓承板、預(yù)制PC樓梯、預(yù)制外掛墻板、輕質(zhì)ALC條板、裝配式裝修等。

2 碳排放計算邊界

裝配式建筑全生命期碳排放計算邊界包括建材生產(chǎn)、建材運輸、建筑建造、建筑運行、建筑拆除回收階段，碳排放計算邊界如圖1所示。

3 碳排放計算方法

3.1 全生命期碳排放計算

針對建筑全生命期碳排放計算主要包括建材生產(chǎn)階段、運輸階段、建造階段、運行階段以及拆除回收階段。因此，基于全生命期進(jìn)行建筑碳排放量計算可按式（1）進(jìn)行計算：

式中：

——建筑全生命期碳排放量，kgCO

；

C

——建材生產(chǎn)階段碳排放量，kgCO

；

C

——建材運輸階段碳排放量，kgCO

；

(3)對供電可靠性要求較高的小區(qū)內(nèi)，需要在環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線側(cè)加裝電流互感器，選擇型號為LZZB610 0.5/10P，額定電壓10 kV，用作電氣測量和電力保護。

C

——建筑建造階段碳排放量，kgCO

；

C

——建筑運行階段碳排放量，kgCO

；

C

——建筑拆除回收階段碳排放量，kgCO

。

3.2 建材生產(chǎn)階段碳排放計算

E

——年電梯能耗（kWh/a）；

式中：

由圖3可知，紅茶濃度處于零水平時，浸泡溫度和浸泡時間的交互作用顯著。在較低的因子水平時，隨著浸泡溫度和浸泡時間的增大，感官分值提高，當(dāng)浸泡溫度為35 ℃，浸泡時間為40 min左右時，感官分值達(dá)到較大值，但超過一定范圍，隨著浸泡時間的延長，感官分值減少，這是由于長時間浸泡使海螺肉的茶味太濃，影響感官分值。

式中：

C

——第

種主要建材的碳排放因子，kgCO

/單位建材數(shù)量。

3.3 建材運輸階段碳排放計算

——建筑面積，m

。

式中：

M

——第

種主要建材的消耗量，t；

D

——第

種建材平均運輸距離，km；

T

——第i種建材的運輸方式下，單位重量運輸距離的碳排放因子，kgCO

/（t·km）。

3.4 建造階段碳排放計算

建造階段的碳排放計算方法主要有兩種：若項目已經(jīng)建造完成，可根據(jù)施工過程消耗的各類能源實際數(shù)據(jù)進(jìn)行碳排放量計算；若項目未建造完成或無法獲取能源消耗實際數(shù)據(jù)，可根據(jù)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》GB／T 51366-2019中列舉的方法，通過施工工序，參考工程消耗量定額相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)工程量、施工機械臺班以及單位臺班的能源用量等信息進(jìn)行碳排放量計算。

項目建筑已建造完成，可獲取建造過程中實際能源消耗量，則該建筑建造階段的碳排放量按式（4）進(jìn)行計算：

式中：

E

——建筑施工第

類能源消耗量，根據(jù)監(jiān)測儀表、能源繳費賬單或財務(wù)報表等進(jìn)行采集；

參考Chowdhury and Min的研究，本文根據(jù)聯(lián)合國人類發(fā)展指標(biāo)(UN human development index，HDI)來區(qū)別是否發(fā)達(dá)國家。 [29] HDI超過0.788共有56個國家，代表著一個很高的發(fā)展水平，這部分國家的2014年人均GNI超過2萬美元?？紤]到其他數(shù)據(jù)的可得性，本次樣本集共含70個國家，再刪除如特立尼達(dá)和多巴哥等數(shù)據(jù)異常國家樣本，最后獲得1998—2015年共712組有效樣本。

EF

——第

類能源的碳排放因子；

——驅(qū)動系統(tǒng)系數(shù)；

3.5 運行階段碳排放計算

建筑運行階段碳排放計算范圍包括暖通空調(diào)、生活熱水、照明及電梯等在建筑運行期間的能源消耗，同時扣減采用可再生能源的利用量。通過各系統(tǒng)能源消耗量和碳排放因子計算運行階段碳排放量。

1）暖通空調(diào)能耗：通過PKPM軟件模擬計算獲取暖通空調(diào)的電力消耗量。

2）照明系統(tǒng)能耗：通過各房間照明功率密度值、房間照明面積和房間照明時間計算獲得，照明能耗按式（5）計算。

式中：

E

——照明系統(tǒng)年能耗，kWh/a；

P

——第

日第

個房間照明功率密度值，W/m

；

A

——第

個房間照明面積，m

；

t

——第

日第

個房間照明時間，h；

對于印刷行業(yè)來說，轉(zhuǎn)型升級過程中最重要的是通過現(xiàn)代化的智能設(shè)備，以及完善的數(shù)字化工作流程，把印刷各個環(huán)節(jié)流程聯(lián)系在一起，從而提升印刷產(chǎn)能和效率，降低成本，使企業(yè)在激烈的競爭市場中立于不敗之地。改革開放40年間，中華商務(wù)受益于在內(nèi)地的發(fā)展比較順利，在深圳、上海、北京均設(shè)有生產(chǎn)基地和辦事處，印刷成品遍及內(nèi)地很多地方。與此同時，在國際市場的市場占有率也在不斷擴大。當(dāng)然，中華商務(wù)并未止步于此，還在不斷引進(jìn)人才和IT技術(shù)，提高其的國際化水平。

致謝 本文按照匿名審稿人的寶貴意見和建議進(jìn)行了修改, 提高了文章的可讀性和研究的深度, 感謝匿名審稿人對本文提出的寶貴意見. 本工作受到國家自然科學(xué)基金(基金號: 11472278和11372330)， 四川省自然基金(基金號: 18ZA0260和2018JY0454)和綿陽師范學(xué)院自然基金(基金號: HX2017007和MYSY2017JC06)的資助, 在此表示感謝！

P

——應(yīng)急燈照明功率密度，W/m

；

建材運輸階段碳排放量是根據(jù)建材的消耗量、平均運輸距離和單位重量運輸距離的碳排放因子進(jìn)行計算。建材運輸階段碳排放量

C

按照式（3）計算：

3）生活熱水系統(tǒng)能耗：建筑生活熱水通過太陽能熱水系統(tǒng)提供。通過太陽能集熱器面積、太陽能集熱器采光面上的年平均太陽輻照量、集熱器平均集熱效率和熱損失率計算太陽能獲得能量。太陽能生活熱水系統(tǒng)提供的能量按式（6）進(jìn)行計算：

這些年，改名后的中國美術(shù)學(xué)院包容性強多了，但既然還是被認(rèn)為“絕大多數(shù)學(xué)生畫得都像老師”，即便在一些新領(lǐng)域，譬如裝置，不用畫筆了，我們?nèi)钥梢酝ㄟ^作品大概猜出其指導(dǎo)老師，那么是否可以由此推斷，在培養(yǎng)原創(chuàng)力方面，其實普遍的進(jìn)步并沒有乃至遠(yuǎn)沒有從外面看起來那么大呢？

A

——太陽能集熱器面積，m

；

Q

——太陽能熱水系統(tǒng)的年供能量，kWh；

式中：

J

——太陽能集熱器采光面上的年平均太陽輻照量，MJ/m

；

η

——基于總面積的集熱器平均集熱效率，%；

η

——管路和儲熱裝置的熱損失率，%。

由圖3可知，當(dāng)τ

4）電梯系統(tǒng)能耗：電梯能耗根據(jù)《電梯技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 10058-2009），按式（7）進(jìn)行計算：

M

——第

種主要建材的消耗量；

建材生產(chǎn)階段碳排放量是根據(jù)建材的消耗量和對應(yīng)的碳排放因子進(jìn)行計算。建材生產(chǎn)階段碳排放量C

按照式（2）計算：

——建筑消耗終端能源類型，包括電力、燃?xì)?、市政熱力等?/p>

——平均運行距離系數(shù)；

——轎內(nèi)平均載荷系數(shù)，

=0.35；

——最大運行距離，m；

——年啟動次數(shù)，一般在100 000到300 000之間；

——電梯的額定功率，kW；

當(dāng)前許多無線收發(fā)系統(tǒng)的射頻前端電路,如3G與4G手機、藍(lán)牙及WLAN等,已經(jīng)逐漸采用系統(tǒng)級封裝方式,以實現(xiàn)功率放大器模組與天線切換開關(guān)模組等的微型化。在電子系統(tǒng)中,片外組裝的無源元件占據(jù)了可觀的面積,成為系統(tǒng)尺寸進(jìn)一步減小的瓶頸?？s小無源元件的尺寸以減小元件所占據(jù)的空間是目前急需解決的問題[1]?；诙鄬颖∧ぜ夹g(shù)的集成無源元件IPD(Integrated Passive Device)由于其相較于分立無源元件具有尺寸小、高頻特性好、可靠性高、設(shè)計靈活、成本低的優(yōu)點[2],正在軍事、航空、醫(yī)藥、照明、消費電子等應(yīng)用中不斷地取代傳統(tǒng)的分立無源元件。

——額定速度，m/s；

E

——一年內(nèi)待機總能耗，kWh/a。

5）廚房使用的天然氣量：建筑根據(jù)《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51161-2016）中對于夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的燃?xì)庀闹笜?biāo)約束值對天然氣用量進(jìn)行估算。

CM教科書的例題一般分為“例題（examples）”“現(xiàn)實世界舉例（real-world example）”兩個模塊．有理數(shù)章節(jié)“例題”模塊下的題目是概念理解或運用法則的計算類基礎(chǔ)題．“現(xiàn)實世界舉例”模塊下的例題均是與實際生活相關(guān)的應(yīng)用題，該模塊的特別之處在于每個例題旁邊都會附有實景插圖和相關(guān)背景的介紹來豐富學(xué)生的認(rèn)知（如圖9）．

3.6 拆除回收階段碳排放計算

拆除階段碳排放包括建筑拆除、拆除物運輸和建材回收利用。由于建筑并未拆解，根據(jù)相關(guān)研究成果

進(jìn)行估算，拆除階段碳排放量約占建造階段和運輸階段碳排放的90%。

4 碳排放計算結(jié)果

4.1 建材生產(chǎn)階段碳排放量

該階段包括主體結(jié)構(gòu)材料、圍護結(jié)構(gòu)材料、室內(nèi)裝修材料以及鋼結(jié)構(gòu)加工、預(yù)制PC部品、預(yù)制外掛墻板等預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的碳排放量。主體結(jié)構(gòu)材料、圍護結(jié)構(gòu)材料和室內(nèi)裝修材料消耗量采用工程量清單數(shù)據(jù)，碳排放因子主要依據(jù)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366-2019）。鋼結(jié)構(gòu)加工、預(yù)制PC部品、預(yù)制外掛墻板等預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)所產(chǎn)生的碳排放量，根據(jù)實際加工消耗的能源數(shù)據(jù)計算，其中電力碳排放因子取2012年華東區(qū)域電網(wǎng)碳排放因子0.703 5 tCO

/MWh。通過計算可知，生產(chǎn)階段碳排放量為2 385 tCO

，其中，主體結(jié)構(gòu)材料碳排放量占比最大，為64.0%；圍護結(jié)構(gòu)材料次之，為30.2%；室內(nèi)裝修材料生產(chǎn)占比5.8%。建材生產(chǎn)階段碳排放量中，預(yù)制構(gòu)件碳排放量占比55.5%，非預(yù)制構(gòu)件碳排放量占比38.7%；其中，主體結(jié)構(gòu)材料中，預(yù)制構(gòu)件碳排放量占比35.0%，圍護結(jié)構(gòu)材料中，預(yù)制構(gòu)件碳排放量占比20.5%。計算結(jié)果詳見圖2所示。

4.2 建材運輸階段碳排放量

該階段包括主體結(jié)構(gòu)材料、圍護結(jié)構(gòu)材料和室內(nèi)裝修材料車輛運輸產(chǎn)生的碳排放量。建筑運輸能耗是指建筑從生產(chǎn)廠家運輸?shù)巾椖渴┕さ厮牡哪茉?，將能源消耗折合成碳排放。收集建筑中不同建材重量、運輸方式和運輸距離等信息，計算可得運輸階段的碳排放量。經(jīng)計算，建材運輸階段碳排量為19.7 tCO

，其中，室內(nèi)裝修材料運輸碳排放量占比最大，為44.8%，主要是項目體量偏小，裝配式裝修材料采購較集散，導(dǎo)致碳排放量較大；其次為主體結(jié)構(gòu)材料，占比為42.9%，不同類型材料運輸碳排放比例分布如圖3所示。

電熱恒溫水箱，北京市長風(fēng)儀器儀表公司；Lgbofuge 400R低溫離心機，德國Thermo電子有限公司；TDL80-2B臺式離心機，上海安亭科學(xué)儀器廠；DL-CI醫(yī)用型潔凈工作臺，北京東聯(lián)哈爾儀器制造有限公司；NAPCO恒溫孵育箱，法國Jouang公司；正置熒光顯微鏡，德國Leica公司；CASY-TT細(xì)胞分析計數(shù)儀，德國Roche Innovatis AG公司；微孔板掃描酶標(biāo)儀，美國BioTek公司；150 mm游標(biāo)卡尺，臺州市航宇工量刃具有限公司；XB-K-25血細(xì)胞計數(shù)儀，上海醫(yī)用光學(xué)儀器廠；1815TC型二氧化碳培養(yǎng)箱，美國Shellab公司。

4.3 建造階段碳排放量

建造階段主要是塔吊、挖掘機、起重機等機械設(shè)備耗能產(chǎn)生的碳排放。收集該建筑建造階段能源實際消耗量，包括電力和柴油。經(jīng)計算建造階段碳排放量為32.8 tCO

。具體計算過程見表1所示。

4.4 運行階段碳排放量

運行階段包括暖通空調(diào)、照明、電梯等能源消耗的碳排放，該建筑設(shè)計使用壽命為50年。暖通空調(diào)能源消耗數(shù)據(jù)來源于PKPM軟件模擬計算結(jié)果，照明等其他能源消耗碳排放按照列舉的計算公式計算。經(jīng)計算運行階段碳排放量為5 745 tCO

。具體計算過程見表2和表3所示。

4.5 拆除回收階段碳排放量

由于建筑并未拆解，根據(jù)相關(guān)研究成果

進(jìn)行估算，拆除階段碳排放量約占建造階段和運輸階段碳排放的90%。經(jīng)計算，拆除階段碳排放量47.2 tCO

?？紤]裝配式建筑特點，拆卸后材料及構(gòu)件等可重復(fù)利用率較高，根據(jù)研究成果

回收利用計算方法，計算材料回收利用碳排放量為-1 192 tCO

。

（2）分別以Y為因變量，A，B兩組分別建立兩個Logistic回歸模型（modelA，modelB）。將所有患者的協(xié)變量信息分別帶入這兩個模型中，每個患者均獲得兩個治愈概率：PiA,PiB（i=1,2,3,…,2n），共2n對。令Zi=PiAPiB，求，計算的95%CI。若Zi值大于0，且大于-Z的95%CI上限或Zi值小于0，且小于-Z的95%CI下限，則發(fā)生錯誤。發(fā)生錯誤的次數(shù)除以2n即為一次模擬得到的錯誤率。

4.6 全生命期碳排放量

該建筑全生命期碳排放量為7 037 tCO

，每年單位面積碳排放為35.1 kgCO

/a·m

。不考慮建材回收利用扣減的碳排放量時，其中運行階段碳排放量占比69.8%，建材生產(chǎn)階段碳排放量占比29.0%，建材運輸階段、建造階段和拆除階段碳排放量占比較小，不到1%。全生命期碳排放比例分布如圖4所示。

機械化成為當(dāng)今社會發(fā)展主流，機械磨損是產(chǎn)生機械故障和減少使用壽命的主要原因.潤滑油素有機械設(shè)備的“血液”之稱，具有密封、防腐、潤滑、減震和減磨作用[1-2].隨著潤滑油的使用，其質(zhì)量會大大下降[3]，因此，針對潤滑油質(zhì)量的檢測越來越重要.

5 結(jié)論

以華東地區(qū)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑為研究對象，計算碳排放量，得出以下主要結(jié)論：

1）從全生命期看，每年單位面積的碳排放為35.1 kgCO

/a·m

，其中運行階段碳排放量最大，占比69.8%；其次是建材生產(chǎn)階段碳排放量，占比29.0%；建材運輸階段、建造階段和拆除階段碳排放量占比較小，均不到1%，可以看出，裝配式建筑碳排放運行階段和材料生產(chǎn)階段是減碳重點。

2）項目首次考慮室內(nèi)裝修材料對碳排放量的影響，通過實際數(shù)據(jù)計算可知，生產(chǎn)材料階段，室內(nèi)裝修材料碳排放占比5.8%。從降碳角度考慮，室內(nèi)裝修也需要重點關(guān)注，采用碳排放量低、可循環(huán)回收利用的材料，以便降低室內(nèi)裝修碳排放。

3）基于項目成果，針對裝配式建筑，建議從以下方面措施減少碳排放。盡可能選擇綠色環(huán)保且回收利用率高的材料，提高預(yù)制部品部件的標(biāo)準(zhǔn)化程度及成品型鋼的使用比例，改進(jìn)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝流程，從而減少生產(chǎn)階段的碳排放量；部品部件優(yōu)先當(dāng)?shù)丶桑捎煤侠淼倪\輸方式，提高運輸?shù)男剩瑴p少運輸能耗；施工過程中，優(yōu)化施工工序，加強管理，提高施工效率，減少廢棄物的產(chǎn)生，有序推動“雙碳”目標(biāo)下裝配式建筑的可持續(xù)發(fā)展。

［1］劉勤文，李希勝，王軍.以裝配率為導(dǎo)向的裝配式建筑方案設(shè)計優(yōu)化［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2019，11（1）:122-128.

［2］高鑫，朱建君，許小婷.裝配整體式混凝土建筑物化階段碳足跡測算案例研究［J］.建筑節(jié)能，2020（4）:131-137.

［3］高宇，李政道，張慧，等.基于LCA的裝配式建筑建造全過程的碳排放分析［J］.工程管理學(xué)報，2018，2（32）:30-34.

［4］曹西，繆昌鉛，潘海濤.基于碳排放模型的裝配式混凝土與現(xiàn)澆建筑碳排放比較分析與研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2021，12（51）:1234-1237.

［5］柯步敏，裘泳，余偉城，等.裝配式住宅生命周期碳排放評價分析［J］.建筑施工，2021，43（1）:169-171.

［6］汪盛.“雙碳”目標(biāo)下裝配式建筑技術(shù)發(fā)展研究［J］.建筑科技，2022，1:44-46.

［7］李曉娟.裝配式建筑碳排放核算及減排策略研究［M］.廈門大學(xué)出版社，2021.10.