建筑施工低碳量排放與技術(shù)研究

姚錦華

關(guān)鍵詞：建筑物；碳排放測算；低碳理論；應(yīng)用研究

中圖分類號：X22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

目前，中國每年新建建筑是20億平方千米，其中30%以上的建筑沒有達(dá)到建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。建筑低碳排放的研究越來越受到關(guān)注，王載依據(jù)LCA理論，建立建筑碳排放評價(jià)模型，對不同材料的建筑物進(jìn)行碳排放量的評價(jià)，研究表明，木材房屋碳的排放量最小。Wang J依據(jù)BIM技術(shù)，建立建筑拆除廢物的碳排放評估模型，研究表明，回收的金屬廢料比砌體的碳減排量大。文獻(xiàn)[3]中，結(jié)合BIM技術(shù)，針對預(yù)制建筑施工階段的難題，研究出一種新的碳排放測算方法。尚青等研究者在BIM技術(shù)基礎(chǔ)之上，針對建筑設(shè)計(jì)階段的碳排放量，研究出一種以建筑要素為基本單元的新的碳排放量計(jì)算方法，極大的提高了計(jì)算效率。孟慶成利用BIM技術(shù)，研制了一種碳排放量測量系統(tǒng)，并用于預(yù)制建筑物的施工階段。崔航利用BIM技術(shù)，對整個(gè)建筑全生命周期內(nèi)的碳排放量進(jìn)行了計(jì)算。劉惠艷等研究者，通過對建筑的設(shè)計(jì)階段的研究，建立了建筑物整個(gè)生命周期的碳排放的測算方法，建筑物生命周期階段的劃分以及每個(gè)階段碳排放的測算公式等。文章依據(jù)建筑低碳排放的理論，分析了影響建筑碳排放的因子，并依據(jù)BIM軟件的EcoDesigner插件，對已建成的建筑物進(jìn)行模擬仿真，對其建筑所需的建筑材料等進(jìn)行模擬，計(jì)算出建筑物不同階段的碳排放量。

1建筑施工碳排放分析

1.1影響因素分析

建筑施工階段，影響碳排放的因素很多，比如：建筑層數(shù)、建筑單位面積的耗電量等，同時(shí)也是二氧化碳排放量最重要的階段。材料設(shè)備在運(yùn)輸過程中，也就是建材階段，碳排放的主要來源是依托的交通工具的能耗。施工安裝作業(yè)過程中，也就是各施工階段，碳排放的主要來源是設(shè)備以及生活工作中產(chǎn)生的能源消耗，主要涉及到設(shè)備的使用、現(xiàn)場的二次搬運(yùn)以及施工垃圾等產(chǎn)生的碳排放。

確定了施工階段碳排放的來源，碳排放的影響因素對碳排放量也有一定影響。影響因素主要有運(yùn)輸方式、總量、距離以及運(yùn)輸效率、施工過程中人工操作、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)等、施工現(xiàn)場各種臨時(shí)場所的保穩(wěn)定能、照明等、建筑物本身的層高、結(jié)構(gòu)類型、面積以及所用的材料的總量等、施工過程中的氣溫以及海拔等有關(guān)系。

1.2碳排放量計(jì)算方法

1.2.1建材階段

此階段的碳排放主要由建材的生產(chǎn)和運(yùn)輸產(chǎn)生。目前建筑材料的碳排放量按照二八原則（材料使用量達(dá)到總材料量的80%，才測算其碳排放量）。其選擇的建材主要有：水泥、混凝土、鋼材、磚塊以及木材等，其各碳排放因子如表1所示。目前運(yùn)用較廣泛的碳排放量的計(jì)算公式如式（1）所示。

P_{建材生產(chǎn)}=建材用量×建材CO₂排放因子×（1+施工損耗率）式 （1）

1.2.2運(yùn)輸階段

此階段主要是各種建筑材料從生產(chǎn)地運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場所產(chǎn)生的碳量，其與運(yùn)輸工具以及距離等有關(guān)系。不同的建筑材料選擇不同的運(yùn)輸方式，其對應(yīng)的碳排放因子也有所不同，如表2所示。目前針對運(yùn)輸階段計(jì)算的碳排放量公式如式（2）所示。

P_{建材運(yùn)輸}=建材用量×運(yùn)輸距離×周轉(zhuǎn)能耗×CO₂排放因子×（1+施工損耗率） 式（2）

1.2.3施工階段

此階段主要有各種機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)以及施工工藝的燃料消耗等產(chǎn)生的碳量。文獻(xiàn)[8]中，提出施工階段的碳排放占整個(gè)建筑生命周期碳排放總量的0.46%。也有研究指出，對于此階段的碳排放量，可以忽略不計(jì)。但是文章出于數(shù)據(jù)的精確性，依然選擇采用線性回歸方程式的計(jì)算方法進(jìn)行碳排放量的計(jì)算，施工過程過于繁瑣，研究者對于不同施工程序的碳排放的研究也較少，但是對已經(jīng)落成的建筑，其建筑的面積、類型以及高度等都是確定的，使用此方法能快速、并容易的推測出施工階段的碳排放量。其計(jì)算公式如式（3）所示。

2碳排放計(jì)算方法以及模型的建立

2.1測算建筑物碳排放方法簡介

在BIM軟件中，可以通過對建筑模型參數(shù)的輸入等操作，計(jì)算出建筑物的碳排放以及能量消耗，不需要通過碳排放因子等公式對其碳排放量的計(jì)算，方便了建筑師對于建筑物不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行最優(yōu)化改進(jìn)。

BIM軟件中的插件-EcoDesigner，可以將建筑的信息模型轉(zhuǎn)化成能量模型，從而為建筑的低碳節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行服務(wù)。該軟件在建筑能效評級標(biāo)準(zhǔn)的條件下開展工作流程的設(shè)計(jì)，有以下功能：對建筑能量模型進(jìn)行校準(zhǔn)、對低能耗式的建筑方案的設(shè)計(jì)、建筑整體的能效優(yōu)化以及建筑物的碳排放量的計(jì)算等。還可以提供年度的能量消耗、每月的能量平衡信息、出示可視化的建筑能量評估報(bào)告、建筑設(shè)計(jì)初期可對其初步能效進(jìn)行分析等。

2.2建筑模型的建立

文章將對西安某一辦公與商業(yè)綜合性的大樓進(jìn)行模型的建立，建筑用地面積為9542m²，總的建筑面積為86199m²，地上面積63865m²，地下（2層）面積22 299m²，商業(yè)建筑面積22029m²，其中A座辦公樓總建筑面積18010 m²，層數(shù)26樓，長寬比1.34，層高3.6 m；B座辦公樓建筑總面積23809m²，層數(shù)26樓，長寬比1.75，層高3.6m。

3碳排放量結(jié)果分析

3.1建材階段碳排放量

由于建筑物所需的建材數(shù)量多、種類繁雜。碳排放的計(jì)算按照公式以及碳排放因子推算，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且還會出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)信息不全等因素，借助于Ar-chiCAD軟件中EcoDesigner，對建筑物進(jìn)行模擬，可以得到整個(gè)建筑物所需的建材信息以及使用量，依據(jù)各個(gè)建材的碳排放因子對整個(gè)建筑物的建材階段的碳排放量進(jìn)行計(jì)算，其模擬的建材信息如圖1所示，計(jì)算的總的碳排放量為15.91Kg/m²。

3.2施工階段碳排放量

此階段的碳排放量計(jì)算依據(jù)式（4）計(jì)算，單位建筑面積的排放量為建筑層數(shù)+1.99。因次建筑物該階段的碳排放量是27.98 Kgm²。使用年限50年，則每年的碳排放量為0.57Kg/m²a。

3.3運(yùn)行階段碳排放量

在EcoDesigner軟件中，進(jìn)行建筑物的模型建立工作，對內(nèi)擾、人員作息時(shí)間以及單位面積人數(shù)等各參數(shù)進(jìn)行設(shè)定以后，開始進(jìn)行能耗的計(jì)算。單位面積的總能耗為106.87 KWh／m²，逐月的冷熱負(fù)荷如圖2所示，以及整個(gè)建筑在運(yùn)行階段的碳排放量為78.1Kgm²。

文章使用的是EcoDesigner軟件，首先計(jì)算出建筑物的各個(gè)能耗，然后根據(jù)各個(gè)能源的碳排放因子轉(zhuǎn)化成碳排放量。此種解決方法方便可行、測算效率高，軟件本身的可視化程度高。也可以在建筑物的設(shè)計(jì)方案，通過此種方法測算出建筑物運(yùn)行階段大概的碳排放量，對設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣進(jìn)行對比，選擇最佳方案。

4結(jié)論

文章通過對建筑物碳排放的影響因素的分析，分析了建筑物碳排放來源，并確定了建材階段、施工階段、運(yùn)行階段的碳排放的計(jì)算公式。在建筑設(shè)計(jì)角度，基于BIM中的EcoDesigner軟件對西安某一辦公與商業(yè)綜合性的大樓進(jìn)行模型的構(gòu)建.并依據(jù)碳排放算法，分別計(jì)算了建材階段、施工階段、運(yùn)行階段的碳排放量分別為15. 91 Kg/m²、0.57 Kgm²、78.1Kg/m²。此方法方便可行、測算效率高，該計(jì)算方法也可以對初期的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)劣對比，進(jìn)而對方案起到優(yōu)化作用。