從碳排放計(jì)算角度簡(jiǎn)要分析“裝配式鋼結(jié)構(gòu)+ALC板材”體系的優(yōu)勢(shì)

王從章 李兵

(1.安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司，安徽 巢湖 238076；2.阜陽(yáng)市城南新區(qū)項(xiàng)目開發(fā)管理有限公司，安徽 阜陽(yáng) 236000)

2021年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》，編號(hào)為GB 55015—2021，自2022年4月1日起實(shí)施。近日，《安徽省建筑節(jié)能降碳行動(dòng)計(jì)劃》印發(fā)并實(shí)施，在全省開展實(shí)施新建建筑的能效提升行動(dòng)、既有建筑的運(yùn)營(yíng)降碳行動(dòng)和建筑用能等結(jié)構(gòu)優(yōu)化行動(dòng)，著力大力發(fā)展綠色建筑和裝配式建筑，全面優(yōu)化建筑用能結(jié)構(gòu)。力爭(zhēng)到2025年，全省建筑能效相較于2020年實(shí)現(xiàn)提升30%。行動(dòng)計(jì)劃同時(shí)提出，促進(jìn)建筑節(jié)能、降碳，建立綠色建筑的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)制度，開展“綠色工地”等建設(shè)行動(dòng)，推動(dòng)項(xiàng)目全過(guò)程綠色建造，促進(jìn)綠色建材標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)?；瘧?yīng)用。從2022年開始，城鎮(zhèn)新建民用建筑要求按照綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，大型公共建筑及政府投資公共建筑要求按照一星級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。到2025年，全省星級(jí)綠色建筑實(shí)現(xiàn)占城鎮(zhèn)新建建筑比例達(dá)到30%以上[1]。

1 建筑行業(yè)碳排放現(xiàn)狀

隨著全球溫室效應(yīng)的加重，節(jié)能減排已迫在眉睫。目前全球1/3的碳排放與建筑領(lǐng)域相關(guān)，建筑領(lǐng)域碳排放是導(dǎo)致全球變暖的主要因素之一。根據(jù)2019年的公布數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在能源領(lǐng)域的碳排放總量已超100億t，其中建筑領(lǐng)域的碳排放量約為40億t。如果從能源終端的角度來(lái)分析，建筑領(lǐng)域碳排放量與工業(yè)、交通領(lǐng)域碳排放量相當(dāng)，但若考慮上建筑全壽命周期的碳排放量，建筑領(lǐng)域的碳排放量為各行業(yè)之首，可見建筑領(lǐng)域節(jié)能減排任務(wù)之重。

2 裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在雙碳背景下的優(yōu)勢(shì)

在當(dāng)下的雙碳背景下，裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在全壽命周期碳排放量相對(duì)傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土框架高層建筑有著全面優(yōu)勢(shì)。在運(yùn)行階段，裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的鋼材含量高且多用于主體承重結(jié)構(gòu)，由于鋼材具有良好的耐久性與耐候性，通過(guò)在建筑設(shè)計(jì)階段提高空間設(shè)計(jì)的可變性，可大大延長(zhǎng)建筑的使用年限，有效減少建筑的年碳排放強(qiáng)度。在生產(chǎn)階段，通過(guò)參考裝配式建筑的限額設(shè)計(jì)控制數(shù)據(jù)對(duì)主要建材的用量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制建材生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量，可大幅減少生產(chǎn)階段中的碳排放量。

3 實(shí)際裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)住宅工程案例

安徽省阜陽(yáng)市九里安置區(qū)二期項(xiàng)目為安徽省裝配式示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目住宅部分主體結(jié)構(gòu)采用鋼框架支撐體系、外圍護(hù)墻采用蒸壓加氣混凝土墻板+保溫裝飾一體板、采用預(yù)制樓梯、預(yù)制空調(diào)板；商業(yè)、配套及附屬工程主體結(jié)構(gòu)采用鋼框架體系、外圍護(hù)墻采用蒸壓加氣混凝土墻板+保溫裝飾一體板。

在整體項(xiàng)目的建筑設(shè)計(jì)、主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造方面，系統(tǒng)性運(yùn)用BIM協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)可視化技術(shù)，進(jìn)行模數(shù)化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化與智能化生產(chǎn)、信息化管理，有效提升了裝配式鋼結(jié)構(gòu)的制作與拼裝精度。部品部件均采用預(yù)制PC構(gòu)件，土建和裝修一體化穿插施工，預(yù)制裝配率達(dá)50%左右。裝配式建筑較傳統(tǒng)建筑而言，具有節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材等優(yōu)勢(shì)，且更加環(huán)保、抗震，工序少，工期短。

本文以安徽省阜陽(yáng)市九里安置區(qū)二期項(xiàng)目的1#住宅樓為碳排放計(jì)算實(shí)際工程案例。該項(xiàng)目1#住宅樓設(shè)計(jì)使用年限50年，地上28層，層高3.3m，總建筑面積12595m2，抗震設(shè)防烈度7度，裝配率達(dá)52%。

4 “裝配式鋼結(jié)構(gòu)+ALC板材”體系

“裝配式鋼結(jié)構(gòu)+ALC板材”體系是一種結(jié)合了鋼結(jié)構(gòu)與預(yù)制板材雙方優(yōu)點(diǎn)的現(xiàn)代化結(jié)構(gòu)+外圍護(hù)體系。外圍護(hù)體系本質(zhì)上是一種嵌、掛組合式外墻系統(tǒng)，是將外圍護(hù)結(jié)構(gòu)拆分為兩個(gè)部分，分別是起圍護(hù)作用的ALC條板與起保溫裝飾功能的保溫裝飾一體板。在施工中，首先安裝基層墻體，通過(guò)內(nèi)嵌或外掛的方式將基層墻體與鋼結(jié)構(gòu)建筑主體連接，然后通過(guò)粘錨結(jié)合的方式將保溫裝飾一體板與基層墻體連接。在實(shí)際工程案例中，ALC基墻的安裝多采用內(nèi)嵌的方式，可有效減少室內(nèi)梁、柱的外凸。ALC板與鋼結(jié)構(gòu)主體的連接方式是采用槽鋼進(jìn)行卡扣連接，并輔以鉤頭螺栓進(jìn)行點(diǎn)焊連接，這樣主體結(jié)構(gòu)與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下可以相對(duì)滑動(dòng)，以增強(qiáng)建筑的抗震性能。保溫裝飾一體板的安裝則應(yīng)遵循粘錨結(jié)合的原則，通過(guò)專用粘結(jié)砂漿與ALC基墻粘結(jié)的同時(shí)采用相應(yīng)的錨固組件將一體板與ALC基墻進(jìn)行錨固。

5 碳排放計(jì)算

5.1 建筑碳排放計(jì)算的意義

實(shí)現(xiàn)碳中和的終極目標(biāo)是減少碳排放，著力點(diǎn)是為碳減排提供一些列配套的政策支撐，碳排放統(tǒng)計(jì)核算是一種重要的行之有效的手段。碳減排的配套政策是否合理，相應(yīng)的管理及運(yùn)作機(jī)制是否行之有效，并最終影響雙碳目標(biāo)是否能真正落地。為了加強(qiáng)碳排放統(tǒng)計(jì)核算落地，2021年9月，國(guó)家成立碳排放統(tǒng)計(jì)核算工作組，組織協(xié)調(diào)全國(guó)及地方碳排放統(tǒng)計(jì)核算工作，顯示了我國(guó)政府對(duì)碳排放數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)核算質(zhì)量的高度重視。

5.2 建筑碳排放計(jì)算的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

建筑物碳排放統(tǒng)計(jì)計(jì)算是指建筑物有關(guān)的建材生產(chǎn)、運(yùn)輸、建造及拆除、運(yùn)維階段產(chǎn)生的溫室氣體排放總和，并以二氧化碳當(dāng)量形式表達(dá)[2]。在計(jì)算過(guò)程中，需要對(duì)建筑相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)收集匯總，涉及數(shù)據(jù)是碳排放計(jì)算過(guò)程的關(guān)鍵指標(biāo)。內(nèi)容主要包括：建筑所在地類型、氣候特征、建筑面積、建筑占地面積、建筑層高、建筑高度、具體構(gòu)造；建材種類、規(guī)格和使用量；施工機(jī)械類別及臺(tái)班數(shù)；墻體類型、屋面類型、窗戶類型、窗簾類型、窗墻比；空調(diào)溫度、空調(diào)系統(tǒng)類型、空調(diào)面積；照明功率、設(shè)備功率；建材的生產(chǎn)地或者生產(chǎn)廠家；建筑拆除工藝種類及工程量；運(yùn)輸類型、運(yùn)輸重量；建筑所在地距離垃圾填埋場(chǎng)的距離、建筑所在地距離工廠的距離等。

5.3 建筑碳排放計(jì)算的計(jì)算內(nèi)容

建筑碳排放的計(jì)算具體內(nèi)容包括建筑運(yùn)行階段的碳排放、建筑建造的碳排放及拆除階段的碳排放、建材生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)奶寂欧湃齻€(gè)主要部分；計(jì)算方式依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 51366—2019建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》，可應(yīng)用于新建、擴(kuò)建及改建的民用建筑碳排放計(jì)算，也是我國(guó)目前最具權(quán)威的碳排放計(jì)算統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

6 實(shí)際工程案例碳排放計(jì)算

6.1 生產(chǎn)、運(yùn)輸及建造地段碳排放計(jì)算(詳見表1)

6.2 與傳統(tǒng)外圍護(hù)體系鋼結(jié)構(gòu)建筑碳排放量對(duì)比

通過(guò)將我司承建的九里裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅小區(qū)項(xiàng)目與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)建筑的碳排放量進(jìn)行比較分析，可以得出“裝配式鋼結(jié)構(gòu)+ALC板材”體系在低碳環(huán)保與節(jié)能減排方面的優(yōu)勢(shì)(表2所示)。

表2 九里裝配式鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目1#號(hào)住宅樓建造方式與現(xiàn)澆建造方式碳排放量比較

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑的碳排放量比較可以看出，采用“裝配式鋼結(jié)構(gòu)+ALC板材”體系的裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑在層數(shù)，地上、地下建筑面積，建筑材料用量均大于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)建筑的情況下，其各階段碳排放量卻小于傳統(tǒng)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)建筑，這很好的證明了采用“裝配式鋼結(jié)構(gòu)+ALC”體系的裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在當(dāng)下碳中和、碳達(dá)峰的時(shí)代背景下有著很大的市場(chǎng)推廣空間，僅從建筑的運(yùn)營(yíng)圍護(hù)階段來(lái)計(jì)算，150m2建筑物即可節(jié)約能耗777.6tce，減少4946 t CO2的的排放，ALC板材的制造有著較大的節(jié)能減碳潛力，此外，鋼結(jié)構(gòu)建筑可回收利用，具有較大的再利用價(jià)值[4]。綜合以上信息，從碳排放計(jì)算的角度分析，“裝配式鋼結(jié)構(gòu)+ALC板材”體系擁有相當(dāng)可觀的市場(chǎng)發(fā)展前景。

鋼結(jié)構(gòu)建筑屬于典型的綠色環(huán)保節(jié)能型結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)綠色節(jié)能住宅建筑體系是依據(jù)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展原則，發(fā)展“節(jié)能省地型”住宅，推廣住宅產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)綠色建筑政策的重要組成部分[5]，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等相比，具有結(jié)構(gòu)自重輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、便于工業(yè)化生產(chǎn)、施工安裝工期短等優(yōu)點(diǎn)，符合我國(guó)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色可持續(xù)發(fā)展的要求。中國(guó)的住宅建設(shè)需要走工業(yè)化，生產(chǎn)化的道路，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅是最容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的方式之一[6]。鋼結(jié)構(gòu)建筑可以體現(xiàn)新型建筑工業(yè)化的優(yōu)勢(shì)，符合我國(guó)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的需求。大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)可大幅降低能源消耗，減少碳排放，有助于實(shí)現(xiàn)我國(guó)提出的2030碳達(dá)峰、2060碳中和的碳排放總目標(biāo)[7]。同時(shí)能做到藏鋼于民，加強(qiáng)國(guó)家對(duì)鋼鐵資源的戰(zhàn)略儲(chǔ)備，意義重大?？梢哉f(shuō)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展對(duì)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用。