基于綠色可持續(xù)發(fā)展的裝配式節(jié)能減排效益分析

王健，羅曉生，李靜 （中建二局第一建筑工程有限公司，北京 100000）

0 引言

CO2排放問(wèn)題一直是研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)，其中建筑行業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量的CO2，CO2的排放會(huì)造成全球氣候變暖，節(jié)能減排引起我國(guó)學(xué)者廣泛關(guān)注與研究。裝配式建筑具有節(jié)約勞動(dòng)力、生產(chǎn)效率高以及節(jié)能減排等優(yōu)點(diǎn)，因此研究裝配式建筑節(jié)能減排效益十分重要。

目前我國(guó)有許多學(xué)者對(duì)裝配式建筑的應(yīng)用進(jìn)行研究，丁垚等[1]根據(jù)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)元網(wǎng)絡(luò)以及貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建BN-MNA 模型，從而有效、系統(tǒng)地評(píng)估裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)。唐繼華[2]使用BIM 技術(shù)分析裝配式建筑中構(gòu)件以及配件的使用，模擬施工階段、設(shè)計(jì)階段以及管理過(guò)程，從而提高裝配式施工的施工效率與施工質(zhì)量。張琳琳等[3]使用主成分分析法，對(duì)裝配式建筑決策、生產(chǎn)運(yùn)輸、設(shè)計(jì)、施工裝配以及銷(xiāo)售運(yùn)營(yíng)5 個(gè)階段進(jìn)行分析，并提取17 項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素。苗澤惠等[4]應(yīng)用結(jié)構(gòu)方程模型，對(duì)裝配式建筑施工的25 項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，得到風(fēng)險(xiǎn)因素重要性排序。章俊等[5]應(yīng)用層次分析法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立模型，評(píng)估裝配式建筑供應(yīng)商。李唐振昊等[6]使用Apriori 分析裝配式建筑質(zhì)量與各影響因素的相關(guān)性。

由上述討論可知，目前我國(guó)對(duì)裝配式建筑的研究主要為對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素、施工效率等方面的研究，缺少裝配式建筑節(jié)能減排的分析。本文對(duì)裝配式建筑節(jié)能減排進(jìn)行分析，并對(duì)比傳統(tǒng)施工與裝配式建筑在主體建筑與裝修施工時(shí)能源消耗、資源消耗以及污染物排放量，為裝配式建筑節(jié)能減排效益研究提供理論依據(jù)與參考價(jià)值。

1 工程概況

某該裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)層高為3m，總建筑面積為29354m2，墻體結(jié)構(gòu)小部分為現(xiàn)澆墻體，大部分為預(yù)制墻板，結(jié)構(gòu)為整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，其中預(yù)制構(gòu)件有內(nèi)部承重墻、外墻邊緣節(jié)點(diǎn)與核心筒墻體等?，F(xiàn)澆部分包括主要受力結(jié)構(gòu)與主要結(jié)構(gòu)。陽(yáng)臺(tái)采用預(yù)制疊合陽(yáng)臺(tái)，樓板采用預(yù)制裝配式疊合板，南北外墻則使用預(yù)制裝配式外墻板，在構(gòu)件制作過(guò)程中完成外墻保溫與飾面磚。此外，全預(yù)制構(gòu)件包括部分隔板、空調(diào)板、陽(yáng)臺(tái)裝飾、飄臺(tái)以及樓梯，該建筑整體裝配率為68.5%，外墻預(yù)制構(gòu)件達(dá)到76.5%。

2 裝配式住宅節(jié)能減排分析

2.1 節(jié)能減排效益分析

表1 為該項(xiàng)目和全國(guó)住宅能源消耗、資源消耗以及污染物排放總量，表中全國(guó)住宅數(shù)據(jù)為施工面積655558 萬(wàn)m2房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)行業(yè)產(chǎn)生的能源消耗、資源消耗以及污染物排放總量。其中裝配式建筑木材與鋼材消耗量減小是因?yàn)槟灸０迨褂玫臏p少，與預(yù)制疊合板應(yīng)用后解決的數(shù)量對(duì)應(yīng)。

表1 該項(xiàng)目和全國(guó)住宅能源消耗、資源消耗以及污染物排放總量

在進(jìn)行節(jié)能減排效益分析時(shí)使用資源環(huán)境績(jī)效指數(shù)（REPI），根據(jù)國(guó)內(nèi)裝配式住宅經(jīng)驗(yàn)確定目標(biāo)值，REPI 計(jì)算公式如下：

式中：n為能源、資源消耗與污染物種類(lèi)數(shù)；Wi為能源、資源消耗與污染物權(quán)重；xi與Xi分別代表該項(xiàng)目與全國(guó)住宅項(xiàng)目第i 種資源、能源消耗或污染物排放；g與G分別代表該項(xiàng)目與全干過(guò)住宅項(xiàng)目總產(chǎn)值。

能源、資源消耗與污染物權(quán)重可通過(guò)式（2）計(jì)算：

其中W’i代表影響物質(zhì)的權(quán)重因子，由式（3）計(jì)算：

式中：PPI代表單位建筑面積內(nèi)對(duì)i影響的資源、能源消耗或污染物排放指數(shù)。

單位建筑面積各指數(shù)基準(zhǔn)值與目標(biāo)值如表2 所示，通過(guò)多次測(cè)量取平均值得到基準(zhǔn)值，而目標(biāo)值則由專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)算出。

表2 各指標(biāo)基準(zhǔn)組與目標(biāo)值

計(jì)算各項(xiàng)權(quán)重因子與權(quán)重指數(shù)，并根據(jù)權(quán)重因子與權(quán)重指數(shù)計(jì)算出REPI指數(shù)，結(jié)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 權(quán)重因子、權(quán)重指數(shù)、績(jī)效指數(shù)及REPI指數(shù)

綜合REPI 指數(shù)可由式（4）計(jì)算得到，經(jīng)計(jì)算綜合REPI指數(shù)為0.42。

REPI指數(shù)可以體現(xiàn)出建筑住宅節(jié)能減排均值，REPI指數(shù)值高說(shuō)明節(jié)能減排效益差，REPI指數(shù)值低說(shuō)明節(jié)能減排效益好。此項(xiàng)目REPI值（0.42）遠(yuǎn)低于社會(huì)平均REPI值（1.00），說(shuō)明此裝配式建筑節(jié)能減排效果較好。能源消耗分項(xiàng)REPI值為0.38，煤消耗上升是因?yàn)檠b配式建筑混凝土養(yǎng)護(hù)方式為蒸汽養(yǎng)護(hù)。資源消耗的REPI值為0.51，說(shuō)明裝配式建筑在資源節(jié)約方面效益相對(duì)較差，從單一績(jī)效指數(shù)可以看出，木材REPI值最小，這是因?yàn)榕c裝配式建筑相比傳統(tǒng)施工木模板使用較少，因此會(huì)大量減少木材用量。水資源REPI值同樣較小，這是因?yàn)檠b配式建筑混凝土養(yǎng)護(hù)方式為蒸汽養(yǎng)護(hù)，所以會(huì)大幅度減少水資源的利用。污染物REPI指數(shù)為0.15，遠(yuǎn)小于資源、能源消耗REPI指數(shù)，這是因?yàn)檠b配式建筑采用蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土，大量減少水資源利用，廢水排放量也大幅度降低。此外，裝配式建筑會(huì)減少現(xiàn)場(chǎng)施工，同樣會(huì)減少?gòu)U水排放。固體廢棄物減少是由于裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)方式。

2.2 主體建造階段節(jié)能減排效益分析

裝配式建筑建造主要包括主體施工階段與裝修階段。其中主體建造階段主要為工廠預(yù)制生產(chǎn)，材料的節(jié)約主要在用水、混凝土材料以及鋼材。裝配式建筑主體建造比傳統(tǒng)住宅施工污染物排放更低。根據(jù)表1 可計(jì)算出單位建筑面積裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑各指標(biāo)數(shù)據(jù)，各指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。由表5可知，固體垃圾與木材節(jié)省率較高分別為59.49%、50.00%，裝配式建筑在油、木材、污水減排以及固體垃圾方面節(jié)能減排效益較好。

2.3 裝配式建筑裝修施工階段節(jié)能減排分析

裝修材料的消耗量主要與裝修等級(jí)有關(guān)，因此在裝配式建筑裝修施工階段節(jié)能減排主要從水能消耗、電能消耗、固體垃圾以及廢水4 個(gè)方面分析，并將耗能轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)煤。傳統(tǒng)建筑裝修每平米會(huì)產(chǎn)生0.101t 垃圾，單位垃圾產(chǎn)生量為0.053m3，住宅耗能為15.02kW·h/m2，其中每千瓦0.405 標(biāo)準(zhǔn)煤，計(jì)算得到每平米需6.08kg 標(biāo)準(zhǔn)煤。單位面積裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑裝修能耗與污染情況如圖1 所示，從圖中可知，水節(jié)約量與廢水排放效果顯著，分別減少81.25%、82%，能耗與垃圾分別減小47.48%、40%。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)裝修施工為濕作業(yè)，水資源消耗較大、污水排放較大。此外，傳統(tǒng)裝修施工產(chǎn)生粉塵和雜音污染。

圖1 單位面積裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑裝修能耗與污染情況

3 裝配式建筑節(jié)能減排方法

3.1 新型建筑節(jié)能材料的使用

新型建筑節(jié)能材料的使用可以增加建筑熱環(huán)境指標(biāo)，然后由負(fù)荷力學(xué)更合理地應(yīng)用節(jié)能材料，將普通隔墻替換成輕質(zhì)隔墻并應(yīng)用保溫節(jié)能墻體材料，可以有效提高保溫性能，從而減小能源流失。此外還可以用非黏土磚、黏土空心磚、摻廢料粘土磚以及建筑砌塊等新型墻體材料。

3.2 供電與給排水節(jié)能

在供電節(jié)能方面，可以從配電豎井、線路的路徑敷設(shè)以及平面線路敷設(shè)進(jìn)行。根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的電纜截面和配電導(dǎo)線，減小線纜損耗。供配系統(tǒng)利用集中電容補(bǔ)償，從而減小無(wú)功能耗。為了使地下空間達(dá)到照明節(jié)能和衛(wèi)生條件改善的效果，可使用天窗進(jìn)行自然采光。此外，還可以選用品質(zhì)較好的管材，布置合理的供水管線，建筑潔具使用自動(dòng)停開(kāi)、限時(shí)重測(cè)的節(jié)水衛(wèi)生型裝置，選擇具有高度密閉、優(yōu)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)的給水器具和甲閥。并且在水資源無(wú)效消耗優(yōu)化方面，可使用防滲漏措施。

4 結(jié)論

此裝配式建筑REPI 值（0.42）遠(yuǎn)低于社會(huì)平均REPI 值（1.00），其中能源消耗、資源消耗、污染物排放的REPI 值分別為0.38、0.51、0.15，說(shuō)明此裝配式建筑節(jié)能減排效果較好。

與傳統(tǒng)施工相比，裝配式建筑主體建造階段主要為工廠預(yù)制生產(chǎn)，材料的節(jié)約主要在用水、混凝土材料以及鋼材。裝配式建筑主體建造比傳統(tǒng)住宅施工污染物排放更低。固體垃圾與木材節(jié)省率較高分別為59.49%、50.00%，裝配式建筑在油、木材、污水減排以及固體垃圾方面節(jié)能減排效益較好。

與傳統(tǒng)施工相比，裝配式建筑在裝修階段水節(jié)約量與廢水排放效果顯著，分別減少81.25%、82.00%，能耗與垃圾分別減小47.48%、40.00%，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)裝修施工為濕作業(yè)，水資源消耗較大、污水排放較大。此外，傳統(tǒng)裝修施工還會(huì)產(chǎn)生粉塵和雜音污染。