鋼結構裝配式住宅物化階段碳排放研究
劉新華-海南浙大鋼構有限公司
瀏覽次數：1373次發布時間：2023/06/18
摘要：裝配式建筑是指通過預制主要部件并加以集成打造而成的建筑。當前，裝配式建筑已經得到了廣泛的推廣使用，但作為其中的一種重要結構形式，裝配式鋼結構并未在眾多裝配式建筑中占據較高比例。2019年，住房和城鄉建設部強調，要在全國有序推進裝配式鋼結構住宅，以此推進我國裝配式鋼結構體系的發展。裝配式鋼結構建筑有綠色環保、抗震性能好、空間利用率高、部品部件可循環利用等優點。本文針對鋼結構裝配式住宅物化階段碳排放的控制措施進行分析，僅供參考。
關鍵詞：鋼結構裝配式；物化階段；碳排放
引言
溫室氣體排放導致的氣候變化問題已成為全球關注焦點，中國作為目前世界上碳排放最多的國家之一，承諾二氧化碳排放2030年左右達到峰值，2060年前實現碳中和。建筑全生命周期涉及碳排放的階段可以分為物化階段（包括建材生產、建材運輸、施工建造）、使用階段、更新維護階段、拆除廢棄階段。物化階段碳排放占全生命周期的比例約為14%~21%，同時，由于我國建筑的建設量逐年增加、建設周期較短，物化階段溫室氣體排放呈現集中且強度大的特點�！�2021中國建筑能耗與碳排放研究報告》中數據顯示，物化階段碳排放總量占建筑行業整體碳排放總量的57.4%，其影響不可忽視，降低該階段二氧化碳排放（二氧化碳當量）是實現建筑碳減排目標的重要手段。
1 計算方法
1.1 碳排放因子
碳排放因子是指將能源與材料消耗量與二氧化碳排放相對應的系數，用于量化建筑物不同階段相關活動的碳排放。建筑運行、建造及拆除階段中因電力消耗 造成的碳排放計算，應采用國家區域電網平均碳排放因子。
1.2 建材生產及運輸階段
建材生產及運輸階段碳排放計算主要包括建筑主體結構材料、建筑圍護結構 材料、建筑構件和部品等。計算的主要建筑材料應為總重量不低于建筑中所耗建材總重量的95%。此階段額度碳排放因為建材生產階段碳排放與建材運輸階段碳排放之和，并應按下式計算：CJC=（CSC+Cys）/A
式中：CJC—建材生產及運輸階段單位建筑面積的碳排放量（kgCO2e/㎡）；CSC—建材生產階段碳排放（kgCO2e）；A—建筑面積（㎡）。
1.3 運行階段
建筑運行解讀那的碳排放計算范圍應包含暖通空調、生活熱水、照明及電梯、可 再生能源、建筑碳匯系統在建筑運行期間的碳排放量。運行階段的碳排放量應根據各系統不同類型能源消耗量和不同類型能源的碳排放因子確定。
2 裝配式建筑工程碳排放量的影響因素分析
2.1 決策階段對碳排放造成的影響
首先，裝配式建筑工程施工技術需要在決策階段中進行選擇，保證對各個地區的裝配式節能技術進行選擇，確保技術應用的效果，不斷提升裝配式建筑工程的發展水平。其次，加強對裝配式建筑工程深入全面的分析，確保裝配式建筑的可行性效果，深入全面地對影響裝配式節能效果因素分析，從而制定有效的改善措施，為后續工作的開展奠定基礎與保障。最后，企業需要對節能技術和碳排放控制技術有著深入全面的了解與掌握，如果企業不能對節能技術進行有效的研究和分析，企業內部工作人員也沒有及時對技術內容進行掌握，都會導致后續工程在施工建設的階段中，出現各種影響因素，對節能技術的落實效果造成影響，造成資源和能源的大量浪費，提升碳排放的總量。此外，在企業發展的過程中，要避免過于重視企業經濟效益的全面提升，忽視環境效益的提升，從而造成裝配式建筑碳排放量超過實際標準。
2.2 設計階段對碳排放量的影響
設計階段是裝配式建筑的關鍵階段，加強設計階段中對碳排放的有效控制，能夠在一定程度上對后續工程建設施工進行指導。在設計階段中，如果設計人員沒有對施工現場進行規劃與設計，環境評價工作的開展不夠全面，都會對裝配式碳排放的實際情況，造成嚴重的偏差和影響。目前影響裝配式碳排放的主要因素，主要可以分為以下幾個方面。首先，在設計階段中，如果沒有對建筑結構進行有效選擇，不同的裝配式結構的碳排放量都會存在明顯的差異性，合理的結構設計，充足的自然條件，都能夠有效降低碳排放的總量。其次，在裝配式設計工作開展的階段中，加強對建筑材料的合理選擇，是降低碳排放的最佳手段。但是目前，我國建筑企業對節能減排技術的應用效果不夠理想，實際工程建設中，依舊會存在較為明顯的資源、材料、能源浪費的問題，對可持續發展的基本觀念造成嚴重的影響。最后，加強公共服務設施的規劃與設計，如果設計人員不能夠對公共服務設施的布置情況進行控制，會對裝配式建筑的實際情況造成嚴重影響，對后續工作的開展造成危害。
2.3 施工階段對碳排放量造成的影響
首先，在裝配式預制生產的階段中，需要加強對原材料的加工、運輸和開采工作的控制，但是這些工作開展的階段中，都會產生較大的碳排放，生產過程中對各項資源的使用，也會加重碳排放的情況。因此，在對預制工廠進行選擇的階段中，要加強對技術的選擇，確保生產技術水平能夠滿足節能減排的基本目標和要求。其次，在預制配件運輸的過程中，會加重碳排放總量。因此，需要對運輸車輛的數量、類型和返回系數等情況進行選擇，不同的選擇都會產生不一樣的碳排放量。最后，在預制配件裝配的過程中，需要將各種零件運輸到現場后進行安裝，在這個過程中，需要科學合理地對工具、技術進行規劃。但是目前的實際情況來看，現場工作人員、管理人員都沒有加強對技術的重視，在裝配的過程中會出現各種問題的影響，導致碳排放量的不斷提升。
2.4 使用階段對碳排放造成的影響
通常的情況下，裝配式建筑工程的使用年限在50~70年，在這個使用階段中，有效地對碳排放進行控制，不僅能夠實現裝配式建筑工程的穩定發展和進步，還能夠實現節能環保的基本效果。首先，在使用階段中，各種生活用水、用電都會產生一定的碳排放，在裝配式建筑使用的過程中，如果不能加強對生活用品和垃圾的控制，必定會加重碳排的情況。其次，在實際維修工作的開展中，必定會導致碳排放總量的提升，在這個階段中，也會導致碳排放量的提升。在實際工作開展的階段中，如果居民碳排放意識沒有得到有效提升，必定會導致碳排放控制工作的開展受到影響。最后，如果在裝配式建筑使用的過程中，沒有對維修材料進行選擇，節能材料的應用效果不夠良好，綠色材料的使用情況不足，都會導致碳排放量的增長。
3 鋼結構裝配式住宅物化階段碳排放研究
3.1 運輸階段
（1）鋼構件通常被設計的外形盡量簡單，以便于工廠制造的簡便及現場安裝的便利，因此，在鋼構件運輸階段，鋼柱、鋼梁、支撐、桿件等大多可以被打包后裝車。而運輸工具通常為汽車、船等常規機械，其碳排放過程計算簡單明了。
（2）在施工現場吊裝階段，隨著鋼結構施工組織的智能化和標準化，一部分鋼構件已經可以采取從運輸車輛上直接起吊的方式，節約了吊裝時間，節省了機械臺班數，吊裝效率較高，由此又可以減少部分含碳排放。
（3） 物流配送過程中的碳排放主要來源于機械設備運行時伴隨的能源消耗，在對預制構件進行物流配送時，如果能夠按照預制構件的規格條件選擇合適的運輸設備和起重機械，則可以大大減少碳排放的產生。
（4）在裝載和吊裝階段，應選擇施工功率較小的施工機械，這樣可以大大降低吊裝預制構件所耗費的臺班數，縮短吊裝時間，從而實現該階段的低碳控制；
（5）在進行場外運輸時，需綜合考慮運輸時間、運輸路徑及運輸方式等因素，同時選擇高效的運輸設備，避免二次運輸，從而大大降低該階段的碳排放量。
3.2 建造階段
推進建筑綠色建造發展，是建筑業邁向“雙碳”目標的關鍵技術之一。綠色建造是指通過科學化的管理與技術創新，以節能降碳和高質量發展為目標，利用工業化、信息化技術開展建筑建造的方式。鋼結構兼具綠色化、工業化、信息化、集約化和產業化特征，是對傳統建造活動的全過程與全要素“脫碳”，有助于建筑全過程建造效率的提升，促進建筑綠色低碳轉型。
（1）提升綠色化水平。在建筑項目的策劃、設計、建材、施工、交付全過程采用綠色統籌一體化方式，回收建筑建造垃圾，降低建造過程能源資源消耗量，提升資源利用率。
（2）提升工業化水平。利用建筑標準化設計、建材工業化生產、現場裝配式施工、室內一體化裝修和全過程信息化管理手段，完成建筑工業化建造。裝配式鋼結構建筑是工業化生產的重要技術，合理運用建筑外墻、樓梯、樓板等預制構件，可減少施工階段碳排放。
（3）提升信息化水平。信息共享與集成支撐建造規劃與設計、生產與施工各環節綠色化發展，提升各專業與各參與方的協同工作效率。信息化與工業化的融合促使建筑建造綠色化、智能化與精細化深度發展。
（4）提升集約化水平。建造集約化發展有助于解決建筑產業的“碎片化”、信息孤島、協同不足等問題，使建造過程更具組織化、系統化、精細化等特征。
（5）提升產業化水平。產業化即通過資源共享與上下游利益共謀進行產業資源整合，實現全產業鏈綠色化發展。刺激前端建材產品綠色轉型，引領下游綠色建筑、低碳（零碳）建筑產品發展，形成完整綠色產業鏈。
3.3 運行階段
建筑運行階段碳排放占比超過建筑全生命周期碳排放總量的一半以上，是建筑節能降碳的重點環節。依據建筑運行階段碳排放來源，應從提升建筑運行能效和優化能源結構兩方面進行改進。（1）淘汰落后、能效水平低的設備，提升設備性能。淘汰國家明令禁止的設備，選用高效節能型產品，如中央空調、冰箱、電梯、照明燈具及變壓器等主要用能設備，提升暖通系統、電梯系統、照明系統設備能效水平，實現運行設備節能降碳目標。（2）提高建筑構件及設備品質，加強維護管理，提升運行壽命。對建筑外墻、門窗及燈具、通風機等易損耗構件與設備進行定期保養維護，減少在建筑運行期間的更換頻次，避免更換新產品所帶來的生產及運輸過程碳排放。（3）優化能源結構，提高清潔能源利用率。大力發展清潔能源是實現“雙碳”目標的重要抓手，低碳、零碳建筑建設離不開負碳技術的支持。構建高效合理的建筑可再生能源系統，如太陽能光伏發電、太陽能熱水、水源熱泵、分布式風能發電等，打造“源網荷儲”一體化運營模式，有助于實現建筑綠色可持續發展。（4）采用智慧技術，構建信息化運營系統。以數字化技術助推建筑能源的“開源節流”，構建建筑智慧化運營平臺，從通風、空調、照明等方面減少建筑用能，融合全生命周期能源管理系統，實現能耗指標參數可視化及高能耗響應，進行能源調度和能源管理，降低用能成本與運行過程碳排放。
3.4 拆除階段
（1）選擇合理經濟的拆除方案。主流建筑拆除方式包括人工拆除、機械拆除、爆破拆除，其中機械拆除與爆破拆除較為普遍，兩者均有拆除速度快的特點，但其建筑材料可回收率低，增加建筑垃圾處理碳排放。相關研究表明，拆解比拆毀方式鋼鐵回收率高20%。根據建筑類型合理制定人工拆除與機械拆除相結合的方式，提升資源循環利用率，減少下游處理過程碳排放。（2）降低建筑廢棄物運輸碳排放。對建筑廢棄物進行分類，針對不同廢棄物合理選擇運輸工具和就近廢棄物處理點，減少運輸次數與總運輸距離，降低廢棄物運輸過程碳排放總量。從全生命周期角度出發，通過對碳排放因素的分析，采取針對性的減碳措施，加強建筑全過程節能減排管控，為實現建筑低碳排放甚至零碳排放提供有力支撐。
4 結束語
裝配式建筑與傳統建筑工程相比，雖然都能夠通過技術手段，降低碳排放的產生，但是鋼結構裝配式建筑能夠更加節約資源，提升能源的有效使用效率，加強對環境的控制和保護，更好地為建筑行業的發展奠定基礎和保障。在裝配式建筑工程施工建設的階段中，科學合理地對碳排放進行控制，可以有效避免對氣候環境造成污染。文章從裝配式建筑的全過程對碳排放的影響因素進行分析，并且提出裝配式節能施工技術的有效應用，進一步實現裝配式建筑的順利發展，將可持續發展觀念有效落實。
0898-66756178
18889805710
0898-66756178
18889805710