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
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摘要：裝配式建筑是指通過(guò)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(jīng)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(jìn)裝配式鋼結構住宅，以此推進(jìn)我國裝配式鋼結構體系的發(fā)展。裝配式鋼結構建筑有綠色環(huán)保、抗震性能好、空間利用率高、部品部件可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)。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(jìn)行分析，僅供參考。
關(guān)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(wèn)題已成為全球關(guān)注焦點(diǎn)，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(shí)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(chǎn)、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(shí)，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(diǎn)�！�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(yè)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(shí)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(guān)活動(dòng)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(wǎng)平均碳排放因子。
1.2 建材生產(chǎn)及運輸階段
建材生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)及運輸階段單位建筑面積的碳排放量（kgCO2e/㎡）；CSC—建材生產(chǎn)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(lèi)型能源消耗量和不同類(lèi)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(shù)需要在決策階段中進(jìn)行選擇，保證對各個(gè)地區的裝配式節能技術(shù)進(jìn)行選擇，確保技術(shù)應用的效果，不斷提升裝配式建筑工程的發(fā)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(kāi)展奠定基礎與保障。最后，企業(yè)需要對節能技術(shù)和碳排放控制技術(shù)有著(zhù)深入全面的了解與掌握，如果企業(yè)不能對節能技術(shù)進(jìn)行有效的研究和分析，企業(yè)內部工作人員也沒(méi)有及時(shí)對技術(shù)內容進(jìn)行掌握，都會(huì )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(shù)的落實(shí)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(yè)發(fā)展的過(guò)程中，要避免過(guò)于重視企業(yè)經(jīng)濟效益的全面提升，忽視環(huán)境效益的提升，從而造成裝配式建筑碳排放量超過(guò)實(shí)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(guān)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(jìn)行指導。在設計階段中，如果設計人員沒(méi)有對施工現場(chǎng)進(jìn)行規劃與設計，環(huán)境評價(jià)工作的開(kāi)展不夠全面，都會(huì )對裝配式碳排放的實(shí)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(gè)方面。首先，在設計階段中，如果沒(méi)有對建筑結構進(jìn)行有效選擇，不同的裝配式結構的碳排放量都會(huì )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(kāi)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(yè)對節能減排技術(shù)的應用效果不夠理想，實(shí)際工程建設中，依舊會(huì )存在較為明顯的資源、材料、能源浪費的問(wèn)題，對可持續發(fā)展的基本觀(guān)念造成嚴重的影響。最后，加強公共服務(wù)設施的規劃與設計，如果設計人員不能夠對公共服務(wù)設施的布置情況進(jìn)行控制，會(huì )對裝配式建筑的實(shí)際情況造成嚴重影響，對后續工作的開(kāi)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(chǎn)的階段中，需要加強對原材料的加工、運輸和開(kāi)采工作的控制，但是這些工作開(kāi)展的階段中，都會(huì )產(chǎn)生較大的碳排放，生產(chǎn)過(guò)程中對各項資源的使用，也會(huì )加重碳排放的情況。因此，在對預制工廠(chǎng)進(jìn)行選擇的階段中，要加強對技術(shù)的選擇，確保生產(chǎn)技術(shù)水平能夠滿(mǎn)足節能減排的基本目標和要求。其次，在預制配件運輸的過(guò)程中，會(huì )加重碳排放總量。因此，需要對運輸車(chē)輛的數量、類(lèi)型和返回系數等情況進(jìn)行選擇，不同的選擇都會(huì )產(chǎn)生不一樣的碳排放量。最后，在預制配件裝配的過(guò)程中，需要將各種零件運輸到現場(chǎng)后進(jìn)行安裝，在這個(gè)過(guò)程中，需要科學(xué)合理地對工具、技術(shù)進(jìn)行規劃。但是目前的實(shí)際情況來(lái)看，現場(chǎng)工作人員、管理人員都沒(méi)有加強對技術(shù)的重視，在裝配的過(guò)程中會(huì )出現各種問(wèn)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(gè)使用階段中，有效地對碳排放進(jìn)行控制，不僅能夠實(shí)現裝配式建筑工程的穩定發(fā)展和進(jìn)步，還能夠實(shí)現節能環(huán)保的基本效果。首先，在使用階段中，各種生活用水、用電都會(huì )產(chǎn)生一定的碳排放，在裝配式建筑使用的過(guò)程中，如果不能加強對生活用品和垃圾的控制，必定會(huì )加重碳排的情況。其次，在實(shí)際維修工作的開(kāi)展中，必定會(huì )導致碳排放總量的提升，在這個(gè)階段中，也會(huì )導致碳排放量的提升。在實(shí)際工作開(kāi)展的階段中，如果居民碳排放意識沒(méi)有得到有效提升，必定會(huì )導致碳排放控制工作的開(kāi)展受到影響。最后，如果在裝配式建筑使用的過(guò)程中，沒(méi)有對維修材料進(jìn)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(huì )導致碳排放量的增長(cháng)。
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(jiǎn)單，以便于工廠(chǎng)制造的簡(jiǎn)便及現場(chǎng)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(chē)。而運輸工具通常為汽車(chē)、船等常規機械，其碳排放過(guò)程計算簡(jiǎn)單明了。
（2）在施工現場(chǎng)吊裝階段，隨著(zhù)鋼結構施工組織的智能化和標準化，一部分鋼構件已經(jīng)可以采取從運輸車(chē)輛上直接起吊的方式，節約了吊裝時(shí)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(guò)程中的碳排放主要來(lái)源于機械設備運行時(shí)伴隨的能源消耗，在對預制構件進(jìn)行物流配送時(shí)，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(chǎn)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(shí)間，從而實(shí)現該階段的低碳控制；
（5）在進(jìn)行場(chǎng)外運輸時(shí)，需綜合考慮運輸時(shí)間、運輸路徑及運輸方式等因素，同時(shí)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(jìn)建筑綠色建造發(fā)展，是建筑業(yè)邁向“雙碳”目標的關(guān)鍵技術(shù)之一。綠色建造是指通過(guò)科學(xué)化的管理與技術(shù)創(chuàng )新，以節能降碳和高質(zhì)量發(fā)展為目標，利用工業(yè)化、信息化技術(shù)開(kāi)展建筑建造的方式。鋼結構兼具綠色化、工業(yè)化、信息化、集約化和產(chǎn)業(yè)化特征，是對傳統建造活動(dòng)的全過(guò)程與全要素“脫碳”，有助于建筑全過(guò)程建造效率的提升，促進(jìn)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(guò)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(guò)程能源資源消耗量，提升資源利用率。
（2）提升工業(yè)化水平。利用建筑標準化設計、建材工業(yè)化生產(chǎn)、現場(chǎng)裝配式施工、室內一體化裝修和全過(guò)程信息化管理手段，完成建筑工業(yè)化建造。裝配式鋼結構建筑是工業(yè)化生產(chǎn)的重要技術(shù)，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(chǎn)與施工各環(huán)節綠色化發(fā)展，提升各專(zhuān)業(yè)與各參與方的協(xié)同工作效率。信息化與工業(yè)化的融合促使建筑建造綠色化、智能化與精細化深度發(fā)展。
（4）提升集約化水平。建造集約化發(fā)展有助于解決建筑產(chǎn)業(yè)的“碎片化”、信息孤島、協(xié)同不足等問(wèn)題，使建造過(guò)程更具組織化、系統化、精細化等特征。
（5）提升產(chǎn)業(yè)化水平。產(chǎn)業(yè)化即通過(guò)資源共享與上下游利益共謀進(jìn)行產(chǎn)業(yè)資源整合，實(shí)現全產(chǎn)業(yè)鏈綠色化發(fā)展。刺激前端建材產(chǎn)品綠色轉型，引領(lǐng)下游綠色建筑、低碳（零碳）建筑產(chǎn)品發(fā)展，形成完整綠色產(chǎn)業(yè)鏈。
3.3 運行階段
建筑運行階段碳排放占比超過(guò)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(diǎn)環(huán)節。依據建筑運行階段碳排放來(lái)源，應從提升建筑運行能效和優(yōu)化能源結構兩方面進(jìn)行改進(jìn)。（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(chǎn)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(shí)現運行設備節能降碳目標。（2）提高建筑構件及設備品質(zhì)，加強維護管理，提升運行壽命。對建筑外墻、門(mén)窗及燈具、通風(fēng)機等易損耗構件與設備進(jìn)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(chǎn)品所帶來(lái)的生產(chǎn)及運輸過(guò)程碳排放。（3）優(yōu)化能源結構，提高清潔能源利用率。大力發(fā)展清潔能源是實(shí)現“雙碳”目標的重要抓手，低碳、零碳建筑建設離不開(kāi)負碳技術(shù)的支持。構建高效合理的建筑可再生能源系統，如太陽(yáng)能光伏發(fā)電、太陽(yáng)能熱水、水源熱泵、分布式風(fēng)能發(fā)電等，打造“源網(wǎng)荷儲”一體化運營(yíng)模式，有助于實(shí)現建筑綠色可持續發(fā)展。（4）采用智慧技術(shù)，構建信息化運營(yíng)系統。以數字化技術(shù)助推建筑能源的“開(kāi)源節流”，構建建筑智慧化運營(yíng)平臺，從通風(fēng)、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(shí)現能耗指標參數可視化及高能耗響應，進(jìn)行能源調度和能源管理，降低用能成本與運行過(guò)程碳排放。
3.4 拆除階段
（1）選擇合理經(jīng)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(diǎn)，但其建筑材料可回收率低，增加建筑垃圾處理碳排放。相關(guān)研究表明，拆解比拆毀方式鋼鐵回收率高20%。根據建筑類(lèi)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(huán)利用率，減少下游處理過(guò)程碳排放。（2）降低建筑廢棄物運輸碳排放。對建筑廢棄物進(jìn)行分類(lèi)，針對不同廢棄物合理選擇運輸工具和就近廢棄物處理點(diǎn)，減少運輸次數與總運輸距離，降低廢棄物運輸過(guò)程碳排放總量。從全生命周期角度出發(fā)，通過(guò)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(guò)程節能減排管控，為實(shí)現建筑低碳排放甚至零碳排放提供有力支撐。
4 結束語(yǔ)
裝配式建筑與傳統建筑工程相比，雖然都能夠通過(guò)技術(shù)手段，降低碳排放的產(chǎn)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(huán)境的控制和保護，更好地為建筑行業(yè)的發(fā)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(xué)合理地對碳排放進(jìn)行控制，可以有效避免對氣候環(huán)境造成污染。文章從裝配式建筑的全過(guò)程對碳排放的影響因素進(jìn)行分析，并且提出裝配式節能施工技術(shù)的有效應用，進(jìn)一步實(shí)現裝配式建筑的順利發(fā)展，將可持續發(fā)展觀(guān)念有效落實(shí)。
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