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赵彦革：装配式混凝土墙板体系碳排放研究

发布于：2023-05-04 09:21:04 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

【导读】近年来，绿色低碳已成为高质量发展的鲜明底色。中国建筑领域的能源消费与碳排放已成为全社会能源消费与排放的重要组成部分，对中国建筑能耗与碳排放的现状进行全面认识和分析具有重要意义。为此，《建筑结构》杂志社特邀 中国建研院建筑设计院赵彦革副总工 ，针对建筑碳排放，从 结构方案设计、材料低碳设计、结构适变性 等方面，进行一系列解读，以期为从业人员提供借鉴。

一

概述

接前期（ 建筑结构·低碳专题七丨赵彦革：基于结构运行分析的低碳设计 ），本文选取我国目前常用的三种装配式混凝土墙板体系：预制混凝土夹芯保温外墙板、预制混凝土外墙板以及叠合类墙板为研究对象，基于碳排放因子理论，围绕钢筋、混凝土、灌浆料、保温体系、连接件等影响因素，以严寒地区为例对这三种装配式混凝土墙板体系展开碳排放研究。

二

装配式混凝土墙板体系碳排放研究计算模型

2.1 三类墙板概述

2.1.1 预制混凝土夹芯保温外墙板

预制混凝土夹芯保温外墙板国外称为“三明治板”。由钢筋混凝土外叶板、保温层和钢筋混凝土内叶板组成。是建筑、结构、保温、装饰一体化墙板，夹芯保温构件的外叶板最小厚度50mm，用可靠的拉结件与内叶构件连接，不会像薄层灰浆那样裂缝脱落，保温层也不会脱落，防火性能也大大提高。但拉结件的选择、锚固和埋入工艺必须可靠。外叶板可以直接做成装饰层或作为装饰面层的基层。夹芯保温构件比粘贴保温层抹薄灰浆的方式增加了外叶板重量和成本，也增加了无使用效能的建筑面积。

2.1.2 预制混凝土外墙板

预制混凝土外墙板在边缘处通过现浇连接，需要外架以供模板施工。在外墙施工完成后粘贴保温材料，具有整体性，提高保温效果。预制外墙表面需做粗糙面或进行拉毛处理，以方便粘贴保温材料。

2.1.3 叠合类墙板

本文研究的叠合类墙板以双面叠合剪力墙为例，其预制墙板由两叶50mm厚钢筋混凝土板通过桁架筋连接而成，空腔净距不小于100mm。现场安装后，在空腔内敷设、搭接钢筋，浇筑混凝土，形成剪力墙实心板。双面叠合剪力墙实际上就是永久性的混凝土模板。

2.2 墙板计算模型

本文根据《预制混凝土剪力墙外墙板》15G365-1第P44~57页WQ-2730~WQ-4530为例，以此作为墙板混凝土及钢筋量计算基础。其中预制混凝土夹芯保温墙板考虑钢筋、混凝土、保温板、灌浆量、灌浆套筒及预埋件量；预制混凝土外墙板考虑钢筋、混凝土、保温体系、灌浆量，灌浆套筒及预埋件量；叠合类墙板考虑钢筋、混凝土及保温体系，相关计算例图见图1。

图1：预制墙板模型配筋及模板图

2.3 保温体系

在计算预制混凝土外墙板及叠合类墙板时，考虑施工现场后粘保温板，根据《外墙外保温工程技术规程》JGJ144-2019保温板年限为25年，以50年设计工作年限为计算周期，周期内保温板及其保温体系按替换一次考虑。

基于当前建筑工程实际，选取其中应用较广泛的“粘贴保温板+薄抹灰+涂料饰面”外墙外保温系统。保温系统中所涉其他辅助件（如锚固件、防水界面剂、发泡胶、密封条、墙角托架、包角条）不作考虑。鉴于粘接砂浆、抹面砂浆、抗裂砂浆成分差异较小，研究中将抹面砂浆、抗裂砂浆均近似等同于粘接砂浆。松散密度均取1300kg/m3。后粘保温体系的做法如图2所示。

图2：保温体系模型

2.4 碳排放因子

本文研究的涉及的建筑材料碳排放因子参数如表1所示，参数来源《建筑碳排放计算标准》GB/T 51366-2019的附录D。

三

三类常用装配式墙板体系碳排放对比分析

根据以上计算模型，保温体系及碳排放因子选取，对预制混凝土夹芯保温外墙板、预制混凝土外墙板及叠合类外墙板分别进行碳排放计算，并分析各材料碳排放占比情况，并计算不同类型墙板碳排放总量情况。同时，以保温厚度为变量、碳排放量为衡量指标，得出三类墙板体系优选方案。

3.1 各类材料在不同类型预制墙板碳排放占比分析

根据对预制墙板组成可知，墙板材料组成可分为混凝土、钢筋、灌浆料、灌浆套筒、连接件以及保温材料。对于不同地区对保温板的厚度要求不一样，现以严寒地区为例，对保温板厚度选取为120mm。

通过对材料用量碳排放计算可知，预制混凝土夹芯保温外墙板占比较大为混凝土和钢筋，以寒冷地区为例，分别为占比53%及31%，详见图3。

图3：预制混凝土夹芯保温外墙板各类材料碳排放占比

对于预制混凝土外墙板碳排放分析可知，在寒冷地区混凝土、保温板、钢筋的材料用量最多，分别占比33%、25%、24%，如果考虑整个保温体系（粘贴保温板+薄抹灰+涂料饰面）的占比将达到41%，详见图4。

图4：预制混凝土外墙板各类材料碳排放占比

对于叠合类墙板碳排放占比较大的为混凝土为34%,其次是保温板和钢筋占比为25%，整个保温体系占比为40.3%，详见图5。

图5：叠合类墙板各类材料碳排放占比

在保温板厚度一定的前提下（厚度为120mm），预制混凝土夹芯保温外墙板相对于其他墙板体系在碳排放量上有一定的优势，详见图6。通过对各类材料占比分析可知，各墙板之间差异主要在钢筋，混凝土与保温材料上。钢筋和混凝土的差值在于预制混凝土夹芯保温外墙板的外叶板产生的碳排放量。保温体系的差值在于预制混凝土外墙板保温体系及使用周期替换所产生的材料碳排放量，叠合类墙板没有灌浆料及相关的灌浆套管，因此，叠合类墙板的碳排放略优于预制混凝土外墙板，详见图7。

图6：120厚保温板WQ-2730~WQ-4530型号三种墙板碳排放总量对比

图7：120厚保温板三种墙板碳排放差值分析

3.2 不同保温板厚度各类墙板碳排放对比分析

由于不同地区保温板厚度的取值不同，保温体系的碳排放占比会有所不同，因此通过对保温板厚度的变化进行各墙板体系碳排放总量分析可知：对于严寒及寒冷地区，由于保温厚度相对较厚（保温板厚度：40mm~120mm），碳排放量占比较大，所以预制混凝土夹芯保温外墙板因其保温一体化措施，使其碳排放量较优。对于夏热冬冷地区，保温板厚度较薄（保温板厚度40mm以内），碳排放占比较小，因此预制混凝土夹芯保温外墙板由于其钢筋混凝土用量偏多，使其碳排放量优势降低，在保温低于25mm左右后，叠合类墙板的碳排放量更优，详见图8。

图8：不同保温厚度三种墙板碳排放对比分析

四

结论

本文基于碳排放因子理论，围绕钢筋、混凝土、灌浆料、保温体系、连接件等影响因素，对预制混凝土夹芯保温外墙板、预制混凝土外墙板以及叠合类墙板的碳排放情况进行研究分析，得出结论如下：

(1)以严寒地区为例，预制混凝土夹芯保温外墙板的碳排放以混凝土和钢筋为主，预制混凝土外墙板和叠合类墙板的碳排放以混凝土、保温板和钢筋为主。

(2)同等做法情况下，叠合类墙板较预制混凝土外墙板碳排放稍低；

(3)基于保温板在50年设计工作年限内需更新一次的假定，对于严寒及寒冷地区，在厚保温板（厚度在40mm以上）情况下，按照碳排放由低到高的顺序依次为：预制混凝土夹芯保温外墙板、叠合类墙板、预制混凝土外墙板；对于夏热冬冷地区，在薄保温板（厚度在25mm以下）情况下，按照碳排放由低到高的顺序依次为：叠合类墙板、预制混凝土外墙板、预制混凝土夹芯保温外墙板。

致谢建研院专家韦婉、魏婷婷 协助整理稿件和计算分析工作。

个人介绍

赵彦革， 男，出生于1977年10月，毕业于中国建筑科学研究院，硕士研究生，清华大学土木工程系博士生，结构工程专业，现工作单位中国建筑科学研究院有限公司建筑设计院设计一院副院长、副总工程师，建筑检测与评估研究中心主任、建筑工业化中心副主任、绿色建筑中心副主任，教授级高级工程师。为首届建筑结构行业杰出青年、中国建筑学会工程诊治与运维分会理事、中国建筑学会结构分会青年理事、中国岩石力学与工程学会岩土地基工程分会理事、中国工程建设标准化协会绿色建筑与生态城区分会理事、中国绿色建筑与节能委员会委员、中国亚洲经济发展协会绿色建筑建材委员会委员、北京市装配式建筑专家委员会委员、中国工程建设标准专家库特邀专家。

擅长领域为复杂结构设计和研究、装配式建筑设计和研究、绿色建筑设计和研究等。参加中国国家博物馆、成都来福士广场等结构设计类项目30多项，北京贵宾楼饭店、厦门英蓝国际金融中心等咨询类项目50多项；负责了天津周大福金融中心、卧龙大熊猫基地等100多项绿色建筑和装配式建筑相关的设计、咨询项目；在核心期刊发表论文20篇；参加各类课题及标准研究20多项；获得华夏建设科学技术奖二等奖1项，省部级以上奖励30多项。

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