浅析装配式建筑-碳排放计算

摘要:装配式建筑结构对我国建筑领域节能减排，提高建筑的工程质量和劳动生产率水平，实现建筑建设可持续发展有着重要意义。为探讨装配式建筑结构在其物化阶段的节能减排效果，并为其全寿命周期提供分析基础，在分析碳排放计算分类基础上，采用将施工活动划分为几个主要的碳排放源，然后统计各排放源的使用和消耗量。再通过装配式结构的建造流程建立相应的碳排放系统边界，将碳排放源分为直接碳排放和间接碳排放，并根据常用一次能源和二次能源以及常用建筑材料的碳排放强度，对每一项进行分类和计算，最后提出完整的建筑物化阶段碳排放计算思路。

                                         

                                       

                                       

引言

                                     

2009年我国就已经向国际社会承诺了碳减排目标:到2020年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40% ~45%，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，并制定相应的国内统计、监测、考核办法。                                      

                                     

据统计，每年建筑领域排放的二氧化碳量占到总排放量的35%以上。因此，建筑业在面临既要满足建筑量的适当快速增长，以及建筑质量的全面提升的同时，还要满足低碳环保的环境友好要求。                                      

                                     

预制装配式结构(简称PC结构)是以预制构件为主要构件，经装配、连接而成的混凝土结构。它用现代科学技术对传统建筑产业进行全面、系统的改造，通过优化资源配置，降低资源消耗，提高建筑的工程质量、功能质量、环境质量和建设劳动生产率水平，来实现建筑建设的可持续发展。物化阶段是指包括预制构件生产、运输、安装施工过程在内的建筑结构建造阶段。                                      

                                     

一、碳排放计算

                                     

建筑的物化阶段碳排放计算方法可以分为两类:                                      

                                     

一是                                        统计计算出每一项施工工序的碳排放数据,如搭设临时支撑系统的碳排放量、钢筋绑扎的碳排放量、混凝土浇筑的碳排放量等等，最后将各个施工工序的碳排放数据进行累加。由于装配式结构的物化阶段的施工工序太过复杂，而且目前没有针对每一施工工序的碳排放研究成果，缺乏基础数据的支持，因此此方法的可行性较低。                                      

                                     

二是                                        将施工活动仅划分为几个主要的碳排放源，然后统计各排放源的使用和消耗量。因为对于化石燃料和电力、建筑材料生产、人类生活、交通运输等碳排放源造成的碳排放量等都已经有不少的研究成果，这些研究成果对该方法提供了有利的数据支持。因此本文可采用方法二进行装配式结构物化阶段的碳排放计算分析。                                      

                                     

任何一个产品，其碳排放来源都包括直接碳排放和间接碳排放。直接碳排放是指在成品的加工活动中消耗化石燃料、电力、工时而直接向大气排放的二氧化碳。间接碳排放是指成品的组成成分自身所隐含的碳排放。譬如产品M和产品N通过加工产生了产品K。那么产品K的直接碳排放就是加工活动中产生的碳排放，间接碳排放就是产品M和产品N自身所隐含的碳排放。如果继续追踪产品M和产品N的碳排放，会发现它们本身也包括了直接碳排放和间接碳排放。                                      

                                     

社会上每一个产品的生产都会需要很多其它产品的投入，整个社会的碳排放准确来说是-个网状系统，各个产品之间互相包含。但是如果把比例很小的部分关联舍去，总体来说，整个社会的碳排放系统可整理简化为一个层次系统。譬如化石燃料、电力、工时可以当做第一层次，水泥、黄砂、碎石、模板、钢筋等原材料可以当做第二层次，再高一级的产品譬如建筑可以当做第三层次等。在这样的层次系统下，只要统计得出每一种已知产品的碳排放量就可以很方便地计算出新产品的碳排放。                                      

二、碳排放系统边界

                                     

装配式建筑结构物化阶段流程系统如图1所示。其整个物化阶段分为三个阶段:预制构件生产阶段（模板+钢筋+预埋件+其他+预拌混凝土（水泥+砂+碎石+其他）→混凝土预制构件→储存）、运输阶段（装车运输）、安装施工阶段（临时支持系统+施工机械→现场吊装+现场部分→建筑成品）。                                      

                                      
                                     

                                     

综合装配式建筑结构的特点,首先将建筑的碳排放来源分为两类。                                      

                                     

一是直接碳排放 （施工人员+构件运输+施工机械），即建造建筑物过程中的化石燃料、电能、其它能源、人员投入导致的碳排放。如施工机械燃烧柴油、汽油等一次能源向大气直接排放的CO2塔吊使用电力造成的CO2排放等。                                      

                                     

二是间接碳排放 （预制构件+临时支撑系统+其他零星材料+水），即建造建筑物过程中消耗的水、建筑材料、办公用品等产品和原材料的内含碳排放，见图2。                                      

                                     

                                      
                                     

三、基本能源的碳排放强度

                                     

在进行碳排放计算时归根结底要追踪到基本能源的消耗量。基本能源包括化石燃料、电力。通过某种能源的消耗量乘以该种能源的碳排放强度就可以得出该种能源的碳排放量。                                      

                                     

化石燃料的碳排放强度                                                                             

根据IPCC国家温室气体清单指南第二卷一能源，可得到燃料的碳排放强度。常用化石燃料的碳排放强度见表1。                                      

                                     

                                      
                                     

                                     

电力的碳排放强度                                                                             

电力的碳排放强度根据各种类电力的发电量进行加权平均。2009年我国电能的碳排放强度如表2所示。                                      

                                     

                                      
                                     

四、直接碳排放

                                     

施工人员碳排放                                                                             

为体现装配式结构在节约劳动力方面的优势，把人员产生的CO,排放也计入碳排放源系统中。单位工时数乘以单位工时的碳排放强度就是施工人员的碳排放量。                                      

                                     

单位工时数是指在预制构件安装施工阶段所需要的工时数。据分析，2002年中国人均年碳排放总量为1.37426t/人”，换算为天为3.77kg/人。虽然每一工时是8h，但是工人一天的生活基本都是围绕着现场工作的，因此保守地取单位工时碳排放强度值为3.77kg/工时。                                      

                                     

预制构件运输碳排放                                                                             

预制构件在运输阶段各类工具产生的CO2可用燃料的的消耗量乘以相应燃料种类的碳排放强度(表1)，即可得出运输阶段的碳排放量。                                      

                                     

施工机械碳排放                                                                             

施工机械在预制构件的安装施工过程中的CO,排放来源包括机械使用过程中消耗的电力和化石燃料、保养消耗、摊销费用。其中电力和化石燃料部分只要有统计量然后乘以相应的碳排放强度就可以得出。因为施工机械的造价往往很高，其制造过程中也会消耗大量的原材料和能源，排放出不可忽视的CO2量，因此需要考虑机械的保养和摊销造成的相当碳排放。这两部分可以通过将保养和摊销造成的财务损失换算成当地的用电量，然后用电力的碳排放强度进行计算。                                      

五、间接碳排放

                                     

间接碳排放来源可以认为是建筑建造过程中消耗了原材料和中间产品，而这些原材料和中间产品在其生产过程中也会直接和间接地向环境排放CO2，因此为了从全寿命周期的角度审视建筑在物化阶段的碳排放情况，需要将这部分原材料和中间产品自身的隐含碳排放纳入进来。主要建筑材料的CO,排放强度见表3。                                      

                                     

                                      
                                     

                                     

预制构件碳排放                                                                             

预制构件需要消耗预拌混凝土、钢筋、预埋件和其它辅助材料。而他们的制造和生产都需要向环境排放CO2。根据本文第一节中直接碳排放和间接碳排放的定义，预制构件的碳排放包括预制构件生产活动中的碳排放和预拌混凝土、钢筋、预埋件和其它辅助材料的隐含碳排放。其中常用标号预拌混凝土的碳排放强度值见表4;钢筋、预埋件和其它辅助材料的碳排放强度见表3;预制构件生产活动中的碳排放量是在该活动中消耗的化石燃料、电力、工时乘以各自的碳排放强度。                                      

                                     

                                      
                                     

                                     

支撑材料的碳排放                                                                             

据调研，支撑材料多为租赁。为简便起见，将租赁费用换算成等价格的当地电力消耗，然后计算碳排放量。                                      

                                     

用水的碳排放                                                                             

水本身不会产生CO2，但是生产和运输水的过程会因为消耗能源和其它材料而产生碳排放，根据耗能工质能源等价值参考表可知，新水的单位耗能工质耗能量为7.535MJ/t，折标准煤系数为0.2574kgce/t，换算成碳排放强度为0.6324kg/t。用水量为预制构件施工阶段的生产用水。因为生活用水产生的碳排放已经计入人员的碳排放，因此不再纳入总用水量范围内。预制构件生产阶段中因消耗水所造成的碳排放已经计入预制构件的碳排放，因此也不纳入用水范围内。                                      

                                     

其它零星材料的碳排放                                                                             

由于零星材料的种类太多，且各自的用量很少。为简便起见，将零星材料的费用按等值原则换算成当地的电力消耗量，乘以电力碳排放强度，作为零星材料的碳排放。                                      

六、结语

                                     

建筑的碳排放主要集中在使用阶段，但是在建造阶段却具有最高的碳排放强度，因此，有必要研究如何降低建造阶段的碳排放强度。本文在综合装配式建筑结构特点及施工流程的基础上，首先确定碳排放的系统边界，即碳排放的计算范围。然后将装配式建筑结构物化阶段的碳排放源分为直接碳排放和间接碳排放。将这些碳排放源的碳排放进行累加，就可以计算出装配式建筑结构物化阶段的碳排放总量: C结构=C古接+C间接= (C人员+C云输+C机械) + ( C构件+C支撑+C水+C零里)。                                      

                                     

为求得各碳排放源的碳排放量，需要获得各个碳排.放源的消耗量和碳排放强度。在现场只要进行每月化石燃料、电力、工时以及预制构件、支撑、水的统计，就可以获得各碳源的消耗量。统计碳源消耗量的工作也有利于现场的施工管理。施工单位每月的碳源统计，有利于施工单位自身的施工质量、进度、效率的自我检查，方便适时地做出调整，使得项目有序顺利进行。消耗量需要现场的实际统计数据，而碳排放源的碳排放强度需要相关行业更为深入的研究。                                      

                                     

通过本文提出的计算思路，根据已有产品的碳排放强度值，可以方便地得出装配式建筑结构在物化阶段的碳排放量，有利于比较装配式建筑结构相较于现浇结构在节能减排方面的优越性。同时也有利于分析装配式建筑结构的碳排放源分布，确定主要的碳排放来源并提出针对性的减碳措施。随着相关社会产品碳排放强度值研究的不断深入，预制装配式建筑结构碳排放计算结果会越来越准确，可以作为政府有关部门衡量施工企业绿色施工水平的考核指标。