装配式混凝土建筑碳排放度量和效益

李德智 汪江波 东南大学土木工程学院，南京 210096

1 装配式混凝土建筑碳排放的度量方法

建筑物碳排放的度量方法多种多样，包括碳排放系数法、质量平衡法、生产线直接能耗法等。其中，碳排放系数法的基本原理是“碳排放量=∑活动数据×排放因子”。式中，活动数据即为材料或能源的用量，而排放因子又称排放系数，是指生产单位产品或消耗单位能源所排放的二氧化碳数量。该方法原理简单、方便直接、可信度高、所需数据较少、适用范围广，是当今碳排放估算的主流方法。根据装配式混凝土建筑碳排放机理，使用碳排放系数法，将装配式混凝土建筑生命周期分为建材生产、构件工厂化生产、运输、装配施工、运营、拆除与回收这六个阶段。其全生命周期碳排放计算方法如下：

式中，C表示装配式混凝土建筑生命周期碳排放总量，C1、C2……C6分别表示建材生产、构件工厂化生产、运输、装配施工、运营、拆除与回收这六个阶段的碳排放量。

建材生产阶段涉及原材料的开采、运输及建材在工厂的生产。碳排放的来源为原材料的开采及运输过程的碳排放，以及建筑材料生产过程的化学反应及能源消耗带来的碳排放，计算方法如下：

式中，Mi表示第i类建材的使用量，FM,i表示第i类建材的生产碳排放因子。

构件工厂化生产阶段涉及部品构件的生产。本阶段为装配式混凝土建筑独有的一个阶段，碳排放的来源为部品构件生产过程中电能和燃料的消耗，计算方法如下：

式中，Ej表示第j类能源的使用量，FE,j表示第j类能源的碳排放因子。

运输阶段涉及将建材、部品构件运输至工地的过程。碳排放的来源为运输工具消耗燃料所产生的碳排放，计算方法如下：

式中，Gi表示第i类建材的总重量，Di表示第i类建材从产地到施工现场的距离，FT,i表示运输第i类建材对应运输方式的碳排放因子。

装配施工阶段涉及建材、部品构件从到达建筑工地到成为建筑雏形的过程。碳排放的来源为施工机械运行产生的碳排放及工人们生活所产生的碳排放，计算方法如下：

式中，Xp表示第p类机械的使用量，FX,p表示第p类机械设备的碳排放因子，Qq表示工人生活所需的第q类能源或资源的使用量，FQ,q表示第q类能源或资源的碳排放因子。

运营阶段涉及建筑的使用与维护。使用阶段所考虑的碳排放主要包括电力、燃气、水等能源与资源的消耗，维护阶段所考虑的碳排放包括建筑物的维修、翻新的建材消耗，计算方法如下：

式中，Qr表示建筑物年均第r类能源与资源的使用量，FQ,r表示第r类能源与资源的碳排放因子，Y表示建筑物的使用年限，Rs表示建筑物第s类需更换建材使用量，Ns表示第s类建材的更换次数，FM,s表示第s类建材生产的碳排放因子。

拆除与回收阶段（公式从略）涉及建筑的拆除与建材的回收利用。建筑物拆除的碳排放包括拆除机械运行所产生的碳排放。值得一提的是，装配式混凝土建筑独具的模块化特性能使其部品构件循环利用，因此，装配式混凝土建筑在此阶段应考虑回收建材所形成的“负碳排放”。

2 装配式混凝土建筑碳减排的效益

建筑在其全生命周期的各个阶段都会对环境产生一定的影响。装配式混凝土建筑的建造方式使得其与传统现浇混凝土建筑相比，各个阶段的碳排放也会不同。在建材生产阶段，装配式混凝土建筑能在一定程度上节约材料；构件工厂化生产阶段是装配式混凝土建筑独有的一个阶段，对混凝土构件的养护过程需消耗一定的能源；装配式混凝土建筑在运输阶段的碳排放略有提高；在施工阶段，装配式混凝土建筑独有的建造方式能够大大提升建造效率，减少能源消耗，减少工期，具有较高的碳减排效益；在运营阶段，装配式混凝土建筑具有比传统现浇混凝土建筑更好的热工性能，能够节约能源，减少碳排放；装配式混凝土建筑在拆除与回收阶段的碳排放碳减排效益主要体现在构件的回收上。

2.1 装配式混凝土建筑资源消耗的减少

装配式混凝土建筑工厂化生产的特点带来了较好的节材效益。首先，装配式混凝土建筑节约木材，装配式预制构件的生产广泛应用钢模板，大量节省了传统现浇混凝土建筑应用的木制模板。其次，装配式混凝土建筑节约保温层及砂浆，外墙的工厂化生产也带来了保温层及砂浆的节约，预制外墙的保温层埋在混凝土里，隔热层也得到了很好的保护，因此预计使用寿命即为建筑结构的使用寿命。与此相比，在传统现浇混凝土建筑的保温层需使用砂浆粘贴到结构的外表面，其寿命会短一些，一般仅为25年。从全生命周期的角度看，装配式混凝土建筑节约了此部分的砂浆用量，也节约了一半的保温层用量。再次，装配式混凝土建筑节约水，装配式混凝土建筑的预制构件采用蒸汽养护或者水养护，和现浇混凝土的养护相比，水资源的利用更为精细。最后，装配式混凝土建筑节约人力，装配式混凝土建筑的大量工作在工厂完成，施工现场工人的数量减少，工期缩短，减少了施工人员的生活资源的消耗。

2.2 装配式混凝土建筑能源消耗的减少

装配式混凝土建筑在施工阶段与运营阶段均可带来可观的节能效益。在施工阶段，装配式混凝土建筑中的塔式起重机具有较明显的碳减排效益。在运营阶段，装配式混凝土建筑的节能效益体现在以下两点：一是装配式混凝土建筑中预制外墙的保温层埋在混凝土里，故其隔热层寿命长，老化速度慢，从而使得装配式混凝土建筑的热工性能衰减较慢，提升了其能源效率；二是装配式混凝土建筑更容易与太阳能技术相结合，实现太阳能与建筑的一体化，促进可再生能源的利用，减少建筑物的碳排放。

相对于传统现浇混凝土建筑，装配式混凝土建筑在构件工厂化生产阶段和运输阶段的碳排放较高。在构件工厂化生产阶段，预制构件在养护过程中需要热水或蒸汽，对应的能量来源为燃煤，现浇方式则没有这一能源消耗，这会带来一定的碳排放增加。

2.3 装配式混凝土建筑垃圾废弃物的减少

装配式混凝土建筑产生的垃圾废弃物远少于传统现浇混凝土建筑，主要由以下两点体现。首先，装配式混凝土建筑的部品构件可以回收利用，且构件标准化能够进一步提高建材回收率，相对于传统现浇混凝土建筑，减少了垃圾废弃物的排放，使建材得到循环利用，碳减排优势巨大。其次，各个构件都是预先在工厂进行标准化生产的，对于其质量和材料的控制更为有利，能够在最大程度上减少材料损耗，可更加合理、高效地使用建材，减少垃圾废弃物的产生。