建筑施工低碳量排放与技术研究
2023-04-29姚锦华
姚锦华
关键词：建筑物；碳排放测算；低碳理论；应用研究
中图分类号：X22 文献标志码：A
前言
目前，中国每年新建建筑是20亿平方千米，其中30%以上的建筑没有达到建筑节能标准。建筑低碳排放的研究越来越受到关注，王载依据LCA理论，建立建筑碳排放评价模型，对不同材料的建筑物进行碳排放量的评价，研究表明，木材房屋碳的排放量最小。Wang J依据BIM技术，建立建筑拆除废物的碳排放评估模型，研究表明，回收的金属废料比砌体的碳减排量大。文献[3]中，结合BIM技术，针对预制建筑施工阶段的难题，研究出一种新的碳排放测算方法。尚青等研究者在BIM技术基础之上，针对建筑设计阶段的碳排放量，研究出一种以建筑要素为基本单元的新的碳排放量计算方法，极大的提高了计算效率。孟庆成利用BIM技术，研制了一种碳排放量测量系统，并用于预制建筑物的施工阶段。崔航利用BIM技术，对整个建筑全生命周期内的碳排放量进行了计算。刘惠艳等研究者，通过对建筑的设计阶段的研究，建立了建筑物整个生命周期的碳排放的测算方法，建筑物生命周期阶段的划分以及每个阶段碳排放的测算公式等。文章依据建筑低碳排放的理论，分析了影响建筑碳排放的因子，并依据BIM软件的EcoDesigner插件，对已建成的建筑物进行模拟仿真，对其建筑所需的建筑材料等进行模拟，计算出建筑物不同阶段的碳排放量。
1建筑施工碳排放分析
1.1影响因素分析
建筑施工阶段，影响碳排放的因素很多，比如：建筑层数、建筑单位面积的耗电量等，同时也是二氧化碳排放量最重要的阶段。材料设备在运输过程中，也就是建材阶段，碳排放的主要来源是依托的交通工具的能耗。施工安装作业过程中，也就是各施工阶段，碳排放的主要来源是设备以及生活工作中产生的能源消耗，主要涉及到设备的使用、现场的二次搬运以及施工垃圾等产生的碳排放。
确定了施工阶段碳排放的来源，碳排放的影响因素对碳排放量也有一定影响。影响因素主要有运输方式、总量、距离以及运输效率、施工过程中人工操作、机械运转等、施工现场各种临时场所的保稳定能、照明等、建筑物本身的层高、结构类型、面积以及所用的材料的总量等、施工过程中的气温以及海拔等有关系。
1.2碳排放量计算方法
1.2.1建材阶段
此阶段的碳排放主要由建材的生产和运输产生。目前建筑材料的碳排放量按照二八原则（材料使用量达到总材料量的80%，才测算其碳排放量）。其选择的建材主要有：水泥、混凝土、钢材、砖块以及木材等，其各碳排放因子如表1所示。目前运用较广泛的碳排放量的计算公式如式（1）所示。
P建材生产=建材用量×建材CO2排放因子×（1+施工损耗率）式 （1）
1.2.2运输阶段
此阶段主要是各种建筑材料从生产地运输到施工现场所产生的碳量，其与运输工具以及距离等有关系。不同的建筑材料选择不同的运输方式，其对应的碳排放因子也有所不同，如表2所示。目前针对运输阶段计算的碳排放量公式如式（2）所示。
P建材运输=建材用量×运输距离×周转能耗×CO2排放因子×（1+施工损耗率） 式（2）
1.2.3施工阶段
此阶段主要有各种机械设备的运转以及施工工艺的燃料消耗等产生的碳量。文献[8]中，提出施工阶段的碳排放占整个建筑生命周期碳排放总量的0.46%。也有研究指出，对于此阶段的碳排放量，可以忽略不计。但是文章出于数据的精确性，依然选择采用线性回归方程式的计算方法进行碳排放量的计算，施工过程过于繁琐，研究者对于不同施工程序的碳排放的研究也较少，但是对已经落成的建筑，其建筑的面积、类型以及高度等都是确定的，使用此方法能快速、并容易的推测出施工阶段的碳排放量。其计算公式如式（3）所示。
2碳排放计算方法以及模型的建立
2.1测算建筑物碳排放方法简介
在BIM软件中，可以通过对建筑模型参数的输入等操作，计算出建筑物的碳排放以及能量消耗，不需要通过碳排放因子等公式对其碳排放量的计算，方便了建筑师对于建筑物不同的设计方案进行对比，对设计方案进行最优化改进。
BIM软件中的插件-EcoDesigner，可以将建筑的信息模型转化成能量模型，从而为建筑的低碳节能设计进行服务。该软件在建筑能效评级标准的条件下开展工作流程的设计，有以下功能：对建筑能量模型进行校准、对低能耗式的建筑方案的设计、建筑整体的能效优化以及建筑物的碳排放量的计算等。还可以提供年度的能量消耗、每月的能量平衡信息、出示可视化的建筑能量评估报告、建筑设计初期可对其初步能效进行分析等。
2.2建筑模型的建立
文章将对西安某一办公与商业综合性的大楼进行模型的建立，建筑用地面积为9542m2，总的建筑面积为86199m2，地上面积63865m2，地下（2层）面积22 299m2，商业建筑面积22029m2，其中A座办公楼总建筑面积18010 m2，层数26楼，长宽比1.34，层高3.6 m；B座办公楼建筑总面积23809m2，层数26楼，长宽比1.75，层高3.6m。
3碳排放量结果分析
3.1建材阶段碳排放量
由于建筑物所需的建材数量多、种类繁杂。碳排放的计算按照公式以及碳排放因子推算，费时费力，而且还会出现统计信息不全等因素，借助于Ar-chiCAD软件中EcoDesigner，对建筑物进行模拟，可以得到整个建筑物所需的建材信息以及使用量，依据各个建材的碳排放因子对整个建筑物的建材阶段的碳排放量进行计算，其模拟的建材信息如图1所示，计算的总的碳排放量为15.91Kg/m2。
3.2施工阶段碳排放量
此阶段的碳排放量计算依据式（4）计算，单位建筑面积的排放量为建筑层数+1.99。因次建筑物该阶段的碳排放量是27.98 Kgm2。使用年限50年，则每年的碳排放量为0.57Kg/m2a。
3.3运行阶段碳排放量
在EcoDesigner软件中，进行建筑物的模型建立工作，对内扰、人员作息时间以及单位面积人数等各参数进行设定以后，开始进行能耗的计算。单位面积的总能耗为106.87 KWh／m2，逐月的冷热负荷如图2所示，以及整个建筑在运行阶段的碳排放量为78.1Kgm2。
文章使用的是EcoDesigner软件，首先计算出建筑物的各个能耗，然后根据各个能源的碳排放因子转化成碳排放量。此种解决方法方便可行、测算效率高，软件本身的可视化程度高。也可以在建筑物的设计方案，通过此种方法测算出建筑物运行阶段大概的碳排放量，对设计方案的优劣进行对比，选择最佳方案。
4结论
文章通过对建筑物碳排放的影响因素的分析，分析了建筑物碳排放来源，并确定了建材阶段、施工阶段、运行阶段的碳排放的计算公式。在建筑设计角度，基于BIM中的EcoDesigner软件对西安某一办公与商业综合性的大楼进行模型的构建.并依据碳排放算法，分别计算了建材阶段、施工阶段、运行阶段的碳排放量分别为15. 91 Kg/m2、0.57 Kgm2、78.1Kg/m2。此方法方便可行、测算效率高，该计算方法也可以对初期的设计方案进行优劣对比，进而对方案起到优化作用。
