绿色装配式农房物化阶段碳足迹测度与减排策略研究

刘思峥 杨增科

（河南理工大学土木工程学院，河南 焦作 454000）

0 引言

村镇装配式住宅作为西部农村地区村镇住房产业化改革的新型结构形式，是我国建筑领域应对气候变化，实现低碳发展的重要抓手。2021年10月26日，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》（国发〔2021〕23号）指出：“在城乡建设碳达峰实施领域，要加快推进农村建设和用能低碳转型、推进绿色农房建设、加快农房节能改造”。现阶段，装配式住宅因其高效、环保、可持续等优势，在政策和市场需求的驱动下得到了迅猛发展。然而，由于我国区域间经济发展的不平衡，西部干旱地区农房质量良莠不齐，绿色装配式农房的市场推广尚处于起步阶段[1]。目前，对于绿色装配式农房的研究主要聚焦于技术难点、市场可行性及成本测算等方面，缺少对碳足迹的定量测算和分析。因此对西部地区装配式农房进行全寿命周期碳足迹测度，对实现我国碳达峰、碳中和这一国家战略，推动建筑行业技术创新与行业变革，显著降低建筑业的碳排放尤为重要[2-3]。

本文基于全寿命周期理论及普适性碳足迹测算方法，构建我国典型干旱区绿色装配式农房全寿命周期碳足迹测算模型；结合新疆维吾尔自治区高校科研计划示范项目，对绿色装配式农房物化阶段碳足迹测度与减排策略进行研究[4-5]。

1 工程概况

新疆作为我国典型的西部干热气候地区，常年干燥少雨，全年温差及昼夜温差巨大，特殊的气候原因及地理条件，使得新疆传统民居建设存在设计不规范、节能效果差、质量通病多及整体成本高等现象，农房类建筑整体使用寿命小于30年，建设劳动力消耗高于传统建筑的50%，全寿命周期成本（含建设成本及使用成本）约为传统建筑的2倍，农房的绿色建造标准化亟待转型。由西安建筑科技大学绿色建筑研究所研发的装配式绿色农房自2018年起在新疆各地区进行尝试建造，对干旱区绿色农房建设改革起到了良好的引领示范作用[6]。

预制密肋夹芯保温复合墙结构体系是区域示范工程，位于新疆昌吉州榆树沟镇。项目地上二层为居住建筑，层高3.3m，占地面积239.18m2，总建筑面积186.12m2，户型为5室1厅1厨2卫，其中一层106.92m2、二层79.2m2。建筑围绕走廊呈现“十”字型布局，按照功能区域进行划分，一层平面南侧设置为老人卧室、卫生间、厨房，北侧设置为卧室、客厅；二层平面南侧设置为卧室、露天平台，北侧设置为卧室、卫生间，建筑形体及户型如图1所示。

图1 昌吉绿色装配式农房平面图

经评测，该项目装配化率约为84%，主体预制构件包括：预制夹芯保温复合外墙板、预制密肋复合墙板、预制叠合楼板、预制叠合梁、预制楼梯、预制叠合柱及门窗等；预制构件水平连接形式为插嵌连接，垂直连接形式为套筒灌浆连接、预制混凝土浇筑湿接[7]。主体构件及现场施工工艺参数如表1所示。

表1 主体构件工艺参数

2 研究方法

2.1 系统边界

建筑全寿命周期碳足迹计算的系统边界一般分为“从摇篮到大门”（B2B）和“从摇篮到坟墓”（B2C）两种[8]，碳排放计算包含《IPCC国家温室气体清单指南》中列出的各类温室气体。本文基于全寿命周期视角，结合案例特点，将昌吉州绿色装配式农房碳足迹测算物化阶段系统边界设定为：构件生产、运输、安装、施工过程中的材料、工器具、机械车辆等使用产生的碳排放，电力、柴油、天然气、煤炭等化石燃料消耗产生的碳排放。

2.2 碳足迹计算方法

依据对该绿色装配式农房全寿命周期碳足迹测算的系统边界设定可知，项目在全寿命周期各阶段中均存在能源消耗及温室气体排放，为确保数据收集的准确性、理清项目碳排放的直接和间接来源，本文采用排放系数法，即“碳排放量=活动数据×碳排放因子”，其中活动数据包含预制构件消耗量、机械能源消耗量等各类数据，数据单位按照国家建筑行业标准通用单位，如m2、m3、kWh、kg等；碳排放因子表示每单位活动数据投入产出的碳排放当量数。本文从消费端视角对装配式农房项目进行全寿命周期碳足迹测评研究[9-10]。

2.3 测算模型的构建

项目所在地昌吉州为装配式建筑重点发展地区，构件生产商货源充足、生产线齐全完备。经实地考察，项目物化阶段碳足迹可通过核验项目工程量清单、运输距离及运量消耗等进行量化研究。该农房项目的物化阶段碳足迹测算公式表示为：

式中：

C1——装配式绿色农房物化阶段碳排放量，kgCO2eq；

Qi——第i种预制构件消耗量；

Fi——第i种预制构件碳排放因子；

Mi——运输第i种构件车辆每百公里燃料能源消耗量，kg；

Li——第i种预制构件运输距离，km；

Fk——第k种能源碳排放因子，kgCO2eq/kg；

Ri——安装第i种预制构件人工工日数，工日；

Fr——人工劳动力碳排放因子，（kgCO2eq/人×工日）；

Ek——构件安装过程第k种机械能源消耗量，kg；

Fk——第k种能源碳排放因子，kgCO2eq/kg。

3 结果与分析

3.1 数据收集

依据该装配式农房全寿命周期碳足迹测算阶段模型中涉及的预制构件、机械车辆、化石能源等碳排放因子取自于2019年发布的《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366-2019）及现有学术成果的测度研究，各材料及能源的碳排放因子数据及其来源如表2所示。

表2 碳排放因子数据及其来源

3.2 物化阶段碳足迹计算

参照《装配式建筑工程消耗量定额》（TY 01-01(01)-2016）和新疆维吾尔自治区《装配式建筑评价标准》（XJJ 116-2019）以及工程设计图纸、设计说明等基础资料，利用广联达算量软件GCL 2021和施工现场各分项工程实地调研数据计算项目主材消耗量清单，结合公式（1），选取恰当的碳排放因子，进行物化阶段成品建材碳排放量计算。项目主体消耗量清单及其碳排放量计算如表3所示。

表3 主体建材消耗碳排放量

项目在施工安装过程中遵循“就地取材”的原则，所需各类建筑构配件均来自新疆七星建设科技股份有限公司构件厂，根据现场记录显示，预制构件厂至项目施工现场平均运输距离为45km，全程采用公路运输，运载车辆选用轻型柴油货车（载重2t）、混凝土搅拌车（载重12m3）均为满载运输，运输到施工现场集中卸载，卸载后车辆需统一返回构件厂（考虑往返油耗）。通过查阅《中国交通年鉴》统计数据，载重2t的柴油货车每100km耗油量为6L，载重12m3的混凝土搅拌车每100km耗油量为45L，柴油密度以0.84kg/L 计算，计算得出柴油货车和混凝土搅拌车每100km耗油量分别为5.04kg和37.8kg。构件运输过程碳排放计算如表4所示。

表4 构件运输过程碳排放量

装配式农房构件安装过程碳排放主要来源于施工现场人、材、机消耗所产生的温室气体排放。按照项目的施工安排，该绿色装配式农房实际工期为23d，根据主体消耗量清单及机械设备进场记录，预制构件安装过程碳排放量计算如表5所示。

经测算数据汇总，该项目物化阶段碳足迹总量为531.204tCO2eq，如表6所示。

表6 物化阶段碳排放量统计表

4 减排策略

依据以上研究，对政府、建设单位、施工企业三方提出以下减排要求：

（1）通过发展绿色装配式农房示范项目，提高新型绿色建筑体系的社会认可度。政府可通过政策引领及财政补贴等形式，加快试点示范项目的建设，让农民切实感受到节能住宅的优越性，以点代面，推进农村地区新型绿色建筑的发展；同时，应充分调动基层工作者宣传作用，加大绿色建材的宣传力度和政策引导，倡导结合工程特点，优先选用碳排放因子小、回收利用率高的绿色建材并对购买绿色建材的农民给予一定的经济补贴。

（2）加快推广农村装配式建造模式，促进建筑业转型升级。市场可采取以施工企业为主导的产学研模式，充分发挥各方优势，结合当地风土人情，因地制宜开发具有本土风格和地方特色的装配式农房；最后，以市场需求为导向，构建农村装配式建筑产业链，将自身技术与信息化技术相结合，推动农村装配式建筑高效快速建设与发展。

（3）加强建筑废弃物回收利用宣传，提高产业链闭环资源利用效率。建设单位应定期对装配式农房进行维护，延长住宅使用年限，同时保证构件的可循环利用；提高对建筑垃圾处理的环保意识，制定科学详细的拆除方案，提高建筑垃圾资源化利用效率，进一步降低建筑全寿命周期碳排放总量。

5 结束语

本研究基于全寿命周期理论进行装配式建筑碳足迹边界设定，构建了我国西部典型干旱地区绿色装配式农房碳足迹测算模型，并对位于新疆昌吉州榆树沟镇的绿色装配式农房进行了实证测度，研究结论如下：

（1）基于全寿命周期碳足迹系统边界构建的绿色装配式农房全寿命周期碳排放测算模型，具有一定的普适性，可为我国装配式农房碳足迹测算提供理论参考。

（2）该绿色装配式农房全寿命周期碳足迹总量较传统农房年均碳足迹总量低，效益显著，可作为农村低碳住宅可持续推广的有效依据和相关理论支持。