预制构件物化阶段碳排放量测算及综合成本分析*

齐 月 陈 颖

(1 中南林业科技大学 长沙 410000)(2 中南林业科技大学 长沙 410004)

1 研究背景

在“双碳”背景下,装配式建筑以其减少温室气体排放、降低能源消耗、绿色高效等优点成为建筑行业实现低碳化发展的关键技术路径。然而,现阶段装配式建筑的高造价已成为制约其发展的瓶颈。通过核算分析装配式建筑的碳排放量[1,2]和成本[3,4],可有效推动装配式建筑快速发展。根据现有研究可知,装配式建筑的碳排放量主要取决于预制构件的碳排放量[5],因此本文以预制叠合板为实证对象,通过构建预制构件物化阶段碳排放测算模型,对其物化阶段的碳排放量和建安成本进行核算,引入碳单价将碳排放量转化为碳排放成本,提出将碳排放成本包含在内的综合成本核算方法,对预制构件的碳排放量和综合成本的分析。

2 预制构件物化阶段碳排放测算模型

2.1 计算模型

将物化阶段划分为建材开采、建材运输、构件生产、构件运输和装配施工阶段,选用碳排放因子法构建预制构件物化阶段的碳排放测算模型。

2.1.1 建材开采阶段

建材开采阶段碳排放来源于预制构件的原材料生产和开采、运输和加工以及资源消耗的碳排放。

式中:C1——建材开采阶段碳排放量;

Qi——第i种材料消耗量;

Fi——第i种建材碳排放因子。

2.1.2 建材运输阶段

建材运输阶段碳排放源来自原材料从工厂运输到构件厂的过程。假设运输车辆在运输过程中为满载状态,返回过程中为空载状态,还需考虑空载返回产生的碳排放量。根据毛睿昌[6]等人的研究,空载状态下运输车辆的环境负载为满载状态的0.67倍,计算运输车辆碳排放量的放大系数为1.67。

式中:C2——建材运输阶段碳排放量;Di——第i种建材运输距离;

Fij——第i种材料在运输过程中使用的第j种运输方式的碳排放因子;

K——运输车辆碳排放放大系数1.67。

2.1.3 预制构件生产阶段

构件生产阶段包括构件制造、能源使用等环节,碳排放源为预制构件生产过程中机械台班消耗及人员消耗。

式中:C3——构件生产阶段碳排放量;

Eij——第i类预制构件生产过程中使用的j种机械的台班数量;

Cij——第i类预制构件安装施工过程中使用的j种机械的台班能源用量;

Fj——第j种机械消耗能源碳排放因子;

Fn——人工碳足迹因子;

n——人工工日数。

2.1.4 预制构件运输阶段

运输过程碳排放主要来自预制构件从工厂生产完成后被运输至建筑工地的过程。

式中:C4——构件运输阶段碳排放量;

Mi——第i种预制构件的总质量;

Di——第i种预制构件的运距;Fij——第i类预制构件运输过程中使用的第j种运输方式的碳排放因子。

2.1.5 装配施工阶段

该阶段是指预制构件装配施工时各施工机械能源消耗产生的碳排放。碳排放主要来源于现场施工过程中人工和施工机械消耗能源所产生的碳排放。

式中:C5——施工阶段碳排放量;

Tij——第i类预制构件在安装施工过程中使用的j种机械的台班数量;

Mij——第i类预制构件安装施工过程中使用的j种机械的台班能源用量;Fj——第j种机械消耗能源的碳排放因子;En—人工碳足迹因子;

2.3 预制构件综合成本测算模型

本文定义了综合成本的概念,提出了包含碳排放成本在内的综合成本核算方法,即装配式建筑物化阶段的综合成本为建安成本与碳排放成本之和。

2.2.1 建安成本

采用综合单价法计算装配式混凝土建筑预制构件的建安成本。

式中:Ma——构件生产阶段成本;

Mb——构件运输阶段成本;

Mc——装配施工阶段成本。

2.2.2 碳排放成本

碳排放成本是指为了减少温室气体排放而需要付出的经济代价,是衡量碳减排行为的经济性指标。通常用每吨二氧化碳的货币单位来衡量。单位碳排放成本的确定方法包括碳交易市场价格、碳税价格、碳减排边际成本。本文的碳单价采取碳交易市场平均价格。

式中:P——碳排放量;

L——单位碳排放的成本。

3 案例分析

本文案例为湖南省长沙市某装配式混凝土建筑项目。该项目装配式混凝土建筑面积为219 026.87 m2,地上建筑面积为11 926.43 m2,装配率为50.4%。预制构件包括叠合板、楼梯和PC隔墙,其中部分隔墙采用ALC板材。研究对象选择使用率最高的预制混凝土叠合板,该项目中预制混凝土叠合板的总体积为719.9m3。

3.1 物化阶段碳排放测算

本文仅对预制构件物化各阶段占预制构件总重量95%以上的主要建材进行计算,忽略重量比低于0.1%的建材。利用公式(2)～(6)计算得出本案例各物化阶段中预制叠合板的碳排放量结果见表1。

表1 基础数据汇总表

由基础数据数据计算了预制叠合板各阶段碳排放量占物化阶段碳排放总量,由表1看出,各阶段碳排放量占碳排放总量的从大到小依次为建材开采阶段>建材运输阶段>构件生产阶段>构件运输阶段>装配施工阶段。其中,建材开采阶段的碳排放量占比最高,约85.45%,现场装配阶段占比最少,约0.37%。预制混凝土叠合板在物化阶段的碳排放主要来自建材开采和运输阶段。因此,针对这两个阶段的碳减排具有较大空间。

3.2 综合成本测算

采用2.4.2所述方法套用《装配式建筑工程消耗量定额》计算了预制叠合板的综合成本。

由表2可知,每10 m3预制混凝土叠合板的全费用综合单价为54 406.09元,单位体积全费用综合单价为5 440.609元/m3。案例中单个构件的体积为0.442 m3,可计算出本案例中单个预制混凝土叠合板的成本为2 404.749元。由建筑预制混凝土叠合板构件的总体积为719.9 m3,得到全费用综合单价为39 166 942元。碳单价选取2022年第一轮全国性碳排放权交易平均价格49.23元/吨。本案例中预制叠合板的碳排放成本为:3 453.159×49.23=169 999.018 元。案例中预制混凝土梯段板的综合成本为39 166 942+169 999.018=39 336 941.02元。

表2 10m3 单位体积预制叠合板造价组成

4 结语

本研究采用碳排放因子法,建立了预制构件物化阶段的碳排放模型,基于此模型测算了某装配式混凝土建筑预制叠合板的碳排放量。提出了包含碳排放成本在内的预制构件综合成本测算方法,该综合成本不仅包括造价的经济因素,还涵盖了碳排放量的环境因素。在量化碳排放成本的同时,提高了装配式建筑的成本核算精度,有利于从整体角度评价预制构件的成本效益。