鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅物化階段碳排放研究
劉新華-海南浙大鋼構(gòu)有限公司
瀏覽次數(shù)：1090次發(fā)布時(shí)間：2023/06/18
摘要：裝配式建筑是指通過預(yù)制主要部件并加以集成打造而成的建筑。當(dāng)前，裝配式建筑已經(jīng)得到了廣泛的推廣使用，但作為其中的一種重要結(jié)構(gòu)形式，裝配式鋼結(jié)構(gòu)并未在眾多裝配式建筑中占據(jù)較高比例。2019年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部強(qiáng)調(diào)，要在全國有序推進(jìn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅，以此推進(jìn)我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑有綠色環(huán)保、抗震性能好、空間利用率高、部品部件可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)。本文針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅物化階段碳排放的控制措施進(jìn)行分析，僅供參考。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)裝配式；物化階段；碳排放
引言
溫室氣體排放導(dǎo)致的氣候變化問題已成為全球關(guān)注焦點(diǎn)，中國作為目前世界上碳排放最多的國家之一，承諾二氧化碳排放2030年左右達(dá)到峰值，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。建筑全生命周期涉及碳排放的階段可以分為物化階段（包括建材生產(chǎn)、建材運(yùn)輸、施工建造）、使用階段、更新維護(hù)階段、拆除廢棄階段。物化階段碳排放占全生命周期的比例約為14%~21%，同時(shí)，由于我國建筑的建設(shè)量逐年增加、建設(shè)周期較短，物化階段溫室氣體排放呈現(xiàn)集中且強(qiáng)度大的特點(diǎn)�！�2021中國建筑能耗與碳排放研究報(bào)告》中數(shù)據(jù)顯示，物化階段碳排放總量占建筑行業(yè)整體碳排放總量的57.4%，其影響不可忽視，降低該階段二氧化碳排放（二氧化碳當(dāng)量）是實(shí)現(xiàn)建筑碳減排目標(biāo)的重要手段。
1 計(jì)算方法
1.1 碳排放因子
碳排放因子是指將能源與材料消耗量與二氧化碳排放相對(duì)應(yīng)的系數(shù)，用于量化建筑物不同階段相關(guān)活動(dòng)的碳排放。建筑運(yùn)行、建造及拆除階段中因電力消耗 造成的碳排放計(jì)算，應(yīng)采用國家區(qū)域電網(wǎng)平均碳排放因子。
1.2 建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段
建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段碳排放計(jì)算主要包括建筑主體結(jié)構(gòu)材料、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu) 材料、建筑構(gòu)件和部品等。計(jì)算的主要建筑材料應(yīng)為總重量不低于建筑中所耗建材總重量的95%。此階段額度碳排放因?yàn)榻ú纳a(chǎn)階段碳排放與建材運(yùn)輸階段碳排放之和，并應(yīng)按下式計(jì)算：CJC=（CSC+Cys）/A
式中：CJC—建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段單位建筑面積的碳排放量（kgCO2e/㎡）；CSC—建材生產(chǎn)階段碳排放（kgCO2e）；A—建筑面積（㎡）。
1.3 運(yùn)行階段
建筑運(yùn)行解讀那的碳排放計(jì)算范圍應(yīng)包含暖通空調(diào)、生活熱水、照明及電梯、可 再生能源、建筑碳匯系統(tǒng)在建筑運(yùn)行期間的碳排放量。運(yùn)行階段的碳排放量應(yīng)根據(jù)各系統(tǒng)不同類型能源消耗量和不同類型能源的碳排放因子確定。
2 裝配式建筑工程碳排放量的影響因素分析
2.1 決策階段對(duì)碳排放造成的影響
首先，裝配式建筑工程施工技術(shù)需要在決策階段中進(jìn)行選擇，保證對(duì)各個(gè)地區(qū)的裝配式節(jié)能技術(shù)進(jìn)行選擇，確保技術(shù)應(yīng)用的效果，不斷提升裝配式建筑工程的發(fā)展水平。其次，加強(qiáng)對(duì)裝配式建筑工程深入全面的分析，確保裝配式建筑的可行性效果，深入全面地對(duì)影響裝配式節(jié)能效果因素分析，從而制定有效的改善措施，為后續(xù)工作的開展奠定基礎(chǔ)與保障。最后，企業(yè)需要對(duì)節(jié)能技術(shù)和碳排放控制技術(shù)有著深入全面的了解與掌握，如果企業(yè)不能對(duì)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行有效的研究和分析，企業(yè)內(nèi)部工作人員也沒有及時(shí)對(duì)技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行掌握，都會(huì)導(dǎo)致后續(xù)工程在施工建設(shè)的階段中，出現(xiàn)各種影響因素，對(duì)節(jié)能技術(shù)的落實(shí)效果造成影響，造成資源和能源的大量浪費(fèi)，提升碳排放的總量。此外，在企業(yè)發(fā)展的過程中，要避免過于重視企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的全面提升，忽視環(huán)境效益的提升，從而造成裝配式建筑碳排放量超過實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 設(shè)計(jì)階段對(duì)碳排放量的影響
設(shè)計(jì)階段是裝配式建筑的關(guān)鍵階段，加強(qiáng)設(shè)計(jì)階段中對(duì)碳排放的有效控制，能夠在一定程度上對(duì)后續(xù)工程建設(shè)施工進(jìn)行指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)階段中，如果設(shè)計(jì)人員沒有對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)，環(huán)境評(píng)價(jià)工作的開展不夠全面，都會(huì)對(duì)裝配式碳排放的實(shí)際情況，造成嚴(yán)重的偏差和影響。目前影響裝配式碳排放的主要因素，主要可以分為以下幾個(gè)方面。首先，在設(shè)計(jì)階段中，如果沒有對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效選擇，不同的裝配式結(jié)構(gòu)的碳排放量都會(huì)存在明顯的差異性，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充足的自然條件，都能夠有效降低碳排放的總量。其次，在裝配式設(shè)計(jì)工作開展的階段中，加強(qiáng)對(duì)建筑材料的合理選擇，是降低碳排放的最佳手段。但是目前，我國建筑企業(yè)對(duì)節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用效果不夠理想，實(shí)際工程建設(shè)中，依舊會(huì)存在較為明顯的資源、材料、能源浪費(fèi)的問題，對(duì)可持續(xù)發(fā)展的基本觀念造成嚴(yán)重的影響。最后，加強(qiáng)公共服務(wù)設(shè)施的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，如果設(shè)計(jì)人員不能夠?qū)卜⻊?wù)設(shè)施的布置情況進(jìn)行控制，會(huì)對(duì)裝配式建筑的實(shí)際情況造成嚴(yán)重影響，對(duì)后續(xù)工作的開展造成危害。
2.3 施工階段對(duì)碳排放量造成的影響
首先，在裝配式預(yù)制生產(chǎn)的階段中，需要加強(qiáng)對(duì)原材料的加工、運(yùn)輸和開采工作的控制，但是這些工作開展的階段中，都會(huì)產(chǎn)生較大的碳排放，生產(chǎn)過程中對(duì)各項(xiàng)資源的使用，也會(huì)加重碳排放的情況。因此，在對(duì)預(yù)制工廠進(jìn)行選擇的階段中，要加強(qiáng)對(duì)技術(shù)的選擇，確保生產(chǎn)技術(shù)水平能夠滿足節(jié)能減排的基本目標(biāo)和要求。其次，在預(yù)制配件運(yùn)輸?shù)倪^程中，會(huì)加重碳排放總量。因此，需要對(duì)運(yùn)輸車輛的數(shù)量、類型和返回系數(shù)等情況進(jìn)行選擇，不同的選擇都會(huì)產(chǎn)生不一樣的碳排放量。最后，在預(yù)制配件裝配的過程中，需要將各種零件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后進(jìn)行安裝，在這個(gè)過程中，需要科學(xué)合理地對(duì)工具、技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃。但是目前的實(shí)際情況來看，現(xiàn)場工作人員、管理人員都沒有加強(qiáng)對(duì)技術(shù)的重視，在裝配的過程中會(huì)出現(xiàn)各種問題的影響，導(dǎo)致碳排放量的不斷提升。
2.4 使用階段對(duì)碳排放造成的影響
通常的情況下，裝配式建筑工程的使用年限在50~70年，在這個(gè)使用階段中，有效地對(duì)碳排放進(jìn)行控制，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式建筑工程的穩(wěn)定發(fā)展和進(jìn)步，還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的基本效果。首先，在使用階段中，各種生活用水、用電都會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放，在裝配式建筑使用的過程中，如果不能加強(qiáng)對(duì)生活用品和垃圾的控制，必定會(huì)加重碳排的情況。其次，在實(shí)際維修工作的開展中，必定會(huì)導(dǎo)致碳排放總量的提升，在這個(gè)階段中，也會(huì)導(dǎo)致碳排放量的提升。在實(shí)際工作開展的階段中，如果居民碳排放意識(shí)沒有得到有效提升，必定會(huì)導(dǎo)致碳排放控制工作的開展受到影響。最后，如果在裝配式建筑使用的過程中，沒有對(duì)維修材料進(jìn)行選擇，節(jié)能材料的應(yīng)用效果不夠良好，綠色材料的使用情況不足，都會(huì)導(dǎo)致碳排放量的增長。
3 鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅物化階段碳排放研究
3.1 運(yùn)輸階段
（1）鋼構(gòu)件通常被設(shè)計(jì)的外形盡量簡單，以便于工廠制造的簡便及現(xiàn)場安裝的便利，因此，在鋼構(gòu)件運(yùn)輸階段，鋼柱、鋼梁、支撐、桿件等大多可以被打包后裝車。而運(yùn)輸工具通常為汽車、船等常規(guī)機(jī)械，其碳排放過程計(jì)算簡單明了。
（2）在施工現(xiàn)場吊裝階段，隨著鋼結(jié)構(gòu)施工組織的智能化和標(biāo)準(zhǔn)化，一部分鋼構(gòu)件已經(jīng)可以采取從運(yùn)輸車輛上直接起吊的方式，節(jié)約了吊裝時(shí)間，節(jié)省了機(jī)械臺(tái)班數(shù)，吊裝效率較高，由此又可以減少部分含碳排放。
（3） 物流配送過程中的碳排放主要來源于機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)伴隨的能源消耗，在對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行物流配送時(shí)，如果能夠按照預(yù)制構(gòu)件的規(guī)格條件選擇合適的運(yùn)輸設(shè)備和起重機(jī)械，則可以大大減少碳排放的產(chǎn)生。
（4）在裝載和吊裝階段，應(yīng)選擇施工功率較小的施工機(jī)械，這樣可以大大降低吊裝預(yù)制構(gòu)件所耗費(fèi)的臺(tái)班數(shù)，縮短吊裝時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)該階段的低碳控制；
（5）在進(jìn)行場外運(yùn)輸時(shí)，需綜合考慮運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸路徑及運(yùn)輸方式等因素，同時(shí)選擇高效的運(yùn)輸設(shè)備，避免二次運(yùn)輸，從而大大降低該階段的碳排放量。
3.2 建造階段
推進(jìn)建筑綠色建造發(fā)展，是建筑業(yè)邁向“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。綠色建造是指通過科學(xué)化的管理與技術(shù)創(chuàng)新，以節(jié)能降碳和高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)，利用工業(yè)化、信息化技術(shù)開展建筑建造的方式。鋼結(jié)構(gòu)兼具綠色化、工業(yè)化、信息化、集約化和產(chǎn)業(yè)化特征，是對(duì)傳統(tǒng)建造活動(dòng)的全過程與全要素“脫碳”，有助于建筑全過程建造效率的提升，促進(jìn)建筑綠色低碳轉(zhuǎn)型。
（1）提升綠色化水平。在建筑項(xiàng)目的策劃、設(shè)計(jì)、建材、施工、交付全過程采用綠色統(tǒng)籌一體化方式，回收建筑建造垃圾，降低建造過程能源資源消耗量，提升資源利用率。
（2）提升工業(yè)化水平。利用建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、建材工業(yè)化生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配式施工、室內(nèi)一體化裝修和全過程信息化管理手段，完成建筑工業(yè)化建造。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是工業(yè)化生產(chǎn)的重要技術(shù)，合理運(yùn)用建筑外墻、樓梯、樓板等預(yù)制構(gòu)件，可減少施工階段碳排放。
（3）提升信息化水平。信息共享與集成支撐建造規(guī)劃與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與施工各環(huán)節(jié)綠色化發(fā)展，提升各專業(yè)與各參與方的協(xié)同工作效率。信息化與工業(yè)化的融合促使建筑建造綠色化、智能化與精細(xì)化深度發(fā)展。
（4）提升集約化水平。建造集約化發(fā)展有助于解決建筑產(chǎn)業(yè)的“碎片化”、信息孤島、協(xié)同不足等問題，使建造過程更具組織化、系統(tǒng)化、精細(xì)化等特征。
（5）提升產(chǎn)業(yè)化水平。產(chǎn)業(yè)化即通過資源共享與上下游利益共謀進(jìn)行產(chǎn)業(yè)資源整合，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈綠色化發(fā)展。刺激前端建材產(chǎn)品綠色轉(zhuǎn)型，引領(lǐng)下游綠色建筑、低碳（零碳）建筑產(chǎn)品發(fā)展，形成完整綠色產(chǎn)業(yè)鏈。
3.3 運(yùn)行階段
建筑運(yùn)行階段碳排放占比超過建筑全生命周期碳排放總量的一半以上，是建筑節(jié)能降碳的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。依據(jù)建筑運(yùn)行階段碳排放來源，應(yīng)從提升建筑運(yùn)行能效和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行改進(jìn)。（1）淘汰落后、能效水平低的設(shè)備，提升設(shè)備性能。淘汰國家明令禁止的設(shè)備，選用高效節(jié)能型產(chǎn)品，如中央空調(diào)、冰箱、電梯、照明燈具及變壓器等主要用能設(shè)備，提升暖通系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、照明系統(tǒng)設(shè)備能效水平，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備節(jié)能降碳目標(biāo)。（2）提高建筑構(gòu)件及設(shè)備品質(zhì)，加強(qiáng)維護(hù)管理，提升運(yùn)行壽命。對(duì)建筑外墻、門窗及燈具、通風(fēng)機(jī)等易損耗構(gòu)件與設(shè)備進(jìn)行定期保養(yǎng)維護(hù)，減少在建筑運(yùn)行期間的更換頻次，避免更換新產(chǎn)品所帶來的生產(chǎn)及運(yùn)輸過程碳排放。（3）優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源利用率。大力發(fā)展清潔能源是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手，低碳、零碳建筑建設(shè)離不開負(fù)碳技術(shù)的支持。構(gòu)建高效合理的建筑可再生能源系統(tǒng)，如太陽能光伏發(fā)電、太陽能熱水、水源熱泵、分布式風(fēng)能發(fā)電等，打造“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化運(yùn)營模式，有助于實(shí)現(xiàn)建筑綠色可持續(xù)發(fā)展。（4）采用智慧技術(shù)，構(gòu)建信息化運(yùn)營系統(tǒng)。以數(shù)字化技術(shù)助推建筑能源的“開源節(jié)流”，構(gòu)建建筑智慧化運(yùn)營平臺(tái)，從通風(fēng)、空調(diào)、照明等方面減少建筑用能，融合全生命周期能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能耗指標(biāo)參數(shù)可視化及高能耗響應(yīng)，進(jìn)行能源調(diào)度和能源管理，降低用能成本與運(yùn)行過程碳排放。
3.4 拆除階段
（1）選擇合理經(jīng)濟(jì)的拆除方案。主流建筑拆除方式包括人工拆除、機(jī)械拆除、爆破拆除，其中機(jī)械拆除與爆破拆除較為普遍，兩者均有拆除速度快的特點(diǎn)，但其建筑材料可回收率低，增加建筑垃圾處理碳排放。相關(guān)研究表明，拆解比拆毀方式鋼鐵回收率高20%。根據(jù)建筑類型合理制定人工拆除與機(jī)械拆除相結(jié)合的方式，提升資源循環(huán)利用率，減少下游處理過程碳排放。（2）降低建筑廢棄物運(yùn)輸碳排放。對(duì)建筑廢棄物進(jìn)行分類，針對(duì)不同廢棄物合理選擇運(yùn)輸工具和就近廢棄物處理點(diǎn)，減少運(yùn)輸次數(shù)與總運(yùn)輸距離，降低廢棄物運(yùn)輸過程碳排放總量。從全生命周期角度出發(fā)，通過對(duì)碳排放因素的分析，采取針對(duì)性的減碳措施，加強(qiáng)建筑全過程節(jié)能減排管控，為實(shí)現(xiàn)建筑低碳排放甚至零碳排放提供有力支撐。
4 結(jié)束語
裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑工程相比，雖然都能夠通過技術(shù)手段，降低碳排放的產(chǎn)生，但是鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑能夠更加節(jié)約資源，提升能源的有效使用效率，加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的控制和保護(hù)，更好地為建筑行業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)和保障。在裝配式建筑工程施工建設(shè)的階段中，科學(xué)合理地對(duì)碳排放進(jìn)行控制，可以有效避免對(duì)氣候環(huán)境造成污染。文章從裝配式建筑的全過程對(duì)碳排放的影響因素進(jìn)行分析，并且提出裝配式節(jié)能施工技術(shù)的有效應(yīng)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的順利發(fā)展，將可持續(xù)發(fā)展觀念有效落實(shí)。
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