钢结构装配式住宅物化阶段碳排放研究
刘新华-海南浙大钢构有限公司
浏览次数：461次发布时间：2023/06/18
摘要：装配式建筑是指通过预制主要部件并加以集成打造而成的建筑。当前，装配式建筑已经得到了广泛的推广使用，但作为其中的一种重要结构形式，装配式钢结构并未在众多装配式建筑中占据较高比例。2019年，住房和城乡建设部强调，要在全国有序推进装配式钢结构住宅，以此推进我国装配式钢结构体系的发展。装配式钢结构建筑有绿色环保、抗震性能好、空间利用率高、部品部件可循环利用等优点。本文针对钢结构装配式住宅物化阶段碳排放的控制措施进行分析，仅供参考。
关键词：钢结构装配式；物化阶段；碳排放
引言
温室气体排放导致的气候变化问题已成为全球关注焦点，中国作为目前世界上碳排放最多的国家之一，承诺二氧化碳排放2030年左右达到峰值，2060年前实现碳中和。建筑全生命周期涉及碳排放的阶段可以分为物化阶段（包括建材生产、建材运输、施工建造）、使用阶段、更新维护阶段、拆除废弃阶段。物化阶段碳排放占全生命周期的比例约为14%~21%，同时，由于我国建筑的建设量逐年增加、建设周期较短，物化阶段温室气体排放呈现集中且强度大的特点。《2021中国建筑能耗与碳排放研究报告》中数据显示，物化阶段碳排放总量占建筑行业整体碳排放总量的57.4%，其影响不可忽视，降低该阶段二氧化碳排放（二氧化碳当量）是实现建筑碳减排目标的重要手段。
1 计算方法
1.1 碳排放因子
碳排放因子是指将能源与材料消耗量与二氧化碳排放相对应的系数，用于量化建筑物不同阶段相关活动的碳排放。建筑运行、建造及拆除阶段中因电力消耗 造成的碳排放计算，应采用国家区域电网平均碳排放因子。
1.2 建材生产及运输阶段
建材生产及运输阶段碳排放计算主要包括建筑主体结构材料、建筑围护结构 材料、建筑构件和部品等。计算的主要建筑材料应为总重量不低于建筑中所耗建材总重量的95%。此阶段额度碳排放因为建材生产阶段碳排放与建材运输阶段碳排放之和，并应按下式计算：CJC=（CSC+Cys）/A
式中：CJC—建材生产及运输阶段单位建筑面积的碳排放量（kgCO2e/㎡）；CSC—建材生产阶段碳排放（kgCO2e）；A—建筑面积（㎡）。
1.3 运行阶段
建筑运行解读那的碳排放计算范围应包含暖通空调、生活热水、照明及电梯、可 再生能源、建筑碳汇系统在建筑运行期间的碳排放量。运行阶段的碳排放量应根据各系统不同类型能源消耗量和不同类型能源的碳排放因子确定。
2 装配式建筑工程碳排放量的影响因素分析
2.1 决策阶段对碳排放造成的影响
首先，装配式建筑工程施工技术需要在决策阶段中进行选择，保证对各个地区的装配式节能技术进行选择，确保技术应用的效果，不断提升装配式建筑工程的发展水平。其次，加强对装配式建筑工程深入全面的分析，确保装配式建筑的可行性效果，深入全面地对影响装配式节能效果因素分析，从而制定有效的改善措施，为后续工作的开展奠定基础与保障。最后，企业需要对节能技术和碳排放控制技术有着深入全面的了解与掌握，如果企业不能对节能技术进行有效的研究和分析，企业内部工作人员也没有及时对技术内容进行掌握，都会导致后续工程在施工建设的阶段中，出现各种影响因素，对节能技术的落实效果造成影响，造成资源和能源的大量浪费，提升碳排放的总量。此外，在企业发展的过程中，要避免过于重视企业经济效益的全面提升，忽视环境效益的提升，从而造成装配式建筑碳排放量超过实际标准。
2.2 设计阶段对碳排放量的影响
设计阶段是装配式建筑的关键阶段，加强设计阶段中对碳排放的有效控制，能够在一定程度上对后续工程建设施工进行指导。在设计阶段中，如果设计人员没有对施工现场进行规划与设计，环境评价工作的开展不够全面，都会对装配式碳排放的实际情况，造成严重的偏差和影响。目前影响装配式碳排放的主要因素，主要可以分为以下几个方面。首先，在设计阶段中，如果没有对建筑结构进行有效选择，不同的装配式结构的碳排放量都会存在明显的差异性，合理的结构设计，充足的自然条件，都能够有效降低碳排放的总量。其次，在装配式设计工作开展的阶段中，加强对建筑材料的合理选择，是降低碳排放的最佳手段。但是目前，我国建筑企业对节能减排技术的应用效果不够理想，实际工程建设中，依旧会存在较为明显的资源、材料、能源浪费的问题，对可持续发展的基本观念造成严重的影响。最后，加强公共服务设施的规划与设计，如果设计人员不能够对公共服务设施的布置情况进行控制，会对装配式建筑的实际情况造成严重影响，对后续工作的开展造成危害。
2.3 施工阶段对碳排放量造成的影响
首先，在装配式预制生产的阶段中，需要加强对原材料的加工、运输和开采工作的控制，但是这些工作开展的阶段中，都会产生较大的碳排放，生产过程中对各项资源的使用，也会加重碳排放的情况。因此，在对预制工厂进行选择的阶段中，要加强对技术的选择，确保生产技术水平能够满足节能减排的基本目标和要求。其次，在预制配件运输的过程中，会加重碳排放总量。因此，需要对运输车辆的数量、类型和返回系数等情况进行选择，不同的选择都会产生不一样的碳排放量。最后，在预制配件装配的过程中，需要将各种零件运输到现场后进行安装，在这个过程中，需要科学合理地对工具、技术进行规划。但是目前的实际情况来看，现场工作人员、管理人员都没有加强对技术的重视，在装配的过程中会出现各种问题的影响，导致碳排放量的不断提升。
2.4 使用阶段对碳排放造成的影响
通常的情况下，装配式建筑工程的使用年限在50~70年，在这个使用阶段中，有效地对碳排放进行控制，不仅能够实现装配式建筑工程的稳定发展和进步，还能够实现节能环保的基本效果。首先，在使用阶段中，各种生活用水、用电都会产生一定的碳排放，在装配式建筑使用的过程中，如果不能加强对生活用品和垃圾的控制，必定会加重碳排的情况。其次，在实际维修工作的开展中，必定会导致碳排放总量的提升，在这个阶段中，也会导致碳排放量的提升。在实际工作开展的阶段中，如果居民碳排放意识没有得到有效提升，必定会导致碳排放控制工作的开展受到影响。最后，如果在装配式建筑使用的过程中，没有对维修材料进行选择，节能材料的应用效果不够良好，绿色材料的使用情况不足，都会导致碳排放量的增长。
3 钢结构装配式住宅物化阶段碳排放研究
3.1 运输阶段
（1）钢构件通常被设计的外形尽量简单，以便于工厂制造的简便及现场安装的便利，因此，在钢构件运输阶段，钢柱、钢梁、支撑、杆件等大多可以被打包后装车。而运输工具通常为汽车、船等常规机械，其碳排放过程计算简单明了。
（2）在施工现场吊装阶段，随着钢结构施工组织的智能化和标准化，一部分钢构件已经可以采取从运输车辆上直接起吊的方式，节约了吊装时间，节省了机械台班数，吊装效率较高，由此又可以减少部分含碳排放。
（3） 物流配送过程中的碳排放主要来源于机械设备运行时伴随的能源消耗，在对预制构件进行物流配送时，如果能够按照预制构件的规格条件选择合适的运输设备和起重机械，则可以大大减少碳排放的产生。
（4）在装载和吊装阶段，应选择施工功率较小的施工机械，这样可以大大降低吊装预制构件所耗费的台班数，缩短吊装时间，从而实现该阶段的低碳控制；
（5）在进行场外运输时，需综合考虑运输时间、运输路径及运输方式等因素，同时选择高效的运输设备，避免二次运输，从而大大降低该阶段的碳排放量。
3.2 建造阶段
推进建筑绿色建造发展，是建筑业迈向“双碳”目标的关键技术之一。绿色建造是指通过科学化的管理与技术创新，以节能降碳和高质量发展为目标，利用工业化、信息化技术开展建筑建造的方式。钢结构兼具绿色化、工业化、信息化、集约化和产业化特征，是对传统建造活动的全过程与全要素“脱碳”，有助于建筑全过程建造效率的提升，促进建筑绿色低碳转型。
（1）提升绿色化水平。在建筑项目的策划、设计、建材、施工、交付全过程采用绿色统筹一体化方式，回收建筑建造垃圾，降低建造过程能源资源消耗量，提升资源利用率。
（2）提升工业化水平。利用建筑标准化设计、建材工业化生产、现场装配式施工、室内一体化装修和全过程信息化管理手段，完成建筑工业化建造。装配式钢结构建筑是工业化生产的重要技术，合理运用建筑外墙、楼梯、楼板等预制构件，可减少施工阶段碳排放。
（3）提升信息化水平。信息共享与集成支撑建造规划与设计、生产与施工各环节绿色化发展，提升各专业与各参与方的协同工作效率。信息化与工业化的融合促使建筑建造绿色化、智能化与精细化深度发展。
（4）提升集约化水平。建造集约化发展有助于解决建筑产业的“碎片化”、信息孤岛、协同不足等问题，使建造过程更具组织化、系统化、精细化等特征。
（5）提升产业化水平。产业化即通过资源共享与上下游利益共谋进行产业资源整合，实现全产业链绿色化发展。刺激前端建材产品绿色转型，引领下游绿色建筑、低碳（零碳）建筑产品发展，形成完整绿色产业链。
3.3 运行阶段
建筑运行阶段碳排放占比超过建筑全生命周期碳排放总量的一半以上，是建筑节能降碳的重点环节。依据建筑运行阶段碳排放来源，应从提升建筑运行能效和优化能源结构两方面进行改进。（1）淘汰落后、能效水平低的设备，提升设备性能。淘汰国家明令禁止的设备，选用高效节能型产品，如中央空调、冰箱、电梯、照明灯具及变压器等主要用能设备，提升暖通系统、电梯系统、照明系统设备能效水平，实现运行设备节能降碳目标。（2）提高建筑构件及设备品质，加强维护管理，提升运行寿命。对建筑外墙、门窗及灯具、通风机等易损耗构件与设备进行定期保养维护，减少在建筑运行期间的更换频次，避免更换新产品所带来的生产及运输过程碳排放。（3）优化能源结构，提高清洁能源利用率。大力发展清洁能源是实现“双碳”目标的重要抓手，低碳、零碳建筑建设离不开负碳技术的支持。构建高效合理的建筑可再生能源系统，如太阳能光伏发电、太阳能热水、水源热泵、分布式风能发电等，打造“源网荷储”一体化运营模式，有助于实现建筑绿色可持续发展。（4）采用智慧技术，构建信息化运营系统。以数字化技术助推建筑能源的“开源节流”，构建建筑智慧化运营平台，从通风、空调、照明等方面减少建筑用能，融合全生命周期能源管理系统，实现能耗指标参数可视化及高能耗响应，进行能源调度和能源管理，降低用能成本与运行过程碳排放。
3.4 拆除阶段
（1）选择合理经济的拆除方案。主流建筑拆除方式包括人工拆除、机械拆除、爆破拆除，其中机械拆除与爆破拆除较为普遍，两者均有拆除速度快的特点，但其建筑材料可回收率低，增加建筑垃圾处理碳排放。相关研究表明，拆解比拆毁方式钢铁回收率高20%。根据建筑类型合理制定人工拆除与机械拆除相结合的方式，提升资源循环利用率，减少下游处理过程碳排放。（2）降低建筑废弃物运输碳排放。对建筑废弃物进行分类，针对不同废弃物合理选择运输工具和就近废弃物处理点，减少运输次数与总运输距离，降低废弃物运输过程碳排放总量。从全生命周期角度出发，通过对碳排放因素的分析，采取针对性的减碳措施，加强建筑全过程节能减排管控，为实现建筑低碳排放甚至零碳排放提供有力支撑。
4 结束语
装配式建筑与传统建筑工程相比，虽然都能够通过技术手段，降低碳排放的产生，但是钢结构装配式建筑能够更加节约资源，提升能源的有效使用效率，加强对环境的控制和保护，更好地为建筑行业的发展奠定基础和保障。在装配式建筑工程施工建设的阶段中，科学合理地对碳排放进行控制，可以有效避免对气候环境造成污染。文章从装配式建筑的全过程对碳排放的影响因素进行分析，并且提出装配式节能施工技术的有效应用，进一步实现装配式建筑的顺利发展，将可持续发展观念有效落实。
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