建筑領(lǐng)域不同建造方式碳排放對比分析探討

殷 濤，梅聰健

（湖北廣盛建設(shè)集團有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443003）

0 引言

在過去的幾十年中，由于經(jīng)濟快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化率迅速提升，建筑規(guī)模不斷擴大，導(dǎo)致我國建筑領(lǐng)域碳排放持續(xù)增長。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)研究統(tǒng)計，現(xiàn)階段我國建筑領(lǐng)域碳排放量約占社會總體排放量的 40 %，其中建筑運行階段約占 21 %，建材生產(chǎn)及運輸階段約占 18 %，建筑建造及拆除階段約占 1 %。根據(jù)相關(guān)機構(gòu)測算，按照現(xiàn)有政策及建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，我國建筑領(lǐng)域碳排放將于 2038 年左右達(dá)到峰值。結(jié)合目前我國建筑規(guī)模及用能需求持續(xù)增長的發(fā)展趨勢，建筑領(lǐng)域碳排放要實現(xiàn) 2030 年達(dá)峰面臨巨大挑戰(zhàn)。

建筑領(lǐng)域碳排放按建筑全壽命周期大致可分為：建材生產(chǎn)及運輸、建造及拆除、運行（見圖 1）三個階段。

圖1 建筑全壽命周期示意圖

1 碳排放對比——項目介紹

1.1 工程概況

大家·晴川明月居住項目位于宜昌市西陵區(qū)東湖一路與珍珠路交匯處，總建筑面積為 106 935.28 m2，由 6 棟高層住宅、兩層地下室、沿街商業(yè)及附屬工程組成，1 #、3 #、7 # 樓為 34 F、2 # 樓為 30 F，5 # 樓為 22 F，6 # 樓為 33 F。本項目含傳統(tǒng)現(xiàn)澆和裝配式兩種建造方式。其中 3 #、6 # 為裝配式建筑（見圖 2），按照《宜昌市裝配式建筑裝配率計算細(xì)則（試行）》［1］計算裝配率為50 %，全裝修交付。1#、2#、5#、7# 樓為傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝，毛坯交付。裝配式建筑采用預(yù)制混凝土（PC）構(gòu)件類型有：預(yù)制疊合樓板、預(yù)制陽臺板、預(yù)制樓梯。

圖2 項目樓棟區(qū)分圖

1.2 對比塔樓選取

項目 6 棟住宅樓均由 105 m2（B 戶型）、124 m2（A戶型）、143 m2（C 戶型）三個標(biāo)準(zhǔn)化戶型（如圖 3 所示）拼裝組合而成。本次 3# 樓采用裝配式建造，裝配率為 50 %，建筑面積 15 444.90 m2，標(biāo)準(zhǔn)層面積為 453.48 m2，建筑高度 99.45 m；7 # 樓采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝建造，建筑面積 15 591.58 m2，標(biāo)準(zhǔn)層面積為 453.48 m2，建筑高度 99.45 m。3 # 樓和 7# 樓標(biāo)準(zhǔn)層戶型一致，均為 AB 戶型。

圖3 項目樓棟區(qū)分圖

2 碳排放對比—計算依據(jù)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范選取

依據(jù) GB/T 51366－2019《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》［2］、GB/T 2589－2020《綜合能耗計算通則》［3］。本項目樓棟執(zhí)行相同的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)層戶型、建筑體量等因素相同，本次計算 3 # 樓和 7 # 樓在建材生產(chǎn)及運輸、建造兩個階段的碳排放情況，對比分析采用裝配式建造的 3 # 樓與現(xiàn)澆工藝的 7 # 樓碳排放差異。同時，由于 3 # 樓采用裝配式建筑（建造過程考慮全裝修），則對全裝修和擬采用二次裝修碳排放情況進行測算。

2.2 計算范圍及原理

建筑建造階段的碳排放應(yīng)包括完成各分部分項工程施工產(chǎn)生的碳排放和各項措施項目實施過程產(chǎn)生的碳排放。以下公式編號均引用 GB/T 51366－2019《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》的公式編號。

1）建筑建造階段的碳排放量應(yīng)按式（1）計算。

式中：CJZ為建筑建造階段單位建筑面積的碳排放量，kgCO2/m2；EJZ，i為建筑建造階段第i種能源總用量，kWh或kg；EFi為第i類能源的碳排放因子，kgCO2/kWh或 kgCO2/kg，按 GB/T 51366－2019《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》附錄A確定；A為建筑面積，m2。

式中：EJZ為建筑建造階段總能源用量，kWh或kg；E fx為分部分項工程總能源用量，kWh或kg；Ecs為各項措施項目總能源用量，kWh 或 kg。

2）建材生產(chǎn)階段碳排放量應(yīng)按式（3）計算。

式中：Csc為建材生產(chǎn)階段碳排放，kgCO2e；Mi為第i種主要建材的消耗量；Fi為第i種主要建材的碳排放因子，kgCO2e/單位建材數(shù)量，按 GB/T 51366－2019《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》附錄 D 取值。

3）建材運輸階段碳排放量應(yīng)按式（4）計算。

式中：Cys為建材運輸過程碳排放，kgCO2e；Mi為第i種主要建材的消耗量，t；Di為第i種建材平均運輸距離，km；Ti為第i種建材的運輸方式下，單位重量運輸距離的碳排放因子，kgCO2e/（t·km）。

2.3 數(shù)據(jù)來源

本次項目碳排放對比數(shù)據(jù)主要通過規(guī)范（見表 1）、設(shè)計施工圖、3 # 樓和 7 # 樓《單位工程人材機匯總表》、智能化設(shè)備及現(xiàn)場實際應(yīng)用（見表 2）情況。

表1 常用主要建筑材料碳排放因子選取

表2 項目建材運輸距離選取

對比 3 # 樓和 7 # 樓《單位工程人材機匯總表》，3 # 樓采用裝配式建造，建材使用比 7 # 樓多出了裝配式預(yù)制混凝土疊合板、裝配式預(yù)制混凝土樓梯、裝配式預(yù)制混凝土陽臺板，而 GB/T 51366－2019《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》中尚無該類構(gòu)件的碳排放因子。根據(jù)構(gòu)件生產(chǎn)商提供的相關(guān)信息，項目樓棟疊合板及陽臺板每立方米構(gòu)件含鋼量約 154.47 kg，預(yù)制樓梯每立方米構(gòu)件含鋼量 126.34 kg。將預(yù)制構(gòu)件按混凝土和鋼筋進行換算得到該項目預(yù)制構(gòu)件碳排放因子如表 3 所示。

表3 項目裝配式預(yù)制混凝土構(gòu)件碳排放因子選取

3 碳排放對比—計算及對比分析

3.1 建造階段碳排放計算

3#樓采用裝配式建造過程中，共消耗汽油422.28 kg，柴油 11.52 kg，電能 206 204.28 kWh，碳排放合計 109.68 t CO2，單位面積碳排放 7.03 kgCO2/m2；7 # 樓采用現(xiàn)澆工藝建造過程中，共消耗汽油 443.91 kg，柴油 18.71 kg，電能 249 398.86 kW h，碳排放合計 132.47 t CO2，單位面積碳排放 8.58 kgCO2/m2。

3.2 建材生產(chǎn)及運輸階段碳排放計算

3 # 樓建材生產(chǎn)階段碳排放為 5 865.98 t CO2，建材運輸階段碳排放為 48.62 t CO2，建材生產(chǎn)和運輸階段的總碳排放為 5 914.6 t CO2。7 # 樓建材生產(chǎn)階段碳排放為 5 812.29 t CO2，建材運輸階段碳排放為 50.02 kgCO2，建材生產(chǎn)和運輸階段的總碳排放為 5 862.31 t CO2。

3.3 計算修正

1）3 # 樓采用裝配式預(yù)制混凝土疊合板，其構(gòu)件厚度為 130 mm；對比 7 # 樓采用現(xiàn)澆樓板，其厚度為 100 mm；為對比達(dá)到同樣構(gòu)造效果，對裝配式預(yù)制混凝土疊合板用量進行修正，修正量為減少（130-100）/130=23.08 %，則修正后裝配式預(yù)制混凝土疊合板的用量減少 23.08 %，對應(yīng)建材生產(chǎn)階段碳排放減少86 413.22 kg，建材運輸階段碳排放減少 473.10 kg。

2）采用裝配式建造，相對傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝，能夠節(jié)省人工，縮短工期，進而降低一部分碳排放，3 # 樓較 7 # 樓共節(jié)約人工費 295 736.38 元。按技工人工費用 142 元/天，根據(jù) GB/T 2589－2008《綜合能耗計算通則》，得到人工碳排放因子 6.61～7.03 kg/（人·工日），取其平均值 6.82 kg/（人·工日）作為人工碳排放因子，則通過節(jié)省人工、縮短工期減少碳排放量約為 14.21 t CO2。

3）采用裝配式建造，減少了施工現(xiàn)場鋁合金模板的使用，則按一般情況提供的損耗率 5 % 計算，對比 3 # 樓和 7 # 樓模板用量，該部分減少碳排放量如表 4 所示。

表4 本項目施工模板消耗碳排放情況

4）3 # 樓實施了全裝修，對全裝修過程的碳排放情況進行計算得出 409.06 t CO2。另由于 7 # 樓為毛坯交付，則二次裝修建材用量及施工能耗按經(jīng)驗值（根據(jù)本地市場平均水平）進行估算得出 621.12 t CO2。

3.4 對比分析

1）3 # 樓采用裝配式建造，考慮建造階段、建材生產(chǎn)及運輸階段，修正后其碳排放總量為 6 024.27 t；7 # 樓采用現(xiàn)澆工藝，修正后碳排放總量為 6 518.47 t；3 # 樓 7 # 樓減少碳排放總量 494.2 t CO2。

2）3 # 樓對比 7 # 樓，在建造階段在建造階段減少人工 4 165（人·工日），二氧化碳排放量減少 14.21 t，約占建造階段的 10.37 %。

3）本次計算建材生產(chǎn)及運輸階段，其建筑碳排放約占本次計算范圍的 90 %。建造階段，其建筑碳排放約占本次計算范圍 10 %。

4 結(jié)語

目前雙碳課題研究正處于起步階段，為了更好地實現(xiàn)工程建設(shè)全過程綠色建造，本次計算以項目為載體，綠色為基礎(chǔ)，智能為手段，雖然計算結(jié)果受一些客觀條件的制約，還不夠全面及準(zhǔn)確，比如裝修材料，建筑輔材等沒有相應(yīng)的計算因子，且總的來說建造階段碳排放含量不大，但由此可以看出，裝配式建筑對建筑業(yè)減碳有重要意義及為新型建筑工業(yè)化推動起到積極作用。最后總結(jié)出以下 3 點建議。

1）建造階段，同類型的裝配式建筑在碳排放上比傳統(tǒng)建筑更具有優(yōu)勢。

2）隨著裝配率提高，裝配式建筑建造階段碳排放將進一步低于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建造方式。

3）裝配式建筑減碳重點應(yīng)考慮減少建材消耗，通過不斷優(yōu)化裝配式預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計水平和生產(chǎn)工藝，進一步降低建材用量，從而降低建筑碳排放。Q