建筑外墻不同選材方案的碳排放量對比分析

王志慧，葉曉青，周強

（中機中聯工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

近年來，隨著能源與環境問題的不斷凸顯，節能環保在全國范圍內不斷推廣。建筑設計也逐步開始關注建筑本身在整個生命周期內各個階段對生態環境的影響，建筑設計目標逐步轉向追求技術性、經濟性和環保性的統一[1]。建筑方案比選是尋求合理的技術方案的必要手段，而目前大多數的建筑設計方案比選更多關注方案本身的技術性、經濟性，而忽略其環保性[2]。此研究將碳排放量作為建筑選材方案的評價指標之一，為建筑設計階段方案之間的比選提供新的視角。

無機復合燒結頁巖空心磚（以下簡稱“復合磚”）作為一種新型墻體材料，以其良好的熱工性能、力學性能及隔聲性能等優點，近年來得到了規模化生產和大面積使用[3]。此研究將外墻采用200mm厚復合磚和其余3種與之具有同等保溫效果的外墻選材方案進行碳排放對比分析，還將外墻采用200mm厚復合磚和與之具有同等厚度的燒結頁巖空心磚、蒸壓加氣混凝土砌塊碳排放量進行對比分析，為復合磚的相關設計、研究、評價和管理決策提供參考，為建筑方案的合理選擇提供支持。

1 對比方案設計

研究以某三層幼兒園項目為例，將外墻不同選材方案的碳排放量進行對比分析。幼兒園建筑高度為11.70m，建筑面積3407.36m2，結構類型為框架結構，使用年限設計為50年。除外墻外，其余圍護結構做法均相同。

1.1 基于不同保溫材質的相同保溫效果

對比方案設計將外墻采用200mm復合磚和其余3種與之具有同等保溫效果的外墻選材方案進行碳排放量對比分析。原方案為外墻采用200mm厚復合磚。對比方案1為外墻采用普通燒結頁巖空心磚與保溫材料擠塑聚苯板，對比方案2為外墻采用普通燒結頁巖空心磚與保溫材料膨脹聚苯板，對比方案3為外墻采用普通燒結頁巖空心磚與保溫材料巖棉板。通過計算得出，若外墻采用200mm厚普通燒結頁巖空心磚，為了達到與200mm厚復合磚相同的保溫效果，對比方案1需要增加保溫材料擠塑聚苯板14mm厚，對比方案2需要增加保溫材料膨脹聚苯板20mm厚，對比方案3需要增加保溫材料巖棉板23mm厚。 4種方案中外墻構造做法、材料的熱工特性見表1。

1.2 基于相同保溫材質不同砌體材質

對比方案設計將采用相同保溫材質、不同砌體材質的3種外墻構造方案碳排放量計算分析。原方案為外墻采用200mm厚復合磚，對比方案1為外墻采用200mm厚普通燒結頁巖空心磚，對比方案2為外墻采用200mm厚蒸壓加氣混凝土砌塊。外墻保溫材料均為20mm厚擠塑聚苯板，假定其余圍護結構構造做法均相同，見表2。

表1 基于不同保溫材質相同保溫效果的4種方案中外墻構造做法及材料的基本參數

表2 基于相同保溫材質不同砌體材質的3種方案中外墻構造做法及材料的基本參數

2 碳排放量計算過程與結果

每種方案的碳排放量計算范圍包含該方案中各種材料的生產階段、運輸與現場施工階段、使用階段的碳排量之和[4]。

每種方案的碳排放量可采用下式計算：

式（1）中：C為每種方案的碳排放量（kg）；

Cm為材料生產階段的碳排放量（kg），計算方法見2.1；

Ce為每種方案施工階段的碳排放量（kg），計算方法見2.2；

Cu為每種方案在使用階段的碳排放量（kg），計算方法見2.3。

2.1 材料生產階段的碳排放量

依據參考文獻[5]，每種方案下材料生產階段的碳排放量可采用下式計算：

式（2）中：C為材料生產階段的碳排放量（kg）；

Qi為第i種原材料的消耗量（m3）；

Ci為第i種原材料生命周期的碳排放因子（kg/m3）。

2.1.1 原材料消耗量計算

經過計算本案外墻面積為1257.11m2，各方案中原材料的消耗量見表3和表4。

表3 基于不同保溫材質相同保溫效果的4種方案下主要原材料消耗量

表4 基于相同保溫材質不同砌體材質的3種方案中主要原材料消耗量

2.1.2 碳排放因子數據收集

碳排放因子為生產單位材料的碳排放量。已有研究得出了部分建筑材料的碳排放因子[6]。此研究用到的幾種材料的碳排放因子統計如表5。

表5 主要原材料的碳排放因子

2.1.3 材料生產階段碳排放量

根據式（2）的計算方法，計算得出各方案原材料生產階段的碳排放量計算結果見表6和表7。

表6 基于不同保溫材質相同保溫效果的4種方案原材料生產階段碳排放量

表7 基于相同保溫材質不同砌體材質的3種方案原材料生產階段的碳排放量

2.2 施工階段碳排放量計算

墻體施工階段的碳排放量包括墻體材料運輸中的碳排放，墻體砌筑過程現場耗能造成的碳排放[10]。已有研究得出了墻體砌筑工程碳排放因子為12.7kg/m2[11]。研究中幼兒園的墻體面積為1257.10m2。每種方案墻體施工階段碳排放量均為15.96t CO2。

2.3 使用階段碳排量計算

使用階段的碳排放量為建筑在運行階段的碳排放量，采用如下式計算：

式中Qelec為使用階段耗電量，通過建筑節能權衡計算結果得出；

Celec為電力生產的碳排放因子，取0.95kg/kWh[12]。

使用階段的耗電量及碳排放量計算結果見表8和表9。

表8 基于不同保溫材質相同保溫效果的4種方案使用階段的耗電量及碳排放量

表9 基于相同保溫材質不同砌體材質的3種方案使用階段的耗電量及碳排放量

3 各方案碳排放量計算

將2.1、2.2和2.3中的數據代入式子（1），計算出四種方案的碳排放量見表10和表11所示。

表10 基于不同保溫材質相同保溫效果的4種方案的碳排放量

表11 基于相同保溫材質不同砌體材質的3種方案的碳排放量

4 結論

（1）研究將碳排放量作為建筑選材方案的評價指標，論文研究結果適用于建筑設計過程中外墻材料方案的比選。基于LCA理論將外墻不同選材方案的碳排放量計算分為材料生產、施工及使用三個階段，提出了相應階段的碳排放計算方法和式子，為建筑設計階段方案之間的比選提供了新的視角和方法參考。

（2）碳排量應著眼于全生命周期，不能只兼顧某一個或某幾個生命周期階段。各種方案的碳排放量計算結果表明，使用階段的碳排放量占每種方案碳排放量總量的比例較大（約70%）。

（3）基于不同保溫材質相同保溫效果的4種方案碳排放量計算分析表明，外墻采用200mm厚復合磚、200mm燒結頁巖空心磚+14mm擠塑聚苯板、200mm燒結頁巖空心磚+20mm膨脹聚苯板或200mm燒結頁巖空心磚+23mm巖棉板，材料生產階段碳排量相差較大。碳排放量最大的為200mm復合磚，因其保溫填料灌裝工序需要額外消耗能源，增加材料生產階段的碳排放量。該結論為復合磚的生產工藝優化改進提供了參考。

（4）基于相同保溫材質不同砌體材質的3種方案碳排放計算結果表明，盡管同等砌體材料厚度下，復合磚材料生產階段的碳排放量較大，但相對于普通燒結頁巖空心磚、蒸壓加氣混凝土砌塊而言，復合磚具有更好的熱工性能，可降低使用階段的能耗，減少使用階段的碳排放量。

[1]黃獻明.綠色建筑的生態經濟優化問題研究[D].北京：清華大學，2006.

[2]白憲臣，貨子奇.基于環境保護思想的建筑設計策略[J].華中建筑，2009（9）:32-33.

[3]謝厚禮，許建明，毛偉，等.無機復合燒結頁巖空心磚的研制[J].新型建筑材料，2012（5）:52-55.

[4]蔡向榮，王敏權，傅柏權.住宅建筑的碳排放量分析與節能減排措施[J].防災減災工程學報，2010（9）:428-431.

[5]張濤，吳佳潔，樂云.建筑材料全壽命周期CO2排放量計算方法[J].工程管理學報，2012，26（1）:23-26.

[6]張濤，姜裕華，黃有亮.建筑中常用的能源與材料的碳排放因子[J].探索理念，2010（10）:58-59.

[7]王志慧，毛偉，王永超，等.無機復合燒結頁巖空心磚生命周期碳排放分析[J].新型建筑材料，2013（12）:34-37.

[8]羅楠.中國燒結磚制造過程環境負荷研究[D].北京:北京工業大學，2009.

[9]房明慧.典型墻體材料的生命周期評價[D].北京:北京工業大學，2013.

[10]李兵，李云霞，吳斌.建筑施工碳排放測算模型研究[J].土木建筑工程信息技術，2011（2）:5-10

[11]張強，葉少帥，魏園方.建筑施工階段碳排放分析及節能減排措施研究[J].建筑節能，2013（8）:100-104.

[12]方愷，朱曉娟，高凱.全球電力碳足跡及其當量因子測算[J].生態學雜志，2012，31（12）:3160-3166.