裝配式鋼結構住宅建筑全生命期碳排放計算

0 引言

《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》（國辦發［2016］71號）發布后，發展裝配式建筑已經上升為國家戰略。住房和城鄉建設部發布的《“十四五”建筑業發展規劃》指出，要大力發展裝配式建筑，到“十四五”末裝配式建筑占新建建筑的比例要達到30%以上。在“雙碳”目標大背景下，全國各省市對裝配式建筑發展提出了更高要求和目標。2021年上海市住房和城鄉建設管理委員會印發《上海市裝配式建筑“十四五”規劃》指出，到2025年，裝配式建筑成為上海地區的主要建設方式。根據《中國建筑能耗與碳排放研究報告（2021）》，2019年全國建筑全過程碳排放總量為

49.97億tCO

，占全國碳排放的比重為50.6%，有效控制建筑領域碳排放是實現碳達峰碳中和目標的重要工作，我國碳減排工作已經進入總量控制階段，建筑節能將是實現“雙碳”目標的關鍵領域。

裝配式建筑是將建筑部分或全部構件在工廠預制并運輸至施工現場組裝而成，具有系統化、標準化、集成化及智能化應用等特點

。裝配式建筑作為建筑工業化的發展路徑之一，是建筑業“雙碳”目標的主要手段

。

近幾年由《WTO經濟導刊》、責揚天下(北京)管理顧問有限公司和北京大學社會責任與可持續發展國際研究中心共同實施研究的年度系列《金蜜蜂中國企業社會責任報告研究》深受社會各界關注，并成為研究中國企業社會責任問題的權威材料。根據對2011年前10個月的研究，發現各類社會責任報告發布數量達817份，超過2010年全年發布量，同比增長23.2%，東部、中部、西部地區分別增長了12.0%、14.0%、17.5%，民營企業發布了187份，同比增長41.7%。〔4〕

在國家政策和工業化進程中，裝配式建筑將會規模化推廣應用。由此，針對裝配式建筑全生命期碳排放核算顯得尤為重要。以華東地區某裝配式鋼結構住宅建筑為研究對象，分析計算該建筑全生命期碳排放量，為后續裝配式建筑推廣應用提供技術支撐，促進裝配式建筑的可持續發展。

1 某裝配式鋼結構住宅建筑基本信息

建筑面積約為4 000 m

，建筑層數為8層，建筑高度為25 m。建筑結構類型為鋼框架結構，裝配率為95%，主要預制構件包括：鋼柱、鋼梁、鋼筋桁架樓承板、預制PC樓梯、預制外掛墻板、輕質ALC條板、裝配式裝修等。

2 碳排放計算邊界

裝配式建筑全生命期碳排放計算邊界包括建材生產、建材運輸、建筑建造、建筑運行、建筑拆除回收階段，碳排放計算邊界如圖1所示。

3 碳排放計算方法

3.1 全生命期碳排放計算

針對建筑全生命期碳排放計算主要包括建材生產階段、運輸階段、建造階段、運行階段以及拆除回收階段。因此，基于全生命期進行建筑碳排放量計算可按式（1）進行計算：

式中：

——建筑全生命期碳排放量，kgCO

；

C

——建材生產階段碳排放量，kgCO

；

C

——建材運輸階段碳排放量，kgCO

；

(3)對供電可靠性要求較高的小區內，需要在環網柜進線側加裝電流互感器，選擇型號為LZZB610 0.5/10P，額定電壓10 kV，用作電氣測量和電力保護。

C

——建筑建造階段碳排放量，kgCO

；

C

——建筑運行階段碳排放量，kgCO

；

C

——建筑拆除回收階段碳排放量，kgCO

。

3.2 建材生產階段碳排放計算

E

——年電梯能耗（kWh/a）；

式中：

由圖3可知，紅茶濃度處于零水平時，浸泡溫度和浸泡時間的交互作用顯著。在較低的因子水平時，隨著浸泡溫度和浸泡時間的增大，感官分值提高，當浸泡溫度為35 ℃，浸泡時間為40 min左右時，感官分值達到較大值，但超過一定范圍，隨著浸泡時間的延長，感官分值減少，這是由于長時間浸泡使海螺肉的茶味太濃，影響感官分值。

式中：

C

——第

種主要建材的碳排放因子，kgCO

/單位建材數量。

3.3 建材運輸階段碳排放計算

——建筑面積，m

。

式中：

M

——第

種主要建材的消耗量，t；

D

——第

種建材平均運輸距離，km；

T

——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，kgCO

/（t·km）。

3.4 建造階段碳排放計算

建造階段的碳排放計算方法主要有兩種：若項目已經建造完成，可根據施工過程消耗的各類能源實際數據進行碳排放量計算；若項目未建造完成或無法獲取能源消耗實際數據，可根據《建筑碳排放計算標準》GB／T 51366-2019中列舉的方法，通過施工工序，參考工程消耗量定額相關標準，依據工程量、施工機械臺班以及單位臺班的能源用量等信息進行碳排放量計算。

項目建筑已建造完成，可獲取建造過程中實際能源消耗量，則該建筑建造階段的碳排放量按式（4）進行計算：

式中：

E

——建筑施工第

類能源消耗量，根據監測儀表、能源繳費賬單或財務報表等進行采集；

參考Chowdhury and Min的研究，本文根據聯合國人類發展指標(UN human development index，HDI)來區別是否發達國家。 [29] HDI超過0.788共有56個國家，代表著一個很高的發展水平，這部分國家的2014年人均GNI超過2萬美元。考慮到其他數據的可得性，本次樣本集共含70個國家，再刪除如特立尼達和多巴哥等數據異常國家樣本，最后獲得1998—2015年共712組有效樣本。

EF

——第

類能源的碳排放因子；

——驅動系統系數；

3.5 運行階段碳排放計算

建筑運行階段碳排放計算范圍包括暖通空調、生活熱水、照明及電梯等在建筑運行期間的能源消耗，同時扣減采用可再生能源的利用量。通過各系統能源消耗量和碳排放因子計算運行階段碳排放量。

1）暖通空調能耗：通過PKPM軟件模擬計算獲取暖通空調的電力消耗量。

2）照明系統能耗：通過各房間照明功率密度值、房間照明面積和房間照明時間計算獲得，照明能耗按式（5）計算。

式中：

E

——照明系統年能耗，kWh/a；

P

——第

日第

個房間照明功率密度值，W/m

；

A

——第

個房間照明面積，m

；

t

——第

日第

個房間照明時間，h；

對于印刷行業來說，轉型升級過程中最重要的是通過現代化的智能設備，以及完善的數字化工作流程，把印刷各個環節流程聯系在一起，從而提升印刷產能和效率，降低成本，使企業在激烈的競爭市場中立于不敗之地。改革開放40年間，中華商務受益于在內地的發展比較順利，在深圳、上海、北京均設有生產基地和辦事處，印刷成品遍及內地很多地方。與此同時，在國際市場的市場占有率也在不斷擴大。當然，中華商務并未止步于此，還在不斷引進人才和IT技術，提高其的國際化水平。

致謝 本文按照匿名審稿人的寶貴意見和建議進行了修改, 提高了文章的可讀性和研究的深度, 感謝匿名審稿人對本文提出的寶貴意見. 本工作受到國家自然科學基金(基金號: 11472278和11372330)， 四川省自然基金(基金號: 18ZA0260和2018JY0454)和綿陽師范學院自然基金(基金號: HX2017007和MYSY2017JC06)的資助, 在此表示感謝！

P

——應急燈照明功率密度，W/m

；

建材運輸階段碳排放量是根據建材的消耗量、平均運輸距離和單位重量運輸距離的碳排放因子進行計算。建材運輸階段碳排放量

C

按照式（3）計算：

3）生活熱水系統能耗：建筑生活熱水通過太陽能熱水系統提供。通過太陽能集熱器面積、太陽能集熱器采光面上的年平均太陽輻照量、集熱器平均集熱效率和熱損失率計算太陽能獲得能量。太陽能生活熱水系統提供的能量按式（6）進行計算：

這些年，改名后的中國美術學院包容性強多了，但既然還是被認為“絕大多數學生畫得都像老師”，即便在一些新領域，譬如裝置，不用畫筆了，我們仍可以通過作品大概猜出其指導老師，那么是否可以由此推斷，在培養原創力方面，其實普遍的進步并沒有乃至遠沒有從外面看起來那么大呢？

A

——太陽能集熱器面積，m

；

Q

——太陽能熱水系統的年供能量，kWh；

式中：

J

——太陽能集熱器采光面上的年平均太陽輻照量，MJ/m

；

η

——基于總面積的集熱器平均集熱效率，%；

η

——管路和儲熱裝置的熱損失率，%。

由圖3可知，當τ

4）電梯系統能耗：電梯能耗根據《電梯技術條件標準》（GB/T 10058-2009），按式（7）進行計算：

M

——第

種主要建材的消耗量；

建材生產階段碳排放量是根據建材的消耗量和對應的碳排放因子進行計算。建材生產階段碳排放量C

按照式（2）計算：

——建筑消耗終端能源類型，包括電力、燃氣、市政熱力等。

——平均運行距離系數；

——轎內平均載荷系數，

=0.35；

——最大運行距離，m；

——年啟動次數，一般在100 000到300 000之間；

——電梯的額定功率，kW；

當前許多無線收發系統的射頻前端電路,如3G與4G手機、藍牙及WLAN等,已經逐漸采用系統級封裝方式,以實現功率放大器模組與天線切換開關模組等的微型化。在電子系統中,片外組裝的無源元件占據了可觀的面積,成為系統尺寸進一步減小的瓶頸。縮小無源元件的尺寸以減小元件所占據的空間是目前急需解決的問題[1]。基于多層薄膜技術的集成無源元件IPD(Integrated Passive Device)由于其相較于分立無源元件具有尺寸小、高頻特性好、可靠性高、設計靈活、成本低的優點[2],正在軍事、航空、醫藥、照明、消費電子等應用中不斷地取代傳統的分立無源元件。

——額定速度，m/s；

E

——一年內待機總能耗，kWh/a。

5）廚房使用的天然氣量：建筑根據《民用建筑能耗標準》（GB/T 51161-2016）中對于夏熱冬冷地區居住建筑的燃氣消耗指標約束值對天然氣用量進行估算。

CM教科書的例題一般分為“例題（examples）”“現實世界舉例（real-world example）”兩個模塊．有理數章節“例題”模塊下的題目是概念理解或運用法則的計算類基礎題．“現實世界舉例”模塊下的例題均是與實際生活相關的應用題，該模塊的特別之處在于每個例題旁邊都會附有實景插圖和相關背景的介紹來豐富學生的認知（如圖9）．

3.6 拆除回收階段碳排放計算

拆除階段碳排放包括建筑拆除、拆除物運輸和建材回收利用。由于建筑并未拆解，根據相關研究成果

進行估算，拆除階段碳排放量約占建造階段和運輸階段碳排放的90%。

4 碳排放計算結果

4.1 建材生產階段碳排放量

該階段包括主體結構材料、圍護結構材料、室內裝修材料以及鋼結構加工、預制PC部品、預制外掛墻板等預制構件生產的碳排放量。主體結構材料、圍護結構材料和室內裝修材料消耗量采用工程量清單數據，碳排放因子主要依據《建筑碳排放計算標準》（GB/T 51366-2019）。鋼結構加工、預制PC部品、預制外掛墻板等預制構件生產所產生的碳排放量，根據實際加工消耗的能源數據計算，其中電力碳排放因子取2012年華東區域電網碳排放因子0.703 5 tCO

/MWh。通過計算可知，生產階段碳排放量為2 385 tCO

，其中，主體結構材料碳排放量占比最大，為64.0%；圍護結構材料次之，為30.2%；室內裝修材料生產占比5.8%。建材生產階段碳排放量中，預制構件碳排放量占比55.5%，非預制構件碳排放量占比38.7%；其中，主體結構材料中，預制構件碳排放量占比35.0%，圍護結構材料中，預制構件碳排放量占比20.5%。計算結果詳見圖2所示。

4.2 建材運輸階段碳排放量

該階段包括主體結構材料、圍護結構材料和室內裝修材料車輛運輸產生的碳排放量。建筑運輸能耗是指建筑從生產廠家運輸到項目施工地所消耗的能源，將能源消耗折合成碳排放。收集建筑中不同建材重量、運輸方式和運輸距離等信息，計算可得運輸階段的碳排放量。經計算，建材運輸階段碳排量為19.7 tCO

，其中，室內裝修材料運輸碳排放量占比最大，為44.8%，主要是項目體量偏小，裝配式裝修材料采購較集散，導致碳排放量較大；其次為主體結構材料，占比為42.9%，不同類型材料運輸碳排放比例分布如圖3所示。

電熱恒溫水箱，北京市長風儀器儀表公司；Lgbofuge 400R低溫離心機，德國Thermo電子有限公司；TDL80-2B臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；DL-CI醫用型潔凈工作臺，北京東聯哈爾儀器制造有限公司；NAPCO恒溫孵育箱，法國Jouang公司；正置熒光顯微鏡，德國Leica公司；CASY-TT細胞分析計數儀，德國Roche Innovatis AG公司；微孔板掃描酶標儀，美國BioTek公司；150 mm游標卡尺，臺州市航宇工量刃具有限公司；XB-K-25血細胞計數儀，上海醫用光學儀器廠；1815TC型二氧化碳培養箱，美國Shellab公司。

4.3 建造階段碳排放量

建造階段主要是塔吊、挖掘機、起重機等機械設備耗能產生的碳排放。收集該建筑建造階段能源實際消耗量，包括電力和柴油。經計算建造階段碳排放量為32.8 tCO

。具體計算過程見表1所示。

4.4 運行階段碳排放量

運行階段包括暖通空調、照明、電梯等能源消耗的碳排放，該建筑設計使用壽命為50年。暖通空調能源消耗數據來源于PKPM軟件模擬計算結果，照明等其他能源消耗碳排放按照列舉的計算公式計算。經計算運行階段碳排放量為5 745 tCO

。具體計算過程見表2和表3所示。

4.5 拆除回收階段碳排放量

由于建筑并未拆解，根據相關研究成果

進行估算，拆除階段碳排放量約占建造階段和運輸階段碳排放的90%。經計算，拆除階段碳排放量47.2 tCO

。考慮裝配式建筑特點，拆卸后材料及構件等可重復利用率較高，根據研究成果

回收利用計算方法，計算材料回收利用碳排放量為-1 192 tCO

。

（2）分別以Y為因變量，A，B兩組分別建立兩個Logistic回歸模型（modelA，modelB）。將所有患者的協變量信息分別帶入這兩個模型中，每個患者均獲得兩個治愈概率：PiA,PiB（i=1,2,3,…,2n），共2n對。令Zi=PiAPiB，求，計算的95%CI。若Zi值大于0，且大于-Z的95%CI上限或Zi值小于0，且小于-Z的95%CI下限，則發生錯誤。發生錯誤的次數除以2n即為一次模擬得到的錯誤率。

4.6 全生命期碳排放量

該建筑全生命期碳排放量為7 037 tCO

，每年單位面積碳排放為35.1 kgCO

/a·m

。不考慮建材回收利用扣減的碳排放量時，其中運行階段碳排放量占比69.8%，建材生產階段碳排放量占比29.0%，建材運輸階段、建造階段和拆除階段碳排放量占比較小，不到1%。全生命期碳排放比例分布如圖4所示。

機械化成為當今社會發展主流，機械磨損是產生機械故障和減少使用壽命的主要原因.潤滑油素有機械設備的“血液”之稱，具有密封、防腐、潤滑、減震和減磨作用[1-2].隨著潤滑油的使用，其質量會大大下降[3]，因此，針對潤滑油質量的檢測越來越重要.

5 結論

以華東地區裝配式鋼結構住宅建筑為研究對象，計算碳排放量，得出以下主要結論：

1）從全生命期看，每年單位面積的碳排放為35.1 kgCO

/a·m

，其中運行階段碳排放量最大，占比69.8%；其次是建材生產階段碳排放量，占比29.0%；建材運輸階段、建造階段和拆除階段碳排放量占比較小，均不到1%，可以看出，裝配式建筑碳排放運行階段和材料生產階段是減碳重點。

2）項目首次考慮室內裝修材料對碳排放量的影響，通過實際數據計算可知，生產材料階段，室內裝修材料碳排放占比5.8%。從降碳角度考慮，室內裝修也需要重點關注，采用碳排放量低、可循環回收利用的材料，以便降低室內裝修碳排放。

3）基于項目成果，針對裝配式建筑，建議從以下方面措施減少碳排放。盡可能選擇綠色環保且回收利用率高的材料，提高預制部品部件的標準化程度及成品型鋼的使用比例，改進預制構件生產工藝流程，從而減少生產階段的碳排放量；部品部件優先當地集采，采用合理的運輸方式，提高運輸的效率，減少運輸能耗；施工過程中，優化施工工序，加強管理，提高施工效率，減少廢棄物的產生，有序推動“雙碳”目標下裝配式建筑的可持續發展。

［1］劉勤文，李希勝，王軍.以裝配率為導向的裝配式建筑方案設計優化［J］.土木建筑工程信息技術，2019，11（1）:122-128.

［2］高鑫，朱建君，許小婷.裝配整體式混凝土建筑物化階段碳足跡測算案例研究［J］.建筑節能，2020（4）:131-137.

［3］高宇，李政道，張慧，等.基于LCA的裝配式建筑建造全過程的碳排放分析［J］.工程管理學報，2018，2（32）:30-34.

［4］曹西，繆昌鉛，潘海濤.基于碳排放模型的裝配式混凝土與現澆建筑碳排放比較分析與研究［J］.建筑結構，2021，12（51）:1234-1237.

［5］柯步敏，裘泳，余偉城，等.裝配式住宅生命周期碳排放評價分析［J］.建筑施工，2021，43（1）:169-171.

［6］汪盛.“雙碳”目標下裝配式建筑技術發展研究［J］.建筑科技，2022，1:44-46.

［7］李曉娟.裝配式建筑碳排放核算及減排策略研究［M］.廈門大學出版社，2021.10.