綠色裝配式農房物化階段碳足跡測度與減排策略研究

劉思崢 楊增科

（河南理工大學土木工程學院，河南 焦作 454000）

0 引言

村鎮裝配式住宅作為西部農村地區村鎮住房產業化改革的新型結構形式，是我國建筑領域應對氣候變化，實現低碳發展的重要抓手。2021年10月26日，國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》（國發〔2021〕23號）指出：“在城鄉建設碳達峰實施領域，要加快推進農村建設和用能低碳轉型、推進綠色農房建設、加快農房節能改造”。現階段，裝配式住宅因其高效、環保、可持續等優勢，在政策和市場需求的驅動下得到了迅猛發展。然而，由于我國區域間經濟發展的不平衡，西部干旱地區農房質量良莠不齊，綠色裝配式農房的市場推廣尚處于起步階段[1]。目前，對于綠色裝配式農房的研究主要聚焦于技術難點、市場可行性及成本測算等方面，缺少對碳足跡的定量測算和分析。因此對西部地區裝配式農房進行全壽命周期碳足跡測度，對實現我國碳達峰、碳中和這一國家戰略，推動建筑行業技術創新與行業變革，顯著降低建筑業的碳排放尤為重要[2-3]。

本文基于全壽命周期理論及普適性碳足跡測算方法，構建我國典型干旱區綠色裝配式農房全壽命周期碳足跡測算模型；結合新疆維吾爾自治區高校科研計劃示范項目，對綠色裝配式農房物化階段碳足跡測度與減排策略進行研究[4-5]。

1 工程概況

新疆作為我國典型的西部干熱氣候地區，常年干燥少雨，全年溫差及晝夜溫差巨大，特殊的氣候原因及地理條件，使得新疆傳統民居建設存在設計不規范、節能效果差、質量通病多及整體成本高等現象，農房類建筑整體使用壽命小于30年，建設勞動力消耗高于傳統建筑的50%，全壽命周期成本（含建設成本及使用成本）約為傳統建筑的2倍，農房的綠色建造標準化亟待轉型。由西安建筑科技大學綠色建筑研究所研發的裝配式綠色農房自2018年起在新疆各地區進行嘗試建造，對干旱區綠色農房建設改革起到了良好的引領示范作用[6]。

預制密肋夾芯保溫復合墻結構體系是區域示范工程，位于新疆昌吉州榆樹溝鎮。項目地上二層為居住建筑，層高3.3m，占地面積239.18m2，總建筑面積186.12m2，戶型為5室1廳1廚2衛，其中一層106.92m2、二層79.2m2。建筑圍繞走廊呈現“十”字型布局，按照功能區域進行劃分，一層平面南側設置為老人臥室、衛生間、廚房，北側設置為臥室、客廳；二層平面南側設置為臥室、露天平臺，北側設置為臥室、衛生間，建筑形體及戶型如圖1所示。

圖1 昌吉綠色裝配式農房平面圖

經評測，該項目裝配化率約為84%，主體預制構件包括：預制夾芯保溫復合外墻板、預制密肋復合墻板、預制疊合樓板、預制疊合梁、預制樓梯、預制疊合柱及門窗等；預制構件水平連接形式為插嵌連接，垂直連接形式為套筒灌漿連接、預制混凝土澆筑濕接[7]。主體構件及現場施工工藝參數如表1所示。

表1 主體構件工藝參數

2 研究方法

2.1 系統邊界

建筑全壽命周期碳足跡計算的系統邊界一般分為“從搖籃到大門”（B2B）和“從搖籃到墳墓”（B2C）兩種[8]，碳排放計算包含《IPCC國家溫室氣體清單指南》中列出的各類溫室氣體。本文基于全壽命周期視角，結合案例特點，將昌吉州綠色裝配式農房碳足跡測算物化階段系統邊界設定為：構件生產、運輸、安裝、施工過程中的材料、工器具、機械車輛等使用產生的碳排放，電力、柴油、天然氣、煤炭等化石燃料消耗產生的碳排放。

2.2 碳足跡計算方法

依據對該綠色裝配式農房全壽命周期碳足跡測算的系統邊界設定可知，項目在全壽命周期各階段中均存在能源消耗及溫室氣體排放，為確保數據收集的準確性、理清項目碳排放的直接和間接來源，本文采用排放系數法，即“碳排放量=活動數據×碳排放因子”，其中活動數據包含預制構件消耗量、機械能源消耗量等各類數據，數據單位按照國家建筑行業標準通用單位，如m2、m3、kWh、kg等；碳排放因子表示每單位活動數據投入產出的碳排放當量數。本文從消費端視角對裝配式農房項目進行全壽命周期碳足跡測評研究[9-10]。

2.3 測算模型的構建

項目所在地昌吉州為裝配式建筑重點發展地區，構件生產商貨源充足、生產線齊全完備。經實地考察，項目物化階段碳足跡可通過核驗項目工程量清單、運輸距離及運量消耗等進行量化研究。該農房項目的物化階段碳足跡測算公式表示為：

式中：

C1——裝配式綠色農房物化階段碳排放量，kgCO2eq；

Qi——第i種預制構件消耗量；

Fi——第i種預制構件碳排放因子；

Mi——運輸第i種構件車輛每百公里燃料能源消耗量，kg；

Li——第i種預制構件運輸距離，km；

Fk——第k種能源碳排放因子，kgCO2eq/kg；

Ri——安裝第i種預制構件人工工日數，工日；

Fr——人工勞動力碳排放因子，（kgCO2eq/人×工日）；

Ek——構件安裝過程第k種機械能源消耗量，kg；

Fk——第k種能源碳排放因子，kgCO2eq/kg。

3 結果與分析

3.1 數據收集

依據該裝配式農房全壽命周期碳足跡測算階段模型中涉及的預制構件、機械車輛、化石能源等碳排放因子取自于2019年發布的《建筑碳排放計算標準》（GB/T 51366-2019）及現有學術成果的測度研究，各材料及能源的碳排放因子數據及其來源如表2所示。

表2 碳排放因子數據及其來源

3.2 物化階段碳足跡計算

參照《裝配式建筑工程消耗量定額》（TY 01-01(01)-2016）和新疆維吾爾自治區《裝配式建筑評價標準》（XJJ 116-2019）以及工程設計圖紙、設計說明等基礎資料，利用廣聯達算量軟件GCL 2021和施工現場各分項工程實地調研數據計算項目主材消耗量清單，結合公式（1），選取恰當的碳排放因子，進行物化階段成品建材碳排放量計算。項目主體消耗量清單及其碳排放量計算如表3所示。

表3 主體建材消耗碳排放量

項目在施工安裝過程中遵循“就地取材”的原則，所需各類建筑構配件均來自新疆七星建設科技股份有限公司構件廠，根據現場記錄顯示，預制構件廠至項目施工現場平均運輸距離為45km，全程采用公路運輸，運載車輛選用輕型柴油貨車（載重2t）、混凝土攪拌車（載重12m3）均為滿載運輸，運輸到施工現場集中卸載，卸載后車輛需統一返回構件廠（考慮往返油耗）。通過查閱《中國交通年鑒》統計數據，載重2t的柴油貨車每100km耗油量為6L，載重12m3的混凝土攪拌車每100km耗油量為45L，柴油密度以0.84kg/L 計算，計算得出柴油貨車和混凝土攪拌車每100km耗油量分別為5.04kg和37.8kg。構件運輸過程碳排放計算如表4所示。

表4 構件運輸過程碳排放量

裝配式農房構件安裝過程碳排放主要來源于施工現場人、材、機消耗所產生的溫室氣體排放。按照項目的施工安排，該綠色裝配式農房實際工期為23d，根據主體消耗量清單及機械設備進場記錄，預制構件安裝過程碳排放量計算如表5所示。

經測算數據匯總，該項目物化階段碳足跡總量為531.204tCO2eq，如表6所示。

表6 物化階段碳排放量統計表

4 減排策略

依據以上研究，對政府、建設單位、施工企業三方提出以下減排要求：

（1）通過發展綠色裝配式農房示范項目，提高新型綠色建筑體系的社會認可度。政府可通過政策引領及財政補貼等形式，加快試點示范項目的建設，讓農民切實感受到節能住宅的優越性，以點代面，推進農村地區新型綠色建筑的發展；同時，應充分調動基層工作者宣傳作用，加大綠色建材的宣傳力度和政策引導，倡導結合工程特點，優先選用碳排放因子小、回收利用率高的綠色建材并對購買綠色建材的農民給予一定的經濟補貼。

（2）加快推廣農村裝配式建造模式，促進建筑業轉型升級。市場可采取以施工企業為主導的產學研模式，充分發揮各方優勢，結合當地風土人情，因地制宜開發具有本土風格和地方特色的裝配式農房；最后，以市場需求為導向，構建農村裝配式建筑產業鏈，將自身技術與信息化技術相結合，推動農村裝配式建筑高效快速建設與發展。

（3）加強建筑廢棄物回收利用宣傳，提高產業鏈閉環資源利用效率。建設單位應定期對裝配式農房進行維護，延長住宅使用年限，同時保證構件的可循環利用；提高對建筑垃圾處理的環保意識，制定科學詳細的拆除方案，提高建筑垃圾資源化利用效率，進一步降低建筑全壽命周期碳排放總量。

5 結束語

本研究基于全壽命周期理論進行裝配式建筑碳足跡邊界設定，構建了我國西部典型干旱地區綠色裝配式農房碳足跡測算模型，并對位于新疆昌吉州榆樹溝鎮的綠色裝配式農房進行了實證測度，研究結論如下：

（1）基于全壽命周期碳足跡系統邊界構建的綠色裝配式農房全壽命周期碳排放測算模型，具有一定的普適性，可為我國裝配式農房碳足跡測算提供理論參考。

（2）該綠色裝配式農房全壽命周期碳足跡總量較傳統農房年均碳足跡總量低，效益顯著，可作為農村低碳住宅可持續推廣的有效依據和相關理論支持。