預制構件物化階段碳排放量測算及綜合成本分析*

齊 月 陳 穎

(1 中南林業科技大學 長沙 410000)(2 中南林業科技大學 長沙 410004)

1 研究背景

在“雙碳”背景下,裝配式建筑以其減少溫室氣體排放、降低能源消耗、綠色高效等優點成為建筑行業實現低碳化發展的關鍵技術路徑。然而,現階段裝配式建筑的高造價已成為制約其發展的瓶頸。通過核算分析裝配式建筑的碳排放量[1,2]和成本[3,4],可有效推動裝配式建筑快速發展。根據現有研究可知,裝配式建筑的碳排放量主要取決于預制構件的碳排放量[5],因此本文以預制疊合板為實證對象,通過構建預制構件物化階段碳排放測算模型,對其物化階段的碳排放量和建安成本進行核算,引入碳單價將碳排放量轉化為碳排放成本,提出將碳排放成本包含在內的綜合成本核算方法,對預制構件的碳排放量和綜合成本的分析。

2 預制構件物化階段碳排放測算模型

2.1 計算模型

將物化階段劃分為建材開采、建材運輸、構件生產、構件運輸和裝配施工階段,選用碳排放因子法構建預制構件物化階段的碳排放測算模型。

2.1.1 建材開采階段

建材開采階段碳排放來源于預制構件的原材料生產和開采、運輸和加工以及資源消耗的碳排放。

式中:C1——建材開采階段碳排放量;

Qi——第i種材料消耗量;

Fi——第i種建材碳排放因子。

2.1.2 建材運輸階段

建材運輸階段碳排放源來自原材料從工廠運輸到構件廠的過程。假設運輸車輛在運輸過程中為滿載狀態,返回過程中為空載狀態,還需考慮空載返回產生的碳排放量。根據毛睿昌[6]等人的研究,空載狀態下運輸車輛的環境負載為滿載狀態的0.67倍,計算運輸車輛碳排放量的放大系數為1.67。

式中:C2——建材運輸階段碳排放量;Di——第i種建材運輸距離;

Fij——第i種材料在運輸過程中使用的第j種運輸方式的碳排放因子;

K——運輸車輛碳排放放大系數1.67。

2.1.3 預制構件生產階段

構件生產階段包括構件制造、能源使用等環節,碳排放源為預制構件生產過程中機械臺班消耗及人員消耗。

式中:C3——構件生產階段碳排放量;

Eij——第i類預制構件生產過程中使用的j種機械的臺班數量;

Cij——第i類預制構件安裝施工過程中使用的j種機械的臺班能源用量;

Fj——第j種機械消耗能源碳排放因子;

Fn——人工碳足跡因子;

n——人工工日數。

2.1.4 預制構件運輸階段

運輸過程碳排放主要來自預制構件從工廠生產完成后被運輸至建筑工地的過程。

式中:C4——構件運輸階段碳排放量;

Mi——第i種預制構件的總質量;

Di——第i種預制構件的運距;Fij——第i類預制構件運輸過程中使用的第j種運輸方式的碳排放因子。

2.1.5 裝配施工階段

該階段是指預制構件裝配施工時各施工機械能源消耗產生的碳排放。碳排放主要來源于現場施工過程中人工和施工機械消耗能源所產生的碳排放。

式中:C5——施工階段碳排放量;

Tij——第i類預制構件在安裝施工過程中使用的j種機械的臺班數量;

Mij——第i類預制構件安裝施工過程中使用的j種機械的臺班能源用量;Fj——第j種機械消耗能源的碳排放因子;En—人工碳足跡因子;

2.3 預制構件綜合成本測算模型

本文定義了綜合成本的概念,提出了包含碳排放成本在內的綜合成本核算方法,即裝配式建筑物化階段的綜合成本為建安成本與碳排放成本之和。

2.2.1 建安成本

采用綜合單價法計算裝配式混凝土建筑預制構件的建安成本。

式中:Ma——構件生產階段成本;

Mb——構件運輸階段成本;

Mc——裝配施工階段成本。

2.2.2 碳排放成本

碳排放成本是指為了減少溫室氣體排放而需要付出的經濟代價,是衡量碳減排行為的經濟性指標。通常用每噸二氧化碳的貨幣單位來衡量。單位碳排放成本的確定方法包括碳交易市場價格、碳稅價格、碳減排邊際成本。本文的碳單價采取碳交易市場平均價格。

式中:P——碳排放量;

L——單位碳排放的成本。

3 案例分析

本文案例為湖南省長沙市某裝配式混凝土建筑項目。該項目裝配式混凝土建筑面積為219 026.87 m2,地上建筑面積為11 926.43 m2,裝配率為50.4%。預制構件包括疊合板、樓梯和PC隔墻,其中部分隔墻采用ALC板材。研究對象選擇使用率最高的預制混凝土疊合板,該項目中預制混凝土疊合板的總體積為719.9m3。

3.1 物化階段碳排放測算

本文僅對預制構件物化各階段占預制構件總重量95%以上的主要建材進行計算,忽略重量比低于0.1%的建材。利用公式(2)～(6)計算得出本案例各物化階段中預制疊合板的碳排放量結果見表1。

表1 基礎數據匯總表

由基礎數據數據計算了預制疊合板各階段碳排放量占物化階段碳排放總量,由表1看出,各階段碳排放量占碳排放總量的從大到小依次為建材開采階段>建材運輸階段>構件生產階段>構件運輸階段>裝配施工階段。其中,建材開采階段的碳排放量占比最高,約85.45%,現場裝配階段占比最少,約0.37%。預制混凝土疊合板在物化階段的碳排放主要來自建材開采和運輸階段。因此,針對這兩個階段的碳減排具有較大空間。

3.2 綜合成本測算

采用2.4.2所述方法套用《裝配式建筑工程消耗量定額》計算了預制疊合板的綜合成本。

由表2可知,每10 m3預制混凝土疊合板的全費用綜合單價為54 406.09元,單位體積全費用綜合單價為5 440.609元/m3。案例中單個構件的體積為0.442 m3,可計算出本案例中單個預制混凝土疊合板的成本為2 404.749元。由建筑預制混凝土疊合板構件的總體積為719.9 m3,得到全費用綜合單價為39 166 942元。碳單價選取2022年第一輪全國性碳排放權交易平均價格49.23元/噸。本案例中預制疊合板的碳排放成本為:3 453.159×49.23=169 999.018 元。案例中預制混凝土梯段板的綜合成本為39 166 942+169 999.018=39 336 941.02元。

表2 10m3 單位體積預制疊合板造價組成

4 結語

本研究采用碳排放因子法,建立了預制構件物化階段的碳排放模型,基于此模型測算了某裝配式混凝土建筑預制疊合板的碳排放量。提出了包含碳排放成本在內的預制構件綜合成本測算方法,該綜合成本不僅包括造價的經濟因素,還涵蓋了碳排放量的環境因素。在量化碳排放成本的同時,提高了裝配式建筑的成本核算精度,有利于從整體角度評價預制構件的成本效益。