建筑外墙不同选材方案的碳排放量对比分析

王志慧，叶晓青，周强

（中机中联工程有限公司，重庆 400039）

0 引言

近年来，随着能源与环境问题的不断凸显，节能环保在全国范围内不断推广。建筑设计也逐步开始关注建筑本身在整个生命周期内各个阶段对生态环境的影响，建筑设计目标逐步转向追求技术性、经济性和环保性的统一[1]。建筑方案比选是寻求合理的技术方案的必要手段，而目前大多数的建筑设计方案比选更多关注方案本身的技术性、经济性，而忽略其环保性[2]。此研究将碳排放量作为建筑选材方案的评价指标之一，为建筑设计阶段方案之间的比选提供新的视角。

无机复合烧结页岩空心砖（以下简称“复合砖”）作为一种新型墙体材料，以其良好的热工性能、力学性能及隔声性能等优点，近年来得到了规模化生产和大面积使用[3]。此研究将外墙采用200mm厚复合砖和其余3种与之具有同等保温效果的外墙选材方案进行碳排放对比分析，还将外墙采用200mm厚复合砖和与之具有同等厚度的烧结页岩空心砖、蒸压加气混凝土砌块碳排放量进行对比分析，为复合砖的相关设计、研究、评价和管理决策提供参考，为建筑方案的合理选择提供支持。

1 对比方案设计

研究以某三层幼儿园项目为例，将外墙不同选材方案的碳排放量进行对比分析。幼儿园建筑高度为11.70m，建筑面积3407.36m2，结构类型为框架结构，使用年限设计为50年。除外墙外，其余围护结构做法均相同。

1.1 基于不同保温材质的相同保温效果

对比方案设计将外墙采用200mm复合砖和其余3种与之具有同等保温效果的外墙选材方案进行碳排放量对比分析。原方案为外墙采用200mm厚复合砖。对比方案1为外墙采用普通烧结页岩空心砖与保温材料挤塑聚苯板，对比方案2为外墙采用普通烧结页岩空心砖与保温材料膨胀聚苯板，对比方案3为外墙采用普通烧结页岩空心砖与保温材料岩棉板。通过计算得出，若外墙采用200mm厚普通烧结页岩空心砖，为了达到与200mm厚复合砖相同的保温效果，对比方案1需要增加保温材料挤塑聚苯板14mm厚，对比方案2需要增加保温材料膨胀聚苯板20mm厚，对比方案3需要增加保温材料岩棉板23mm厚。 4种方案中外墙构造做法、材料的热工特性见表1。

1.2 基于相同保温材质不同砌体材质

对比方案设计将采用相同保温材质、不同砌体材质的3种外墙构造方案碳排放量计算分析。原方案为外墙采用200mm厚复合砖，对比方案1为外墙采用200mm厚普通烧结页岩空心砖，对比方案2为外墙采用200mm厚蒸压加气混凝土砌块。外墙保温材料均为20mm厚挤塑聚苯板，假定其余围护结构构造做法均相同，见表2。

表1 基于不同保温材质相同保温效果的4种方案中外墙构造做法及材料的基本参数

表2 基于相同保温材质不同砌体材质的3种方案中外墙构造做法及材料的基本参数

2 碳排放量计算过程与结果

每种方案的碳排放量计算范围包含该方案中各种材料的生产阶段、运输与现场施工阶段、使用阶段的碳排量之和[4]。

每种方案的碳排放量可采用下式计算：

式（1）中：C为每种方案的碳排放量（kg）；

Cm为材料生产阶段的碳排放量（kg），计算方法见2.1；

Ce为每种方案施工阶段的碳排放量（kg），计算方法见2.2；

Cu为每种方案在使用阶段的碳排放量（kg），计算方法见2.3。

2.1 材料生产阶段的碳排放量

依据参考文献[5]，每种方案下材料生产阶段的碳排放量可采用下式计算：

式（2）中：C为材料生产阶段的碳排放量（kg）；

Qi为第i种原材料的消耗量（m3）；

Ci为第i种原材料生命周期的碳排放因子（kg/m3）。

2.1.1 原材料消耗量计算

经过计算本案外墙面积为1257.11m2，各方案中原材料的消耗量见表3和表4。

表3 基于不同保温材质相同保温效果的4种方案下主要原材料消耗量

表4 基于相同保温材质不同砌体材质的3种方案中主要原材料消耗量

2.1.2 碳排放因子数据收集

碳排放因子为生产单位材料的碳排放量。已有研究得出了部分建筑材料的碳排放因子[6]。此研究用到的几种材料的碳排放因子统计如表5。

表5 主要原材料的碳排放因子

2.1.3 材料生产阶段碳排放量

根据式（2）的计算方法，计算得出各方案原材料生产阶段的碳排放量计算结果见表6和表7。

表6 基于不同保温材质相同保温效果的4种方案原材料生产阶段碳排放量

表7 基于相同保温材质不同砌体材质的3种方案原材料生产阶段的碳排放量

2.2 施工阶段碳排放量计算

墙体施工阶段的碳排放量包括墙体材料运输中的碳排放，墙体砌筑过程现场耗能造成的碳排放[10]。已有研究得出了墙体砌筑工程碳排放因子为12.7kg/m2[11]。研究中幼儿园的墙体面积为1257.10m2。每种方案墙体施工阶段碳排放量均为15.96t CO2。

2.3 使用阶段碳排量计算

使用阶段的碳排放量为建筑在运行阶段的碳排放量，采用如下式计算：

式中Qelec为使用阶段耗电量，通过建筑节能权衡计算结果得出；

Celec为电力生产的碳排放因子，取0.95kg/kWh[12]。

使用阶段的耗电量及碳排放量计算结果见表8和表9。

表8 基于不同保温材质相同保温效果的4种方案使用阶段的耗电量及碳排放量

表9 基于相同保温材质不同砌体材质的3种方案使用阶段的耗电量及碳排放量

3 各方案碳排放量计算

将2.1、2.2和2.3中的数据代入式子（1），计算出四种方案的碳排放量见表10和表11所示。

表10 基于不同保温材质相同保温效果的4种方案的碳排放量

表11 基于相同保温材质不同砌体材质的3种方案的碳排放量

4 结论

（1）研究将碳排放量作为建筑选材方案的评价指标，论文研究结果适用于建筑设计过程中外墙材料方案的比选。基于LCA理论将外墙不同选材方案的碳排放量计算分为材料生产、施工及使用三个阶段，提出了相应阶段的碳排放计算方法和式子，为建筑设计阶段方案之间的比选提供了新的视角和方法参考。

（2）碳排量应着眼于全生命周期，不能只兼顾某一个或某几个生命周期阶段。各种方案的碳排放量计算结果表明，使用阶段的碳排放量占每种方案碳排放量总量的比例较大（约70%）。

（3）基于不同保温材质相同保温效果的4种方案碳排放量计算分析表明，外墙采用200mm厚复合砖、200mm烧结页岩空心砖+14mm挤塑聚苯板、200mm烧结页岩空心砖+20mm膨胀聚苯板或200mm烧结页岩空心砖+23mm岩棉板，材料生产阶段碳排量相差较大。碳排放量最大的为200mm复合砖，因其保温填料灌装工序需要额外消耗能源，增加材料生产阶段的碳排放量。该结论为复合砖的生产工艺优化改进提供了参考。

（4）基于相同保温材质不同砌体材质的3种方案碳排放计算结果表明，尽管同等砌体材料厚度下，复合砖材料生产阶段的碳排放量较大，但相对于普通烧结页岩空心砖、蒸压加气混凝土砌块而言，复合砖具有更好的热工性能，可降低使用阶段的能耗，减少使用阶段的碳排放量。

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