装配式钢结构住宅建筑全生命期碳排放计算

0 引言

《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发［2016］71号）发布后，发展装配式建筑已经上升为国家战略。住房和城乡建设部发布的《“十四五”建筑业发展规划》指出，要大力发展装配式建筑，到“十四五”末装配式建筑占新建建筑的比例要达到30%以上。在“双碳”目标大背景下，全国各省市对装配式建筑发展提出了更高要求和目标。2021年上海市住房和城乡建设管理委员会印发《上海市装配式建筑“十四五”规划》指出，到2025年，装配式建筑成为上海地区的主要建设方式。根据《中国建筑能耗与碳排放研究报告（2021）》，2019年全国建筑全过程碳排放总量为

49.97亿tCO

，占全国碳排放的比重为50.6%，有效控制建筑领域碳排放是实现碳达峰碳中和目标的重要工作，我国碳减排工作已经进入总量控制阶段，建筑节能将是实现“双碳”目标的关键领域。

装配式建筑是将建筑部分或全部构件在工厂预制并运输至施工现场组装而成，具有系统化、标准化、集成化及智能化应用等特点

。装配式建筑作为建筑工业化的发展路径之一，是建筑业“双碳”目标的主要手段

。

近几年由《WTO经济导刊》、责扬天下(北京)管理顾问有限公司和北京大学社会责任与可持续发展国际研究中心共同实施研究的年度系列《金蜜蜂中国企业社会责任报告研究》深受社会各界关注，并成为研究中国企业社会责任问题的权威材料。根据对2011年前10个月的研究，发现各类社会责任报告发布数量达817份，超过2010年全年发布量，同比增长23.2%，东部、中部、西部地区分别增长了12.0%、14.0%、17.5%，民营企业发布了187份，同比增长41.7%。〔4〕

在国家政策和工业化进程中，装配式建筑将会规模化推广应用。由此，针对装配式建筑全生命期碳排放核算显得尤为重要。以华东地区某装配式钢结构住宅建筑为研究对象，分析计算该建筑全生命期碳排放量，为后续装配式建筑推广应用提供技术支撑，促进装配式建筑的可持续发展。

1 某装配式钢结构住宅建筑基本信息

建筑面积约为4 000 m

，建筑层数为8层，建筑高度为25 m。建筑结构类型为钢框架结构，装配率为95%，主要预制构件包括：钢柱、钢梁、钢筋桁架楼承板、预制PC楼梯、预制外挂墙板、轻质ALC条板、装配式装修等。

2 碳排放计算边界

装配式建筑全生命期碳排放计算边界包括建材生产、建材运输、建筑建造、建筑运行、建筑拆除回收阶段，碳排放计算边界如图1所示。

3 碳排放计算方法

3.1 全生命期碳排放计算

针对建筑全生命期碳排放计算主要包括建材生产阶段、运输阶段、建造阶段、运行阶段以及拆除回收阶段。因此，基于全生命期进行建筑碳排放量计算可按式（1）进行计算：

式中：

——建筑全生命期碳排放量，kgCO

；

C

——建材生产阶段碳排放量，kgCO

；

C

——建材运输阶段碳排放量，kgCO

；

(3)对供电可靠性要求较高的小区内，需要在环网柜进线侧加装电流互感器，选择型号为LZZB610 0.5/10P，额定电压10 kV，用作电气测量和电力保护。

C

——建筑建造阶段碳排放量，kgCO

；

C

——建筑运行阶段碳排放量，kgCO

；

C

——建筑拆除回收阶段碳排放量，kgCO

。

3.2 建材生产阶段碳排放计算

E

——年电梯能耗（kWh/a）；

式中：

由图3可知，红茶浓度处于零水平时，浸泡温度和浸泡时间的交互作用显著。在较低的因子水平时，随着浸泡温度和浸泡时间的增大，感官分值提高，当浸泡温度为35 ℃，浸泡时间为40 min左右时，感官分值达到较大值，但超过一定范围，随着浸泡时间的延长，感官分值减少，这是由于长时间浸泡使海螺肉的茶味太浓，影响感官分值。

式中：

C

——第

种主要建材的碳排放因子，kgCO

/单位建材数量。

3.3 建材运输阶段碳排放计算

——建筑面积，m

。

式中：

M

——第

种主要建材的消耗量，t；

D

——第

种建材平均运输距离，km；

T

——第i种建材的运输方式下，单位重量运输距离的碳排放因子，kgCO

/（t·km）。

3.4 建造阶段碳排放计算

建造阶段的碳排放计算方法主要有两种：若项目已经建造完成，可根据施工过程消耗的各类能源实际数据进行碳排放量计算；若项目未建造完成或无法获取能源消耗实际数据，可根据《建筑碳排放计算标准》GB／T 51366-2019中列举的方法，通过施工工序，参考工程消耗量定额相关标准，依据工程量、施工机械台班以及单位台班的能源用量等信息进行碳排放量计算。

项目建筑已建造完成，可获取建造过程中实际能源消耗量，则该建筑建造阶段的碳排放量按式（4）进行计算：

式中：

E

——建筑施工第

类能源消耗量，根据监测仪表、能源缴费账单或财务报表等进行采集；

参考Chowdhury and Min的研究，本文根据联合国人类发展指标(UN human development index，HDI)来区别是否发达国家。 [29] HDI超过0.788共有56个国家，代表着一个很高的发展水平，这部分国家的2014年人均GNI超过2万美元。考虑到其他数据的可得性，本次样本集共含70个国家，再删除如特立尼达和多巴哥等数据异常国家样本，最后获得1998—2015年共712组有效样本。

EF

——第

类能源的碳排放因子；

——驱动系统系数；

3.5 运行阶段碳排放计算

建筑运行阶段碳排放计算范围包括暖通空调、生活热水、照明及电梯等在建筑运行期间的能源消耗，同时扣减采用可再生能源的利用量。通过各系统能源消耗量和碳排放因子计算运行阶段碳排放量。

1）暖通空调能耗：通过PKPM软件模拟计算获取暖通空调的电力消耗量。

2）照明系统能耗：通过各房间照明功率密度值、房间照明面积和房间照明时间计算获得，照明能耗按式（5）计算。

式中：

E

——照明系统年能耗，kWh/a；

P

——第

日第

个房间照明功率密度值，W/m

；

A

——第

个房间照明面积，m

；

t

——第

日第

个房间照明时间，h；

对于印刷行业来说，转型升级过程中最重要的是通过现代化的智能设备，以及完善的数字化工作流程，把印刷各个环节流程联系在一起，从而提升印刷产能和效率，降低成本，使企业在激烈的竞争市场中立于不败之地。改革开放40年间，中华商务受益于在内地的发展比较顺利，在深圳、上海、北京均设有生产基地和办事处，印刷成品遍及内地很多地方。与此同时，在国际市场的市场占有率也在不断扩大。当然，中华商务并未止步于此，还在不断引进人才和IT技术，提高其的国际化水平。

致谢 本文按照匿名审稿人的宝贵意见和建议进行了修改, 提高了文章的可读性和研究的深度, 感谢匿名审稿人对本文提出的宝贵意见. 本工作受到国家自然科学基金(基金号: 11472278和11372330)， 四川省自然基金(基金号: 18ZA0260和2018JY0454)和绵阳师范学院自然基金(基金号: HX2017007和MYSY2017JC06)的资助, 在此表示感谢！

P

——应急灯照明功率密度，W/m

；

建材运输阶段碳排放量是根据建材的消耗量、平均运输距离和单位重量运输距离的碳排放因子进行计算。建材运输阶段碳排放量

C

按照式（3）计算：

3）生活热水系统能耗：建筑生活热水通过太阳能热水系统提供。通过太阳能集热器面积、太阳能集热器采光面上的年平均太阳辐照量、集热器平均集热效率和热损失率计算太阳能获得能量。太阳能生活热水系统提供的能量按式（6）进行计算：

这些年，改名后的中国美术学院包容性强多了，但既然还是被认为“绝大多数学生画得都像老师”，即便在一些新领域，譬如装置，不用画笔了，我们仍可以通过作品大概猜出其指导老师，那么是否可以由此推断，在培养原创力方面，其实普遍的进步并没有乃至远没有从外面看起来那么大呢？

A

——太阳能集热器面积，m

；

Q

——太阳能热水系统的年供能量，kWh；

式中：

J

——太阳能集热器采光面上的年平均太阳辐照量，MJ/m

；

η

——基于总面积的集热器平均集热效率，%；

η

——管路和储热装置的热损失率，%。

由图3可知，当τ

4）电梯系统能耗：电梯能耗根据《电梯技术条件标准》（GB/T 10058-2009），按式（7）进行计算：

M

——第

种主要建材的消耗量；

建材生产阶段碳排放量是根据建材的消耗量和对应的碳排放因子进行计算。建材生产阶段碳排放量C

按照式（2）计算：

——建筑消耗终端能源类型，包括电力、燃气、市政热力等。

——平均运行距离系数；

——轿内平均载荷系数，

=0.35；

——最大运行距离，m；

——年启动次数，一般在100 000到300 000之间；

——电梯的额定功率，kW；

当前许多无线收发系统的射频前端电路,如3G与4G手机、蓝牙及WLAN等,已经逐渐采用系统级封装方式,以实现功率放大器模组与天线切换开关模组等的微型化。在电子系统中,片外组装的无源元件占据了可观的面积,成为系统尺寸进一步减小的瓶颈。缩小无源元件的尺寸以减小元件所占据的空间是目前急需解决的问题[1]。基于多层薄膜技术的集成无源元件IPD(Integrated Passive Device)由于其相较于分立无源元件具有尺寸小、高频特性好、可靠性高、设计灵活、成本低的优点[2],正在军事、航空、医药、照明、消费电子等应用中不断地取代传统的分立无源元件。

——额定速度，m/s；

E

——一年内待机总能耗，kWh/a。

5）厨房使用的天然气量：建筑根据《民用建筑能耗标准》（GB/T 51161-2016）中对于夏热冬冷地区居住建筑的燃气消耗指标约束值对天然气用量进行估算。

CM教科书的例题一般分为“例题（examples）”“现实世界举例（real-world example）”两个模块．有理数章节“例题”模块下的题目是概念理解或运用法则的计算类基础题．“现实世界举例”模块下的例题均是与实际生活相关的应用题，该模块的特别之处在于每个例题旁边都会附有实景插图和相关背景的介绍来丰富学生的认知（如图9）．

3.6 拆除回收阶段碳排放计算

拆除阶段碳排放包括建筑拆除、拆除物运输和建材回收利用。由于建筑并未拆解，根据相关研究成果

进行估算，拆除阶段碳排放量约占建造阶段和运输阶段碳排放的90%。

4 碳排放计算结果

4.1 建材生产阶段碳排放量

该阶段包括主体结构材料、围护结构材料、室内装修材料以及钢结构加工、预制PC部品、预制外挂墙板等预制构件生产的碳排放量。主体结构材料、围护结构材料和室内装修材料消耗量采用工程量清单数据，碳排放因子主要依据《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366-2019）。钢结构加工、预制PC部品、预制外挂墙板等预制构件生产所产生的碳排放量，根据实际加工消耗的能源数据计算，其中电力碳排放因子取2012年华东区域电网碳排放因子0.703 5 tCO

/MWh。通过计算可知，生产阶段碳排放量为2 385 tCO

，其中，主体结构材料碳排放量占比最大，为64.0%；围护结构材料次之，为30.2%；室内装修材料生产占比5.8%。建材生产阶段碳排放量中，预制构件碳排放量占比55.5%，非预制构件碳排放量占比38.7%；其中，主体结构材料中，预制构件碳排放量占比35.0%，围护结构材料中，预制构件碳排放量占比20.5%。计算结果详见图2所示。

4.2 建材运输阶段碳排放量

该阶段包括主体结构材料、围护结构材料和室内装修材料车辆运输产生的碳排放量。建筑运输能耗是指建筑从生产厂家运输到项目施工地所消耗的能源，将能源消耗折合成碳排放。收集建筑中不同建材重量、运输方式和运输距离等信息，计算可得运输阶段的碳排放量。经计算，建材运输阶段碳排量为19.7 tCO

，其中，室内装修材料运输碳排放量占比最大，为44.8%，主要是项目体量偏小，装配式装修材料采购较集散，导致碳排放量较大；其次为主体结构材料，占比为42.9%，不同类型材料运输碳排放比例分布如图3所示。

电热恒温水箱，北京市长风仪器仪表公司；Lgbofuge 400R低温离心机，德国Thermo电子有限公司；TDL80-2B台式离心机，上海安亭科学仪器厂；DL-CI医用型洁净工作台，北京东联哈尔仪器制造有限公司；NAPCO恒温孵育箱，法国Jouang公司；正置荧光显微镜，德国Leica公司；CASY-TT细胞分析计数仪，德国Roche Innovatis AG公司；微孔板扫描酶标仪，美国BioTek公司；150 mm游标卡尺，台州市航宇工量刃具有限公司；XB-K-25血细胞计数仪，上海医用光学仪器厂；1815TC型二氧化碳培养箱，美国Shellab公司。

4.3 建造阶段碳排放量

建造阶段主要是塔吊、挖掘机、起重机等机械设备耗能产生的碳排放。收集该建筑建造阶段能源实际消耗量，包括电力和柴油。经计算建造阶段碳排放量为32.8 tCO

。具体计算过程见表1所示。

4.4 运行阶段碳排放量

运行阶段包括暖通空调、照明、电梯等能源消耗的碳排放，该建筑设计使用寿命为50年。暖通空调能源消耗数据来源于PKPM软件模拟计算结果，照明等其他能源消耗碳排放按照列举的计算公式计算。经计算运行阶段碳排放量为5 745 tCO

。具体计算过程见表2和表3所示。

4.5 拆除回收阶段碳排放量

由于建筑并未拆解，根据相关研究成果

进行估算，拆除阶段碳排放量约占建造阶段和运输阶段碳排放的90%。经计算，拆除阶段碳排放量47.2 tCO

。考虑装配式建筑特点，拆卸后材料及构件等可重复利用率较高，根据研究成果

回收利用计算方法，计算材料回收利用碳排放量为-1 192 tCO

。

（2）分别以Y为因变量，A，B两组分别建立两个Logistic回归模型（modelA，modelB）。将所有患者的协变量信息分别带入这两个模型中，每个患者均获得两个治愈概率：PiA,PiB（i=1,2,3,…,2n），共2n对。令Zi=PiAPiB，求，计算的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，则发生错误。发生错误的次数除以2n即为一次模拟得到的错误率。

4.6 全生命期碳排放量

该建筑全生命期碳排放量为7 037 tCO

，每年单位面积碳排放为35.1 kgCO

/a·m

。不考虑建材回收利用扣减的碳排放量时，其中运行阶段碳排放量占比69.8%，建材生产阶段碳排放量占比29.0%，建材运输阶段、建造阶段和拆除阶段碳排放量占比较小，不到1%。全生命期碳排放比例分布如图4所示。

机械化成为当今社会发展主流，机械磨损是产生机械故障和减少使用寿命的主要原因.润滑油素有机械设备的“血液”之称，具有密封、防腐、润滑、减震和减磨作用[1-2].随着润滑油的使用，其质量会大大下降[3]，因此，针对润滑油质量的检测越来越重要.

5 结论

以华东地区装配式钢结构住宅建筑为研究对象，计算碳排放量，得出以下主要结论：

1）从全生命期看，每年单位面积的碳排放为35.1 kgCO

/a·m

，其中运行阶段碳排放量最大，占比69.8%；其次是建材生产阶段碳排放量，占比29.0%；建材运输阶段、建造阶段和拆除阶段碳排放量占比较小，均不到1%，可以看出，装配式建筑碳排放运行阶段和材料生产阶段是减碳重点。

2）项目首次考虑室内装修材料对碳排放量的影响，通过实际数据计算可知，生产材料阶段，室内装修材料碳排放占比5.8%。从降碳角度考虑，室内装修也需要重点关注，采用碳排放量低、可循环回收利用的材料，以便降低室内装修碳排放。

3）基于项目成果，针对装配式建筑，建议从以下方面措施减少碳排放。尽可能选择绿色环保且回收利用率高的材料，提高预制部品部件的标准化程度及成品型钢的使用比例，改进预制构件生产工艺流程，从而减少生产阶段的碳排放量；部品部件优先当地集采，采用合理的运输方式，提高运输的效率，减少运输能耗；施工过程中，优化施工工序，加强管理，提高施工效率，减少废弃物的产生，有序推动“双碳”目标下装配式建筑的可持续发展。

［1］刘勤文，李希胜，王军.以装配率为导向的装配式建筑方案设计优化［J］.土木建筑工程信息技术，2019，11（1）:122-128.

［2］高鑫，朱建君，许小婷.装配整体式混凝土建筑物化阶段碳足迹测算案例研究［J］.建筑节能，2020（4）:131-137.

［3］高宇，李政道，张慧，等.基于LCA的装配式建筑建造全过程的碳排放分析［J］.工程管理学报，2018，2（32）:30-34.

［4］曹西，缪昌铅，潘海涛.基于碳排放模型的装配式混凝土与现浇建筑碳排放比较分析与研究［J］.建筑结构，2021，12（51）:1234-1237.

［5］柯步敏，裘泳，余伟城，等.装配式住宅生命周期碳排放评价分析［J］.建筑施工，2021，43（1）:169-171.

［6］汪盛.“双碳”目标下装配式建筑技术发展研究［J］.建筑科技，2022，1:44-46.

［7］李晓娟.装配式建筑碳排放核算及减排策略研究［M］.厦门大学出版社，2021.10.