居住建筑不同墻體碳排放量研究

導語：居住建筑不同墻體碳排放量研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

建筑碳足跡評價的重要目的是建筑的節能減排，而目前在減排措施成效的定量分析與評價研究較少，使得大多數所謂的“節能減排措施”都不能與預期的效果達到一致甚至相悖。為了更好地將節能減排做到預期與實際一致，需要將建筑全生命周期的碳排量進行詳細核算，以期節能措施可以達到預期效果。在建筑的全生命周期過程中，建筑運行階段的能耗占最大比例，目前住宅建筑僅物化階段與運行階段能耗與碳排放就占到其生命周期的90%[1]以上。因此，研究建筑物化階段與運行階段的能耗與碳排放對于降低建筑全生命周期的環境影響以及節能減排具有重要意義。

1研究方法

本文提出以建筑構造為“基本單元”的建筑物化與使用階段碳足跡的計算方法，通過計算常見不同保溫形式以及厚度的墻體的物化階段與運行階段的碳排放量，并對各保溫方案的碳排放量進行對比，以找出物化階段與運行階段綜合碳排放量相對較少的折中方案。1.1系統邊界。碳足跡核算的核心環節之一是明確產品的系統邊界，建筑物的系統邊界確定為：建筑材料和設備的生產和運輸、土地利用、建筑施工與安裝、建筑運營、建筑維護修繕和改造、建筑拆除與處置過程中的溫室氣體排放[2]。本文建筑物化階段包含建材的生產（A1原材料的開采加工與運輸、A2建材/設備的生產），施工與安裝（A3構配件現場加工、A4施工與安裝），A5土地利用等子階段；但是對于不同核算目的適用的系統邊界的規定也不同，本文的核算目的是針對墻體構造的碳排放核算，因此需要核算的分別為建筑物化階段中的建材設備生產（A1-2）和施工與安裝（A3-4）四個子階段,使用階段需核算使用過程（面向建材/設備）（B0）和建筑更新（B4）兩個子階段。1.2功能單位。功能單位是對功能屬性的量化描述，應與研究的目的和范圍一致。其在產品系統間環境影響大小的比較方面起著重要的作用，它是產品生命周期評價的基礎。因此，本研究“以每年每平方米墻體面積的等效二氧化碳排放量”即Kg-co2e/(m2.a)為功能單位。1.3計算模型。各子階段的碳排放量均為材料，能源和機械臺班清單與對應碳排放因子的乘積，如下式：（1）針對建筑全生命周期各子階段的碳排放計算公式如下：式中，QCs表示各子階段產生的溫室氣體排放當量，CRi為第i種原材料的開采加工與運輸/建材、設備生產/現場加工所消耗能源/使用過程消費能源產生的碳足跡因子，kg-CO2e/單位；Ri為第i種原材料/建材/設備/能源的使用量。建筑拆除過程中使用到工程機械以及水來降塵，因此會產生碳排放。又由于在建筑設計階段很難預測建筑拆除的情況，因此根據文獻的相關研究，對該階段的碳排放可以進行估算，為施工與安裝階段的90%。1.4模擬軟件DesignBuilder簡介。DesignBuilder針對建筑能耗動態模擬程序EnergyPlus開發的綜合用戶圖形界面模擬軟件，可進行自然換氣的溫度模擬，及適當的冷暖空調大小的計算，可以按一年、一月、一日、一小時，及更小的時間間隔進行所有模擬數據的顯示。根據燃料的種類和使用目的計算能源消費量，通過屋內溫度、氣象數據、墻壁、屋頂、通風口、排氣口等結構要素，模擬熱傳導、冷暖氣負荷、CO2產生量，考慮氣象數據計算冷暖氣設備的大小，通過標簽的切換即可瞬間顯示。1.4.1模型建立。本文選取西安地區一典型居住建筑方案模擬，建筑功能布局坐北朝南，整體呈矩形，更有利于建筑的整體的保溫節能。在不影響建筑性能模擬結果的前提下，在軟件中將建筑模型盡量簡化，以方便模擬。標準層建立模型如下圖所示。1.5典型墻體構造方案的可能性。目前應用比較廣泛的是外保溫形式，而且成都地區的自保溫體系也在逐漸形成，這種體系可以與梁柱無縫連接，可以真正做到與建筑同壽命[2]。常見的外保溫和自保溫基礎結構構造相同，附給常見的不同規格的外保溫與自保溫墻體構造不同種類及厚度的保溫材料，分別為40mm、50mm、60mm厚的EPS（聚乙烯泡沫板），XPS（擠塑聚苯板）和巖棉板。《嚴寒與寒冷地區居住建筑節能標準》規定，≥9層的居住建筑外墻外保溫的傳熱系數K≤0.7W/(m2•K)，因此選擇傳熱系數在0.5~0.7W/(m2•K)之間的墻體構造。根據《陜西省建筑、裝飾工程消耗量定額》可以統計得到兩種建筑構造每平方米的材料與機械臺班用量[3]，再按照阿拉伯數字進行編號。

2結果

2.1物化階段。由圖2可以發現：粉煤灰加氣混凝土砌塊自保溫墻體構造在原材料開采階段碳排放量最大，且遠遠大于黏土空心磚外墻外保溫墻體構造，這是因為粉煤灰加氣混凝土塊的生產原料是石灰和水泥，這兩種材料都屬于高排放量的材料；而在建材/設備生產階段，240㎜硅酸鹽砌塊，60厚巖棉板外保溫墻體的碳排放量遠大于相同厚度墻體及保溫的粘土空心磚，主要是因為硅酸鹽砌塊是由工業廢料為原料加工生產而成；從物化階段各子階段綜合來看，240㎜加氣混凝土砌塊，60厚的巖棉板外保溫墻體最大，且遠遠大于粉煤灰加氣混凝土砌塊自保溫墻體構造，前者大概是后者碳排放量的1.8倍。2.2使用階段。本研究中，建筑使用階段主要考慮了運行耗能和建筑維護更新過程中的碳排放。2.2.1建筑設備運行階段。B0設備運行能耗主要是建筑投入使用以后日常照明、空調、電梯、通風、炊事、家用電器等各種設備的能源消耗。建筑運營使用階段是可以通過耗能分析軟件進行模擬分析的，本文采用DesignerBuilder對研究建筑進行模擬分析，主要從空調和采暖的消耗兩方面統計計算設備運行階段的碳排放量。通過模擬結果得到單位建筑面積的制冷采暖能耗，將其分別折合成對應的使用電量以及天然氣量，通過計算得到其碳排放量。2.2.2維護更新階段。B4在建筑使用過程中，由于日程生活使用過程中造成某些建筑材料的破壞以及部分建材達到預計的使用壽命后，需要進行更換，因此需要對其進行簡單的估算。2.2.3使用階段總碳排放量對比。在整個建筑使用階段，B0使用過程（面向建材/設備）子階段的碳排放量最大，而B4建筑更新階段僅占到總碳排放量的20%左右。在18種不同的墻體構造組合中，B0子階段碳排量最低的是240，60EPS黏土多孔磚墻外保溫，而在B4子階段粉煤灰加氣混凝土砌塊不需要更新建材，因此在該階段不產生碳排放。整體來看，使用階段的總碳排放量最低的是粉煤灰加氣混凝土砌塊。2.3建筑生命終止階段。針對構造/設備的碳排放量核算，在建筑生命終止階段，僅需核算C2（再循環/再利用）子階段，由于這部分碳排放量已在物化階段核算過，因此在該階段不再進行重復核算。結論由圖4全生命周期碳排放量最低的建筑墻體構造為粉煤灰自保溫墻體構造，外保溫墻體構造中全生命周期碳排放量最低的是365mm厚粘土空心磚砌塊+60mm厚的EPS保溫材料。在滿足居住建筑節能標準及對環境影響相對較小的前提下，應該根據實際情況選取所需保溫形式墻體構造。

本文選取了4種典型的墻體構造，并采用其不同的規格附以不同種類不同厚度的保溫材料加以研究，得出以下結論（在所有墻體構造滿足居住節能標準要求限值的前提下）：（1）物化階段，240㎜厚粘土空心磚砌塊+60㎜厚的巖棉板外保溫墻體的碳排放量（653.47kgco2/m2）最大，且遠遠大于粉煤灰加氣混凝土砌塊自保溫墻體構造，前者大概是后者碳排放量的1.8倍。（2）使用階段，240，50厚巖棉板硅酸鹽砌塊外保溫墻體構造碳排放量（1267.82kgco2/m2）最大，最低的是粉煤灰加氣混凝土砌塊自保溫墻體構造（1047.71kgco2/m2）。（3）從建筑全生命周期來看，粉煤灰自保溫墻體的碳排放量最小，且用到的材料量也相對較少，其對環境造成的危害也相對最小。因此，僅從環境和成本角度出發，應該選擇其作為墻體材料以為環境改善作出相應貢獻。（4）外保溫墻體構造中，365㎜厚粘土空心磚砌塊+60mm厚的EPS的外保溫墻體的碳排放量（1484.24kgco2/m2）與粉煤灰自保溫墻體（1401.2kgco2/m2）相差不多，相較于其他外保溫墻體構造，且其保溫性能相對較好，及能相對節能。因此，從節能減排方面考慮，其是18種墻體構造中相對較好的選擇。

參考文獻：

[1]住宅建筑的全壽命周期能耗研究熊歡，劉建軍西南石油大學.

[2]羅智星.建筑生命周期二氧化碳排放計算方法與減排策略研究[D].陜西：西安建筑科技大學，2016.

[3]各種砌塊的規格《陜西省建筑、裝飾工程消耗量定額》陜西科學技術出版社2004.

作者:毛 潘 羅智星 單位:西安建筑科技大學建筑學院