魏緯，張瑞華 ，張云廣，卞維鋒，許浩天

（1.中國海外宏洋集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000；2.南京長江都市建筑設(shè)計股份有限公司，江蘇 南京 210001；3.安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230031）

0 背景

2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會上的講話中鄭重承諾，中國將加強國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，力爭于2030年前達(dá)到碳排放量峰值，于2060年前實現(xiàn)碳中和。

面對全球氣候變化的挑戰(zhàn)，減少溫室氣體排放和化石能源消耗成為當(dāng)務(wù)之急，而建筑行業(yè)一直以來都是能源消耗和碳排放的主要行業(yè)，節(jié)能減排任務(wù)當(dāng)為重中之重[1]。據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會發(fā)布的《2020年中國建筑能耗研究報告》數(shù)據(jù)，2018年全國建筑全過程碳排放總量為49.3億噸，占全國碳排放比重約51.3%，其中建材生產(chǎn)階段及建筑運行階段碳排放強度最高，分別占建筑全過程排放總量的55.2%及42.9%[2]。

圖1 2018年我國建筑全過程碳排放數(shù)據(jù)分析[2]

以改善人居環(huán)境品質(zhì)以及人民群眾的幸福感和獲得感為前提，建筑行業(yè)如何快速實現(xiàn)碳排放達(dá)標(biāo)并進(jìn)行深度減排，是我國應(yīng)對氣候變化目標(biāo)中的重要議題[3]。因此，在建筑行業(yè)中如何采取有效的減碳措施，形成一種可復(fù)制、可推廣的減碳優(yōu)化解決方案是我們目前面臨的一個重大課題與挑戰(zhàn)。

合肥中海尚錦花園項目位于安徽省合肥市經(jīng)開區(qū)，是總用地面積約9.6萬㎡，總建筑面積約26.8萬㎡的中大型住宅項目，項目正處于施工階段。項目響應(yīng)國家節(jié)能減碳的號召，應(yīng)用國家先進(jìn)施工建造技術(shù)（裝配式技術(shù)），落實國家綠色節(jié)能相關(guān)要求，并形成了一套有效、可復(fù)制、可推廣的節(jié)能減碳措施。具體分析及措施如下。

1 碳排放量的計算方法

建筑行業(yè)的全生命周期包括建材的生產(chǎn)運輸、建筑的施工建造、建筑的拆除廢棄、建筑的運營使用，上述各階段均會產(chǎn)生資源和能源的消耗，從而直接或間接造成CO2排放。參照《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366-2019）中有關(guān)碳排放總量計算公式中得知：建筑全壽命周期單位面積CO2總排放量（C）為建材生產(chǎn)及運輸階段（CJC）、建造階段（CJZ）、建筑的廢棄及拆除階段（Ccc）、建筑的運營階段（CM）[4]四個階段的總和。計算公式如下：

其中建材生產(chǎn)運輸階段、施工建造階段和建筑運營階段的碳排放量一般占總排放量的95%以上。因此，控制這三個階段的碳排放量成為控制碳排放總量的關(guān)鍵[5]。

2 裝配式技術(shù)減碳分析

裝配式技術(shù)是指把傳統(tǒng)建造方式中的大量現(xiàn)場作業(yè)工作轉(zhuǎn)移到工廠進(jìn)行，在工廠加工制作好建筑用構(gòu)件和配件（如樓板、墻板、樓梯、陽臺等），運輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場，通過可靠的連接方式在現(xiàn)場裝配安裝而成，從而大大減少材料浪費及能源消耗。

本文以該項目中G06#樓棟作為樣本，并采用裝配式建造技術(shù)探討如何在設(shè)計、生產(chǎn)運輸及施工建造中進(jìn)行節(jié)能減排。主要措施如下。

圖2 某樓棟平面

2.1 項目裝配式方案設(shè)計階段

依據(jù)合肥市裝配式建筑技術(shù)綠色節(jié)能設(shè)計規(guī)則要求，合肥中海尚錦花園項目保溫設(shè)計采取夾心保溫做法。其做法較傳統(tǒng)做法具有工業(yè)化程度高、保溫集成性好、保溫性能優(yōu)異、施工工期縮短、能源消耗降低，材料浪費減少等多處優(yōu)勢，從而達(dá)到建筑生產(chǎn)及施工過程中的節(jié)能減碳的目標(biāo)。

2.2 項目施工圖拆分設(shè)計階段

裝配式拆分設(shè)計是一種對原有土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分再重新組裝的設(shè)計技術(shù)。在本項目中，基于裝配式少規(guī)格、多組合的原則，通過優(yōu)化豎向構(gòu)件種類及尺寸、歸并同類型構(gòu)件等措施，從而達(dá)到節(jié)約能源，控制碳排放的目標(biāo)。具體措施如下。

2.2.1 預(yù)制剪力墻優(yōu)化

本項目在滿足裝配率（裝配率50%）的前提下，豎向主體構(gòu)件的拆分通過優(yōu)化調(diào)整剪力墻墻支長度為一種規(guī)格，減少工廠模具成本，提高共模率，減少構(gòu)件數(shù)量。如圖4所示。

圖3 預(yù)制構(gòu)件示意圖

圖4 預(yù)制剪力墻優(yōu)化設(shè)計

在運輸車輛類型不變和運輸距離不變的情況下，參照《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366-2019）中建材運輸過程的碳排放計算公式，即

式中：Cys——建材運輸過程碳排放（kgCO2e）；

Mi——第i種主要建材的消耗量（t）；

Di——第i種建材平均運輸距離（km）；

Ti——第i種建材的運輸方式下，單位重量運輸距離的碳排放因子[kg CO2e（/t·km）]。

可知：對預(yù)制剪力墻的模數(shù)優(yōu)化設(shè)計可以提高構(gòu)件共模率，減少模具總數(shù)，節(jié)約模具材料成本，同時模數(shù)優(yōu)化設(shè)計可以減少構(gòu)件生產(chǎn)的數(shù)量，在運輸車輛類型（載重等）及運輸距離不變的情況下，減少車輛運送趟數(shù)（即總運輸距離減少），從而在建筑生產(chǎn)和運輸階段中減少碳排放，在本項目中此階段碳排放量減少0.25kgCO2/m2。

2.2.2 預(yù)制凸窗優(yōu)化

本項目凸窗構(gòu)件立面造型較為復(fù)雜，其生產(chǎn)便捷性、施工可操作性兩方面因素互相制約，通過對多種構(gòu)件設(shè)計組合和每塊構(gòu)件成本單價綜合分析后，最終優(yōu)選出整體預(yù)制凸窗做法方案，具體如圖5所示。

預(yù)制剪力墻優(yōu)化減排量計算 表1

圖5 預(yù)制凸窗優(yōu)化設(shè)計

相比分開預(yù)制，凸窗整體預(yù)制具有節(jié)省現(xiàn)場吊裝次序、節(jié)約安裝時間、窗框可以整體集成等優(yōu)點，一塊構(gòu)件可節(jié)省三次吊裝時間（節(jié)約3/4的吊裝時間），在標(biāo)準(zhǔn)層施工過程中可減少75%的吊裝費用和吊裝所需的人工費用和機(jī)械使用費。

在運輸車輛類型不變的情況下，采用與預(yù)制剪力墻相同的計算方式，見表2。

預(yù)制凸窗優(yōu)化減排量計算 表2

可知：通過預(yù)制凸窗優(yōu)化設(shè)計，采用凸窗整體預(yù)制方案可以減少凸窗構(gòu)件數(shù)量及車輛運送趟數(shù)，從而減少在建筑生產(chǎn)和運輸階段中的碳排放。本項目中減少碳排放量0.13kgCO2/m2。

2.3 項目深化設(shè)計階段

在完成拆分設(shè)計的基礎(chǔ)上，深化設(shè)計將構(gòu)件分為七大類：疊合板、空調(diào)板、樓梯板、凸窗板、豎向墻板、PCF板、異型構(gòu)件，每一種類型構(gòu)件采用國內(nèi)先進(jìn)設(shè)計理念，并結(jié)合遠(yuǎn)大住工生產(chǎn)工藝，細(xì)致打磨出一套符合工廠生產(chǎn)的構(gòu)件深化圖紙，并在圖紙繪制過程中保持鋁膜廠家、外掛架單位、總包單位、設(shè)計單位之間的緊密溝通。避免施工與設(shè)計不交圈所帶來的生產(chǎn)過程中材料資源的浪費等問題。

2.4 項目施工階段

本項目裝配式樓棟較普通現(xiàn)澆住宅整棟搭建懸挑式鋼管腳手架相比，其活動式鋼材外掛架可以隨著樓棟施工進(jìn)度重復(fù)使用。以本項目G06#樓棟（27F）住宅為例，合計可節(jié)約20層鋼材腳手架（每層1000m），合計減少鋼材使用量約266.4t，相應(yīng)二氧化碳減排量368.1t（折合 9.1kgCO2/m2）。

另，裝配式住宅能夠加快施工周期（僅外墻裝飾工程的工期進(jìn)度就能加快約2/3），顯著減少現(xiàn)場人工工時。同一樓棟（27F住宅）采用裝配式結(jié)構(gòu)共節(jié)約鋼筋工432人/天、瓦工1368人/天，能夠有效減少施工過程中的其余碳排放量。

3 綠色節(jié)能技術(shù)減碳分析

綠色節(jié)能技術(shù)要求在建筑的全壽命周期內(nèi)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人員提供健康、適用、高效的使用空間，從而最大限度地實現(xiàn)人與自然的和諧共生。綠色建筑的高質(zhì)量發(fā)展在創(chuàng)造宜居環(huán)境的同時，助力實現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”。項目定位為《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2019）三星級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，本項目綜合采用以下綠色技術(shù)，并根據(jù)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366-2019）中規(guī)定：運行階段的碳排放計算中采用的建筑設(shè)計使用壽命按50年計算，具體分析及措施如下。

3.1 高效空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)機(jī)組效率的高低直接影響到空調(diào)設(shè)備單位時間內(nèi)的制冷量和制熱量，進(jìn)而影響到空調(diào)能耗的高低。另外，在空調(diào)設(shè)計過程中，合理的設(shè)計室內(nèi)參數(shù)，在很好地滿足人員舒適度的條件下也能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，且避免出現(xiàn)“夏天過冷、冬天過熱”現(xiàn)象的出現(xiàn)。

本項目戶內(nèi)采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，IPLV值達(dá)到6.6以上，國家規(guī)范節(jié)能要求為4。通過空調(diào)機(jī)組的能效提高，可節(jié)約采暖空調(diào)年耗電量，暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能減排分析如表3。

暖通空調(diào)系統(tǒng)減排計算 表3

可知：通過采用高效空調(diào)機(jī)組，單位面積可節(jié)約采暖空調(diào)年耗電量9.61kW·h/m2·a，建筑設(shè)計使用壽命內(nèi)減碳量共計389kgCO2//m2。

3.2 空氣源熱泵熱水系統(tǒng)

空氣能熱泵熱水機(jī)組是在世界能源日益緊張的形勢下，繼燃?xì)鉄崴?、電熱水器、太陽能熱水器之后，誕生的新一代熱水制取裝置。本項目每戶均采用空氣源熱泵提供生活熱水，空氣源熱泵能效為4.4，與常規(guī)電熱水器（效率為96%）相比，生活熱水系統(tǒng)減排分析如表4。

可知：通過采用高效空氣源熱泵熱水系統(tǒng)，單位面積可節(jié)約生活熱水耗年電量13.91kW·h/m2a，建筑設(shè)計使用壽命內(nèi)減碳量共計563.5kgCO2/m2。在建筑行業(yè)中如何采取有效的減碳措施，形成一種可復(fù)制、可推廣的減碳優(yōu)化解決方案是我們目前面臨的一個重大課題與挑戰(zhàn)。

生活熱水系統(tǒng)減排量計算 表4

3.3 節(jié)能照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)消耗著大量的電力資源，對照明系統(tǒng)進(jìn)行有效節(jié)約顯得尤其重要。照明設(shè)計中對于樓梯間、大廳等公共部位則經(jīng)常出現(xiàn)照明燈具無人管理導(dǎo)致日夜長明的現(xiàn)象，造成了大量的能源浪費。

本項目照明光源采用LED，大面積照明配電線路采用分組控制方式，便于現(xiàn)場靈活控制，非工作時間時可關(guān)掉部分燈具，以便減少電能消耗。合理布置燈具，通過控制燈具開啟，充分利用自然光。主要功能房間的照明功率密度值均達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034）規(guī)定的目標(biāo)值要求。

本項目照明功率密度按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)值設(shè)計，與按現(xiàn)行值設(shè)計相比，照明系統(tǒng)的節(jié)能減排分析如表5。

照明系統(tǒng)減排量計算 表5

可知：通過采用節(jié)能照明系統(tǒng)，單位面積可節(jié)約照明年耗電量2.31kW·h/m2·a，建筑設(shè)計使用壽命內(nèi)減碳量共計93.5kgCO2//m2。

4 結(jié)語

本文結(jié)合項目實例，分別從裝配式技術(shù)及綠色節(jié)能技術(shù)兩個方面，分析了其減碳措施及相應(yīng)成效，詳見表6。結(jié)果表明：項目通過裝配式技術(shù)優(yōu)化設(shè)計，二氧化碳減排量為9.48kgCO2//m2；項目綜合采用高效空調(diào)、熱水及照明系統(tǒng)，在運行使用階段減排量為1046kgCO2//m2。本項目二氧化碳綜合減排量1055.48kgCO2//m2，減排率約 41.5%。具體數(shù)據(jù)如表6。

項目綜合減排量分析 表6

綜上，采取以上相關(guān)減碳技術(shù)手段及措施，本項目二氧化碳排量綜合減少1055.48kgCO2//m2，排放率綜合減少約41.5%。另，其技術(shù)手段及措施容易實現(xiàn)，可應(yīng)用于大部分建筑項目。因此，本項目采取的裝配式技術(shù)優(yōu)化設(shè)計及高效空調(diào)、熱水及照明系統(tǒng)等是一種可復(fù)制、可推廣且行之有效的減碳優(yōu)化方案，助力我國實現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”。