劉思崢 楊增科

（河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 焦作 454000）

0 引言

村鎮(zhèn)裝配式住宅作為西部農(nóng)村地區(qū)村鎮(zhèn)住房產(chǎn)業(yè)化改革的新型結(jié)構(gòu)形式，是我國(guó)建筑領(lǐng)域應(yīng)對(duì)氣候變化，實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的重要抓手。2021年10月26日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》（國(guó)發(fā)〔2021〕23號(hào)）指出：“在城鄉(xiāng)建設(shè)碳達(dá)峰實(shí)施領(lǐng)域，要加快推進(jìn)農(nóng)村建設(shè)和用能低碳轉(zhuǎn)型、推進(jìn)綠色農(nóng)房建設(shè)、加快農(nóng)房節(jié)能改造”?，F(xiàn)階段，裝配式住宅因其高效、環(huán)保、可持續(xù)等優(yōu)勢(shì)，在政策和市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下得到了迅猛發(fā)展。然而，由于我國(guó)區(qū)域間經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，西部干旱地區(qū)農(nóng)房質(zhì)量良莠不齊，綠色裝配式農(nóng)房的市場(chǎng)推廣尚處于起步階段[1]。目前，對(duì)于綠色裝配式農(nóng)房的研究主要聚焦于技術(shù)難點(diǎn)、市場(chǎng)可行性及成本測(cè)算等方面，缺少對(duì)碳足跡的定量測(cè)算和分析。因此對(duì)西部地區(qū)裝配式農(nóng)房進(jìn)行全壽命周期碳足跡測(cè)度，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和這一國(guó)家戰(zhàn)略，推動(dòng)建筑行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與行業(yè)變革，顯著降低建筑業(yè)的碳排放尤為重要[2-3]。

本文基于全壽命周期理論及普適性碳足跡測(cè)算方法，構(gòu)建我國(guó)典型干旱區(qū)綠色裝配式農(nóng)房全壽命周期碳足跡測(cè)算模型；結(jié)合新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏?jì)劃示范項(xiàng)目，對(duì)綠色裝配式農(nóng)房物化階段碳足跡測(cè)度與減排策略進(jìn)行研究[4-5]。

1 工程概況

新疆作為我國(guó)典型的西部干熱氣候地區(qū)，常年干燥少雨，全年溫差及晝夜溫差巨大，特殊的氣候原因及地理?xiàng)l件，使得新疆傳統(tǒng)民居建設(shè)存在設(shè)計(jì)不規(guī)范、節(jié)能效果差、質(zhì)量通病多及整體成本高等現(xiàn)象，農(nóng)房類建筑整體使用壽命小于30年，建設(shè)勞動(dòng)力消耗高于傳統(tǒng)建筑的50%，全壽命周期成本（含建設(shè)成本及使用成本）約為傳統(tǒng)建筑的2倍，農(nóng)房的綠色建造標(biāo)準(zhǔn)化亟待轉(zhuǎn)型。由西安建筑科技大學(xué)綠色建筑研究所研發(fā)的裝配式綠色農(nóng)房自2018年起在新疆各地區(qū)進(jìn)行嘗試建造，對(duì)干旱區(qū)綠色農(nóng)房建設(shè)改革起到了良好的引領(lǐng)示范作用[6]。

預(yù)制密肋夾芯保溫復(fù)合墻結(jié)構(gòu)體系是區(qū)域示范工程，位于新疆昌吉州榆樹溝鎮(zhèn)。項(xiàng)目地上二層為居住建筑，層高3.3m，占地面積239.18m2，總建筑面積186.12m2，戶型為5室1廳1廚2衛(wèi)，其中一層106.92m2、二層79.2m2。建筑圍繞走廊呈現(xiàn)“十”字型布局，按照功能區(qū)域進(jìn)行劃分，一層平面南側(cè)設(shè)置為老人臥室、衛(wèi)生間、廚房，北側(cè)設(shè)置為臥室、客廳；二層平面南側(cè)設(shè)置為臥室、露天平臺(tái)，北側(cè)設(shè)置為臥室、衛(wèi)生間，建筑形體及戶型如圖1所示。

圖1 昌吉綠色裝配式農(nóng)房平面圖

經(jīng)評(píng)測(cè)，該項(xiàng)目裝配化率約為84%，主體預(yù)制構(gòu)件包括：預(yù)制夾芯保溫復(fù)合外墻板、預(yù)制密肋復(fù)合墻板、預(yù)制疊合樓板、預(yù)制疊合梁、預(yù)制樓梯、預(yù)制疊合柱及門窗等；預(yù)制構(gòu)件水平連接形式為插嵌連接，垂直連接形式為套筒灌漿連接、預(yù)制混凝土澆筑濕接[7]。主體構(gòu)件及現(xiàn)場(chǎng)施工工藝參數(shù)如表1所示。

表1 主體構(gòu)件工藝參數(shù)

2 研究方法

2.1 系統(tǒng)邊界

建筑全壽命周期碳足跡計(jì)算的系統(tǒng)邊界一般分為“從搖籃到大門”（B2B）和“從搖籃到墳?zāi)埂保˙2C）兩種[8]，碳排放計(jì)算包含《IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》中列出的各類溫室氣體。本文基于全壽命周期視角，結(jié)合案例特點(diǎn)，將昌吉州綠色裝配式農(nóng)房碳足跡測(cè)算物化階段系統(tǒng)邊界設(shè)定為：構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、施工過(guò)程中的材料、工器具、機(jī)械車輛等使用產(chǎn)生的碳排放，電力、柴油、天然氣、煤炭等化石燃料消耗產(chǎn)生的碳排放。

2.2 碳足跡計(jì)算方法

依據(jù)對(duì)該綠色裝配式農(nóng)房全壽命周期碳足跡測(cè)算的系統(tǒng)邊界設(shè)定可知，項(xiàng)目在全壽命周期各階段中均存在能源消耗及溫室氣體排放，為確保數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性、理清項(xiàng)目碳排放的直接和間接來(lái)源，本文采用排放系數(shù)法，即“碳排放量=活動(dòng)數(shù)據(jù)×碳排放因子”，其中活動(dòng)數(shù)據(jù)包含預(yù)制構(gòu)件消耗量、機(jī)械能源消耗量等各類數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)單位按照國(guó)家建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通用單位，如m2、m3、kWh、kg等；碳排放因子表示每單位活動(dòng)數(shù)據(jù)投入產(chǎn)出的碳排放當(dāng)量數(shù)。本文從消費(fèi)端視角對(duì)裝配式農(nóng)房項(xiàng)目進(jìn)行全壽命周期碳足跡測(cè)評(píng)研究[9-10]。

2.3 測(cè)算模型的構(gòu)建

項(xiàng)目所在地昌吉州為裝配式建筑重點(diǎn)發(fā)展地區(qū)，構(gòu)件生產(chǎn)商貨源充足、生產(chǎn)線齊全完備。經(jīng)實(shí)地考察，項(xiàng)目物化階段碳足跡可通過(guò)核驗(yàn)項(xiàng)目工程量清單、運(yùn)輸距離及運(yùn)量消耗等進(jìn)行量化研究。該農(nóng)房項(xiàng)目的物化階段碳足跡測(cè)算公式表示為：

式中：

C1——裝配式綠色農(nóng)房物化階段碳排放量，kgCO2eq；

Qi——第i種預(yù)制構(gòu)件消耗量；

Fi——第i種預(yù)制構(gòu)件碳排放因子；

Mi——運(yùn)輸?shù)趇種構(gòu)件車輛每百公里燃料能源消耗量，kg；

Li——第i種預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸距離，km；

Fk——第k種能源碳排放因子，kgCO2eq/kg；

Ri——安裝第i種預(yù)制構(gòu)件人工工日數(shù)，工日；

Fr——人工勞動(dòng)力碳排放因子，（kgCO2eq/人×工日）；

Ek——構(gòu)件安裝過(guò)程第k種機(jī)械能源消耗量，kg；

Fk——第k種能源碳排放因子，kgCO2eq/kg。

3 結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)收集

依據(jù)該裝配式農(nóng)房全壽命周期碳足跡測(cè)算階段模型中涉及的預(yù)制構(gòu)件、機(jī)械車輛、化石能源等碳排放因子取自于2019年發(fā)布的《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366-2019）及現(xiàn)有學(xué)術(shù)成果的測(cè)度研究，各材料及能源的碳排放因子數(shù)據(jù)及其來(lái)源如表2所示。

表2 碳排放因子數(shù)據(jù)及其來(lái)源

3.2 物化階段碳足跡計(jì)算

參照《裝配式建筑工程消耗量定額》（TY 01-01(01)-2016）和新疆維吾爾自治區(qū)《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（XJJ 116-2019）以及工程設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)說(shuō)明等基礎(chǔ)資料，利用廣聯(lián)達(dá)算量軟件GCL 2021和施工現(xiàn)場(chǎng)各分項(xiàng)工程實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)計(jì)算項(xiàng)目主材消耗量清單，結(jié)合公式（1），選取恰當(dāng)?shù)奶寂欧乓蜃?，進(jìn)行物化階段成品建材碳排放量計(jì)算。項(xiàng)目主體消耗量清單及其碳排放量計(jì)算如表3所示。

表3 主體建材消耗碳排放量

項(xiàng)目在施工安裝過(guò)程中遵循“就地取材”的原則，所需各類建筑構(gòu)配件均來(lái)自新疆七星建設(shè)科技股份有限公司構(gòu)件廠，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄顯示，預(yù)制構(gòu)件廠至項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)平均運(yùn)輸距離為45km，全程采用公路運(yùn)輸，運(yùn)載車輛選用輕型柴油貨車（載重2t）、混凝土攪拌車（載重12m3）均為滿載運(yùn)輸，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)集中卸載，卸載后車輛需統(tǒng)一返回構(gòu)件廠（考慮往返油耗）。通過(guò)查閱《中國(guó)交通年鑒》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，載重2t的柴油貨車每100km耗油量為6L，載重12m3的混凝土攪拌車每100km耗油量為45L，柴油密度以0.84kg/L 計(jì)算，計(jì)算得出柴油貨車和混凝土攪拌車每100km耗油量分別為5.04kg和37.8kg。構(gòu)件運(yùn)輸過(guò)程碳排放計(jì)算如表4所示。

表4 構(gòu)件運(yùn)輸過(guò)程碳排放量

裝配式農(nóng)房構(gòu)件安裝過(guò)程碳排放主要來(lái)源于施工現(xiàn)場(chǎng)人、材、機(jī)消耗所產(chǎn)生的溫室氣體排放。按照項(xiàng)目的施工安排，該綠色裝配式農(nóng)房實(shí)際工期為23d，根據(jù)主體消耗量清單及機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)記錄，預(yù)制構(gòu)件安裝過(guò)程碳排放量計(jì)算如表5所示。

經(jīng)測(cè)算數(shù)據(jù)匯總，該項(xiàng)目物化階段碳足跡總量為531.204tCO2eq，如表6所示。

表6 物化階段碳排放量統(tǒng)計(jì)表

4 減排策略

依據(jù)以上研究，對(duì)政府、建設(shè)單位、施工企業(yè)三方提出以下減排要求：

（1）通過(guò)發(fā)展綠色裝配式農(nóng)房示范項(xiàng)目，提高新型綠色建筑體系的社會(huì)認(rèn)可度。政府可通過(guò)政策引領(lǐng)及財(cái)政補(bǔ)貼等形式，加快試點(diǎn)示范項(xiàng)目的建設(shè)，讓農(nóng)民切實(shí)感受到節(jié)能住宅的優(yōu)越性，以點(diǎn)代面，推進(jìn)農(nóng)村地區(qū)新型綠色建筑的發(fā)展；同時(shí)，應(yīng)充分調(diào)動(dòng)基層工作者宣傳作用，加大綠色建材的宣傳力度和政策引導(dǎo)，倡導(dǎo)結(jié)合工程特點(diǎn)，優(yōu)先選用碳排放因子小、回收利用率高的綠色建材并對(duì)購(gòu)買綠色建材的農(nóng)民給予一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼。

（2）加快推廣農(nóng)村裝配式建造模式，促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。市場(chǎng)可采取以施工企業(yè)為主導(dǎo)的產(chǎn)學(xué)研模式，充分發(fā)揮各方優(yōu)勢(shì)，結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)土人情，因地制宜開(kāi)發(fā)具有本土風(fēng)格和地方特色的裝配式農(nóng)房；最后，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，構(gòu)建農(nóng)村裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈，將自身技術(shù)與信息化技術(shù)相結(jié)合，推動(dòng)農(nóng)村裝配式建筑高效快速建設(shè)與發(fā)展。

（3）加強(qiáng)建筑廢棄物回收利用宣傳，提高產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)資源利用效率。建設(shè)單位應(yīng)定期對(duì)裝配式農(nóng)房進(jìn)行維護(hù)，延長(zhǎng)住宅使用年限，同時(shí)保證構(gòu)件的可循環(huán)利用；提高對(duì)建筑垃圾處理的環(huán)保意識(shí)，制定科學(xué)詳細(xì)的拆除方案，提高建筑垃圾資源化利用效率，進(jìn)一步降低建筑全壽命周期碳排放總量。

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究基于全壽命周期理論進(jìn)行裝配式建筑碳足跡邊界設(shè)定，構(gòu)建了我國(guó)西部典型干旱地區(qū)綠色裝配式農(nóng)房碳足跡測(cè)算模型，并對(duì)位于新疆昌吉州榆樹溝鎮(zhèn)的綠色裝配式農(nóng)房進(jìn)行了實(shí)證測(cè)度，研究結(jié)論如下：

（1）基于全壽命周期碳足跡系統(tǒng)邊界構(gòu)建的綠色裝配式農(nóng)房全壽命周期碳排放測(cè)算模型，具有一定的普適性，可為我國(guó)裝配式農(nóng)房碳足跡測(cè)算提供理論參考。

（2）該綠色裝配式農(nóng)房全壽命周期碳足跡總量較傳統(tǒng)農(nóng)房年均碳足跡總量低，效益顯著，可作為農(nóng)村低碳住宅可持續(xù)推廣的有效依據(jù)和相關(guān)理論支持。