劉思崢

（河南理工大學土木工程學院，河南 焦作 454000）

0 引言

建筑碳足跡測算得到國內(nèi)外學者和技術(shù)工作者的廣泛關(guān)注。Su-Hyun等[1]將傳統(tǒng)建筑與低碳建筑進行碳足跡比較分析；孟凡鑫等[2]基于全壽命周期視角，構(gòu)建了完整的城市碳足跡核算框架及方法學模型，并以深圳市為例進行實證研究；Liu和Gu等[3]基于過程法對預制構(gòu)件制造過程進行碳排放評估，并以預制混凝土內(nèi)墻板為例，進行碳源識別與量化研究；Li和Lai等[4]將BIM技術(shù)與碳排放系數(shù)法相結(jié)合，構(gòu)建裝配式混凝土（PC）建筑物化階段碳足跡測算模型。這些基于全壽命周期理論及碳排放系數(shù)法對建筑碳足跡開展測算的工作成果已得到廣泛的認可。而毛超、趙領(lǐng)娣、崔鵬等學者采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、DnAR-N維增強現(xiàn)實模型、CPS系統(tǒng)、樣本燃燒實驗等方法[5-7]對能源及建筑材料碳排放因子進行的測算，為本文測算裝配式建筑運行與拆除階段碳足跡提供了科學的方法和豐富的數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)邊界設(shè)定

裝配式建筑運行與拆除階段都存在碳足跡，為了提高研究結(jié)果的可靠度，須對兩個階段的研究邊界進行設(shè)定。

（1）運行階段：運行期內(nèi)維持采暖、制冷、通風、照明等各項功能正常運轉(zhuǎn)以及必要的設(shè)備維護、修理、替換等所消耗能源產(chǎn)生的碳排放。

（2）拆除回收階段：達到設(shè)計使用年限后，建筑物拆除過程中人力、機械、車輛等消耗能源產(chǎn)生的碳排放以及建筑垃圾填埋處置過程中能源消耗產(chǎn)生的碳排放和資源化處理過程中再生產(chǎn)品產(chǎn)生的碳抵消。

（3）系統(tǒng)邊界設(shè)定結(jié)果：綠色裝配式農(nóng)房系統(tǒng)邊界具體如圖1所示，本文將依據(jù)裝配式農(nóng)房項目各階段碳排放計量結(jié)果累計計算其全壽命周期碳排放總量。

圖1 綠色裝配式農(nóng)房系統(tǒng)邊界

2 測算模型的構(gòu)建

2.1 運行使用階段

在建筑全壽命周期中，運行階段持續(xù)時間最長，碳排放來源眾多，包含農(nóng)房投入使用后日常照明、采暖、制冷、燃氣等多種設(shè)備運行所消耗的化石能源及二次能源。該項目處于交付運營初期，各項設(shè)備系統(tǒng)運行情況良好，在對項目各個設(shè)備系統(tǒng)消耗進行監(jiān)測的基礎(chǔ)上，采用DeST-H能耗模擬軟件進行建筑節(jié)能參數(shù)修訂，并對環(huán)境氣候條件等進行設(shè)置，通過能耗模擬分析，計算農(nóng)房運行階段各類能耗負荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)。該農(nóng)房項目的運行使用階段碳足跡測算公式表示為：

式中：C2——裝配式綠色農(nóng)房運行使用階段碳排放量，kgCO2eq；

Qv——農(nóng)房運行階段第v種能源年消耗量，kWh；

Fv——第v種能源的碳排放因子，kgCO2eq/kWh，

Y——農(nóng)房使用年限，a。

2.2 拆除回收階段

當前，我國裝配式農(nóng)房尚處于推廣階段，可參考的回收案例以及對案例的研究均較少，拆除處置過程中碳排放和能源消耗數(shù)據(jù)較為匱乏?；趯θ毡続IJ-LCA及我國已有相關(guān)文獻研究[9-11]，以物化階段碳排放總量的10%作為拆除施工過程中機械、人力等消耗產(chǎn)生的碳排放總量；項目拆除后產(chǎn)生的建筑廢棄物，無法回收使用的部分將轉(zhuǎn)運至當?shù)刂付ńㄖ幚淼攸c進行填埋等方式處理；可進行資源化處理的部分建筑廢棄物，在固廢回收生產(chǎn)再生產(chǎn)品過程中產(chǎn)生的溫室氣體，將在本階段進行碳抵消。該農(nóng)房項目的拆除回收階段碳足跡測算公式為：

式中：C3——裝配式綠色農(nóng)房拆除回收階段碳排放量，kgCO2eq；

C1——裝配式綠色農(nóng)房物化階段碳排放量，kgCO2eq；

Mt——運輸建筑廢棄物車輛每百公里燃料能源消耗量，kg；

Lt——建材廢棄物運輸距離，km；

Fk——第k種能源碳排放因子，kgCO2eq/kg；

Qt——不可回收建材用量，t；

Ft——不可回收建材填埋的碳排放因子，kgCO2eq/t；

Qw——可回收建材用量，t；

φw——建材可回收系數(shù)；

Fr——可回收建材再生產(chǎn)過程碳排放因子，kgCO2eq/t。

3 案例項目碳足跡計算分析

3.1 運行階段碳足跡計算

昌吉州裝配式農(nóng)房項目設(shè)計使用年限為50年，年限到期后經(jīng)相關(guān)部門鑒定無質(zhì)量安全問題，仍可居住使用。對于地廣人稀的西北農(nóng)牧地區(qū)而言，市政熱水管網(wǎng)系統(tǒng)和天然氣管道系統(tǒng)難以全面覆蓋，不具備普適性。因此本研究重點從電能、生活用水兩方面對裝配式綠色農(nóng)房項目運行階段進行負荷分析，經(jīng)實地能耗監(jiān)測，根據(jù)昌吉州政府部門規(guī)定，該州空調(diào)制冷期為當年7月1日至9月1日，供暖期為當年10月10日至次年4月10日。參照《新疆維吾爾自治區(qū)民用建筑供熱節(jié)能辦法》和《農(nóng)村居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB/T 50824-2013），將農(nóng)房夏季室內(nèi)溫度設(shè)置為26℃，冬季設(shè)置為20℃。農(nóng)房運行特征如表1所示。

表1 農(nóng)房運行特征

依據(jù)項目各層平面布置圖，根據(jù)不同功能區(qū)域的劃分進行人員、照明、設(shè)備、熱擾作息等參數(shù)設(shè)置，構(gòu)建DeSTH能耗分析模型，如圖2所示。

圖2 DeST-H建筑模型圖

住宅建筑中居民生活用水是水資源消耗的主要來源。對于農(nóng)村住宅而言，生活用水主要用于維持日常生活需求以及畜牧養(yǎng)殖等?？紤]到我國中西部地區(qū)相較于東部沿海地區(qū)普遍存在干旱缺水的自然現(xiàn)象，經(jīng)統(tǒng)計該農(nóng)房每月人均用水量為4.8m3，家庭成員設(shè)定為5人，因此農(nóng)房全年平均用水量約為288m3；對農(nóng)房電能消耗系統(tǒng)的分析包含空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、采暖通風系統(tǒng)。該農(nóng)房運行階段能源消耗碳足跡測算如表2所示。

表2 運行階段能源消耗碳排放量

3.2 拆除回收階段碳足跡計算

依據(jù)綠色裝配式農(nóng)房項目物化階段所使用的建材種類、數(shù)量及昌吉州當?shù)貙ㄖ奶幹梅椒?，僅針對項目鋼材進行回收處理，鋼材的建筑回收系數(shù)設(shè)定為0.4；其余不可回收建材運送至當?shù)刂付ńㄖ幚韽S進行科學填埋處理，根據(jù)現(xiàn)場記錄顯示，項目所在地至建筑垃圾處理廠平均運輸距離為86km，全程采用輕型柴油貨車（載重2t）。該農(nóng)房拆除回收階段碳足跡測算見表3。

表3 拆除回收階段碳排放量計算表

4 測算結(jié)果與討論

由項目運行和拆除兩個階段碳排放測算結(jié)果可知，運行使用階段碳足跡總量為704.61tco2eq，占總量的54.63%；拆除回收階段碳足跡總量為54.09 tco2eq，占總量的4.20%。按照設(shè)計年限為50年計算，該項目年均單位面積碳足跡總量為0.139tco2eq/m2。約為傳統(tǒng)農(nóng)房全壽命周期碳足跡總量的24%[8]，考慮建筑材料相似性，較傳統(tǒng)混凝土住宅單位面積年均碳足跡對比如圖3所示。

圖3 不同建筑結(jié)構(gòu)碳足跡對比圖

通過對比分析，結(jié)合案例項目全壽命周期各階段的碳足跡測算可知：

（1）項目運行使用階段碳排放總量為704.61 tco2eq。經(jīng)分析，該農(nóng)房在運行期間空調(diào)的采暖通風系統(tǒng)是最主要的碳排放源，碳排放量為210.83 tco2eq，圍護結(jié)構(gòu)的綠色節(jié)能設(shè)計仍是當前碳控減排的重點，照明系統(tǒng)是僅次于采暖通風系統(tǒng)的碳排放源，碳排放量為189.97 tco2eq，合理設(shè)計窗墻比以及使用節(jié)能燈具，可有效減少能源消耗，降低建筑運行碳排放。

（2）項目拆除回收階段碳排放量占比僅為54.09 tco2eq，其主要原因是項目拆除處置過程中存在回收利用價值的鋼材進行資源化處理。因此，拆除回收階段應(yīng)充分考慮構(gòu)件、鋼材等建材的回收利用，科學設(shè)計拆除方案及回收方式。

5 結(jié)束語

本文對新疆昌吉綠色裝配式農(nóng)房運行階段、拆除回收階段的碳排放足跡進行測算，結(jié)果顯示：該綠色裝配式農(nóng)房單位面積年均碳足跡總量為0.139tco2eq/m2，約為傳統(tǒng)農(nóng)房全壽命周期碳足跡總量的24%，碳排減量顯著；運行使用階段碳足跡排放量最大，綠色節(jié)能設(shè)計及建造方式對建筑物碳排總量影響顯著；拆除回收階段碳足跡占排放總量的比例較小，建筑垃圾資源化利用產(chǎn)生的“碳抵消”效果明顯，產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)發(fā)展是建筑業(yè)碳控減排的有效手段。該研究結(jié)論對我國西部地區(qū)村鎮(zhèn)住房建造方式改革具有重要的現(xiàn)實意義，也為建筑企業(yè)響應(yīng)“雙碳”目標提供了可靠的案例分析與數(shù)據(jù)依據(jù)。