浅析装配式建筑结构物化阶段的碳排放计算＊ Ｂｒｉｅｆ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｔ Ｍａｔｅｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｓｔａｇｅ 吴水根谢银 同济大学建筑工程系 上海 ２０００９２ 摘要：装配式建筑结构对我国建筑领域节能减排，提高建筑的工程质量和劳动生产率水平，实现建筑建设可持续发展 有着重要意义。为探讨装配式建筑结构在其物化阶段的节能减排效果，并为其全寿命周期提供分析基础，在分析碳排 放计算分类基础上，采用将施工活动划分为几个主要的碳排放源，然后统计各排放源的使用和消耗量。再通过装配式 结构的建造流程建立相应的碳排放系统边界，将碳排放源分为直接碳排放和间接碳排放，并根据常用一次能源和二次 能源以及常用建筑材料的碳排放强度，对每一项进行分类和计算，最后提出完整的建筑物化阶段碳排放计算思路。 关键词：装配式建筑结构 物化阶段 直接碳排放 间接碳排放 计算方法 中图分类号：ＴＵ１ １９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—１００１（２０１３）０１—００８５—０４ ０ 引言 ２００９年我国就已经向国际社会承诺了碳减排目标 到 ２０２０年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放￣Ｌ２００５年下 降４０％－４５％，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展 中长期规划，并制定相应的国内统计、监测、考核办法。 数据进行累加。由于装配式结构的物化阶段的施工工序太 过复杂，而且目前没有针对每一施工工序的碳排放研究成 果，缺乏基础数据的支持，因此此方法的可行性较低。 二是将施工活动仅划分为几个主要的碳排放源，然 后统计各排放源的使用和消耗量。因为对于化石燃料和电 据统计，每年建筑领域排放的二氧化碳量占到总排放 量的３５％以上…。因此，建筑业在面临既要满足建筑量的 适当快速增长，以及建筑质量的全面提升的同时，还要满 力、建筑材料生产、人类生活、交通运输等碳排放源造成 的碳排放量等都已经有不少的研究成果，这些研究成果对 该方法提供了有利的数据支持。因此本文可采用方法二进 足低碳环保的环境友好要求。 预制装配式结构（简称Ｐｃ结构）是以预制构件为主要 行装配式结构物化阶段的碳排放计算分析。 任何一个产品，其碳排放来源都包括直接碳排放和间 接碳排放。直接碳排放是指在成品的加工活动中消耗化石燃 料、电力、工时而直接向大气排放的二氧化碳。间接碳排 构件，经装配、连接而成的混凝土结构。它用现代科学技 术对传统建筑产业进行全面、系统的改造，通过优化资源 配置，降低资源消耗，提高建筑的工程质量、功能质量、 放是指成品的组成成分自身所隐含的碳排放。譬如产品Ｍ和 产品Ｎ通过加工产生了产品Ｋ。那么产品Ｋ的直接碳排放就是 ９ｏｍ活动中产生的碳排放，间接碳排放就是产品Ｍ和产品Ｎ 自身所隐含的碳排放。如果继续追踪产品Ｍ和产品ＮＩ￣４］碳排 放，会发现它们本身也包括了直接碳排放和间接碳排放。 社会上每一个产品的生产都会需要很多其它产品的投 环境质量和建设劳动生产率水平，来实现建筑建设的可持 续发展 。 物化阶段是指包括预制构件生产、运输、安装施工过 程在内的建筑结构建造阶段。 １ 碳排放计算 建筑的物化阶段碳排放计算方法可以分为两类： 入，整个社会的碳排放；隹确来说是一个网状系统，各个产 品之间互相包含。但是如果把比例很小的部分关联舍去， 是统计计算出每一项施工工序的碳排放数据，如 总体来说，整个社会的碳排放系统可整理简化为一个层次 搭设临时支撑系统的碳排放量、钢筋绑扎的碳排放量、混 凝土浇筑的碳排放量等等，最后将各个施工工序的碳排放 系统。譬如化石燃料、电力、工时可以当做第一层次，水 泥、黄砂、碎石、模板、钢筋等原材料可以当做第二层 次，再高一级的产品譬如建筑可以当做第三层次等。在这 样的层次系统下，只要统计得出每一种已知产品的碳排放 量就可以很方便地计算出新产品的碳排放。 注：本项目为“十二五”国家科技支撑计划子课题《工 业化住宅部品全过程信息化管理技术研究》，编号为： ２０１ ２ＢＡｄ １ ６Ｂ０５—０４。 作者简介：吴水根（１９６５一），男，硕士，高级工程师。 通讯地址：上海市四平路１２３９号（２０００９２） 收稿日期：２０１２—１１＇２６ ２碳排放系统边界 装配式建筑结构物化阶段流程系统如图１所示。其整 ２０１ ３－１］ｌＳｕｉｌｄｉｎｇ ｃ。ｎｓｔｒｕｃｔｉ。ｎ ｌ ８５ 吴水根谢ｊ银董 浅析装配式建筑结构物化阶段的碳排放计算 个物化阶段分为三个阶段：预制构件生产阶段、运输阶 表１常用燃料的ＣＯ 排放强度 段、安装施工阶段。 生尹：阶段 运输阶段 安装施１：阶段 图１装配式结构物化阶段流程系统示意 综合装配式建筑结构的特点，首先将建筑的碳排放来 源分为两类。一是直接碳排放，即建造建筑物过程中的化 石燃料、电能、其它能源、人员投入导致的碳排放。如施 工机械燃烧柴油、汽油等一次能源向大气直接排放的ＣＯ，， 塔吊使用电力造成的ＣＯ，排放等。二是间接碳排放，即建造 建筑物过程中消耗的水、建筑材料、办公用品等产品和原 材料的内含碳排放，见图２。 图２装配式结构物化阶段碳源分析图 ３ 基本能源的碳排放强度 在进行碳排放计算时归根结底要追踪到基本能源的消 耗量。基本能源包括化石燃料、电力。通过某种能源的消 耗量乘以该种能源的碳排放强度就可以得出该种能源的碳 排放量。 ３．１化石燃料的碳排放强度 根据ＩＰＣＣ国家温室气体清单指南第二卷一能源，可得 到燃料的碳排放强度。常用化石燃料的碳排放强度见表１。 ３．２电力的碳排放强度 电力的碳排放强度根据各种类电力的发电量进行加权 平均。２００９年我国电能的碳排放强度如表２所示。 ４直接碳排放 ４．１施工人员碳排放 为体现装配式结构在节约劳动力方面的优势，把人员 ８６ Ｉ建筑施工第３５卷第１期 燃料 Ｈ：平均低 Ａ：缺省 类型 位发热量 碳含量 Ｂ：缺省碳 ＲＣ：ＣＯ 有效排放 ＣＯ２／ｋ￣＆ｇ ，ｋｅ／ｋＪ 氧化因子… 因子／（ｋｇ／Ａ×Ｂ×４４／ｌｋＪ）＝ 排放强度： ２ Ｈ×ＲＣ（ｋｇ／ｋｇ） 汽油 ４３ ０７０ １．８９Ｅ・０５ ｌ ６ ９３Ｅ一０５ ２ ９８ 柴油 ４２ ６５２ ２ ０２Ｅ一０５ ｌ ７．４１Ｅ・０５ ３．１６ 液化石 油气 ５０１７９ １ ７２Ｅ０５ １ ６ ３１Ｅ一０５ ３．１６ 煤气 ３８ ７００ １ ２ＩＥ—Ｏ５ １ ４ ４４Ｅ一０５ ｌ ７２ 天然气 ４８ ０００ １．５３Ｅ—Ｏ５ １ ５．６ＩＥ一０５ ２ ６９ 木材 １５ ６ｏｏ ３．Ｏ５Ｅ・Ｏ５ ｌ １ ｌ２Ｅ一０４ １．７４ 标准煤 ２９ ２７０ ２．４６ 注：对于统计上常用的标准煤，冈家发改委根据中国的煤炭利用比 例，建议取值煤炭的含Ｃ量为６７％，即１ ｋｇ标准煤燃烧排放０．６７ ｋｇ Ｃ，合 ２．４５６ ７ｋｇＣＯ２。 表２我国２００９年电力碳排放强度 ２００９年电力碳排放结构 火电 水电 核电 总量 电力碳排放 强度／（ｋｇ／ｋＷｈ） 年发电量／亿ｋＷｈ ２９ ８２７．８ ６ｌ５６＿４ ７０１ ３ ３６ ６８５ ５ ＣＯ 排放强度／（ｋｇ，ｋｗｈ） ｌ ３０３ ０．２４３ ｌ ０ ０１３ ７ １．１０ ＣＯ２排放当量／４ｇｋｇ ３８ ８６５．６２ ｌ ４９６．６２ｌ ９．６０７ ８１ ４０ ３７ｌ ５ 产生的ＣＯ 排放也计入碳排放源系统中。单位工时数乘以单 位工时的碳排放强度就是施工人员的碳排放量。 单位工时数是指在预制构件安装施工阶段所需要 的工时数。据分析，２Ｏ０２年中国人均年碳排放总量为 １．３７４ ２６ ｔ／人 ，换算为天为３．７７ ｋｇ／人。虽然每一工时是 ８ ｈ，但是工人一天的生活基本都是围绕着现场工作的，因 此保守地取单位工时碳排放强度值为３．７７ ｋｇ／Ｉ ＢＪ，－。 ４．２预制构件运输碳排放 预制构件在运输阶段各类工具产生的ＣＯ 可用燃料的 的消耗量乘以相应燃料种类的碳排放强度（表１），即可得 出运输阶段的碳排放量。 ４．３施工机械碳排放 施工机械在预制构件的安装施工过程中的ＣＯ 排放来 源包括机械使用过程中消耗的电力和化石燃料、保养消 耗、摊销费用。其中电力和化石燃料部分只要有统计量然 后乘以相应的碳排放强度就可以得出。因为施工机械的造 价往往很高，其制造过程中也会消耗大量的原材料和能 源，排放出不可忽视的ＣＯ 量，因此需要考虑机械的保养和 摊销造成的相当碳排放。这两部分可以通过将保养和摊销 造成的财务损失换算成当地的用电量，然后用电力的碳排 放强度进行计算。 ５间接碳排放 间接碳排放来源可以认为是建筑建造过程中消耗了原 材料和中间产品，而这些原材料和中间产品在其生产过程 中也会直接和间接地向环境排放ＣＯ ，因此为了从全寿命周 期的角度审视建筑在物化阶段的碳排放情况，需要将这部 吴水根谢银：浅析装配式建筑结构物化阶段的碳韵｝放计算 分原材料和中间产品自身的隐含碳排放纳入进来。主要建 筑材料的ｃＯ 排放强度 见表３。 表３主要建筑材料的ＣＯ 排放强度 建筑材料 生产耗能强度 额￣ｌ－ＣＯ 排放 总ＣＯ：强度 ／（ＧＪ／ｔ） 强度／（ｔ／ｔ） ／（ｔ／ｔ） 钢材 ２９ ０．２ ２．７９２ ６ 水泥 ５．５ １ １ ４９１ ７ 砂 ０．６ Ｏ ０．０５３ ６ ＰＶＣ ７０ Ｏ ６ ２５８ ０ 卫生陶瓷 １５．４ Ｏ １．３７６ ８ 铸铁 ３２ ８ ０ ｌ５ ３．０８２ ３ 聚苯板材 ３５ Ｏ ３ １２９ Ｏ 建筑玻璃 １６ Ｏ １．４３０ ４ 碎石 ０．２ ０ Ｏ ０１７ ９ 油漆、涂料 ９０．４ Ｏ ８．Ｏ８１ ８ 沥青 ５０ ２ Ｏ ４．４８７ ９ 木制品 Ｉ．８ Ｏ ０．１６Ｏ ９ ５．１预制构件碳排放 预制构件需要消耗预拌混凝土、钢筋、预埋件和其它 辅助材料。而他们的制造和生产都需要向环境排放ＣＯ 。根 据本文第一节中直接碳排放和间接碳排放的定义，预制构 件的碳排放包括预制构件生产活动中的碳排放和预拌混凝 土、钢筋、预埋件和其它辅助材料的隐含碳排放。其中常 用标号预拌混凝土的碳排放强度值 见表４；钢筋、预埋件 和其它辅助材料的碳排放强度见表３；预制构件生产活动中 的碳排放量是在该活动中消耗的化石燃料、电力、工时乘 以各自的碳排放强度。 表４预拌混凝土碳排放强度 强度标号 单方混凝土碳排放龟／ｋｇ ＣＥ ＣＦＳ Ｃ２Ｏ ４５１．３７ ２３９．１９ Ｃ２５ ５Ｏ１．６２ ２８９．４４ Ｃ３０ ５５９．１２ ３４６．９５ Ｃ３５ ６Ｏ１．５１ ３８２．１１ Ｃ４０ ６５８ ９１ ４３２．２９ Ｃ４５ ６５９ ８２ ４１９．３２ Ｃ５０ ８２０．１９ ５６３．８９ Ｃ６０ ９ｌ６．８８ ６４４ ８５ 注ｃＥ为纯水泥胶凝体系，ＣＦＳ为水泥－粉煤灰一矿粉复合胶凝体系 ５．２支撑材料的碳排放 据调研，支撑材料多为租赁。为简便起见，将租赁费 用换算成等价格的当地电力消耗，然后计算碳排放量。 ５．３用水的碳排放 水本身不会产生ＣＯ，，但是生产和运输水的过程会因 为消耗能源和其它材料而产生碳排放，根据耗能工质 能源等价值参考表可知，新水的单位耗能工质耗能量为 ７．５３５ ＭＪ／ｔ… ，折标准煤系数为０．２５７ ４ ｋｇｃｅ／ｔ，换算成碳排 放强度为０．６３２ ４ ｋｇ／ｔ。 用水量为预制构件施工阶段的生产用水。因为生活用 水产生的碳排放已经计八人员的碳排放，因此不再纳入总 用水量范围内。预制构件生产阶段中因消耗水所造成的 碳排放已经计入预制构件的碳排放，因此也不纳入用水范 围内。 ５．４其它零星材料的碳排放 由于零星材料的种类太多，且各自的用量很少。为简 便起见，将零星材料的费用按等值原则换算成当地的电力 消耗量，乘以电力碳排放强度，作为零星材料的碳排放。 ６ 结语 建筑的碳排放主要集中在使用阶段，但是在建造阶 段却具有最高的碳排放强度，因此，有必要研究如何降低 建造阶段的碳排放强度。本文在综合装配式建筑结构特点 及施工流程的基础上，首先确定碳排放的系统边界，即碳 排放的计算范围。然后将装配式建筑结构物化阶段的碳排 放源分为直接碳排放和间接碳排放。将这些碳排放源的碳 排放进行累加，就可以计算出装配式建筑结构物化阶段的 碳 ｝放总量：ｃ结构＝ｃ直接＋Ｃ间接＝（Ｃ人员＋ｃ运输＋ｃ机械）＋（ｃ构件＋ Ｉ 撑＋Ｃ水＋Ｃ零星）。 为求得各碳排放源的碳排放量，需要获得各个碳排 放源的消耗量和碳排放强度。在现场只要进行每月化石燃 料、电力、工时以及预制构件、支撑、水的统计，就可以 获得各碳源的消耗量。统计碳源消耗量的工作也有利于现 场的施工管理。施工单位每月的碳源统计，有利于施工单 位自身的施工质量、进度、效率的自我检查，方便适时地 做出调整，使得项目有序顺利进行。消耗量需要现场的实 际统计数据，而碳排放源的碳排放强度需要相关行业更为 深入的研究。 通过本文提出的计算思路，根据已有产品的碳排放 强度值，可以方便地得出装配式建筑结构在物化阶段的碳 排放量，有利于比较装配式建筑结构相较于现浇结构在节 能减排方面的优越性。同时也有利于分析装配式建筑结构 的碳排放源分布，确定主要的碳排放来源并提出针对性的 减碳措施。随着相关社会产品碳排放强度值研究的不断深 入，预制装配式建筑结构碳排放计算结果会越来越准确， 可以作为政府有关部门衡量施工企业绿色施工水平的考核 指标。 ［１］李兵，李云霞，吴斌，等．建筑施工碳排放测算模型研究…土木建筑工 程信息技术，２０１ １（２）：５—１０ ［２］国家统计局．中国统计年鉴２０１１［Ｍ】．北京：中国统计出版社，２０１１． ［３］马忠海．中国几种主要能源温室气体排放系数的比较评价研究［Ｄ］． 北京：中国原子能科学研究院，２００２． ２０１ ３－１ ＩＢｕｉｌｄｉｎｇ Ｃ。ｎｓｔｒ１ｌｃｔｉ。ｎ ｌ ８７