基于綠色可持續發展的裝配式節能減排效益分析

王健，羅曉生，李靜 （中建二局第一建筑工程有限公司，北京 100000）

0 引言

CO2排放問題一直是研究的重點與熱點，其中建筑行業會產生大量的CO2，CO2的排放會造成全球氣候變暖，節能減排引起我國學者廣泛關注與研究。裝配式建筑具有節約勞動力、生產效率高以及節能減排等優點，因此研究裝配式建筑節能減排效益十分重要。

目前我國有許多學者對裝配式建筑的應用進行研究，丁垚等[1]根據裝配式建筑施工安全風險元網絡以及貝葉斯網絡構建BN-MNA 模型，從而有效、系統地評估裝配式建筑施工安全風險。唐繼華[2]使用BIM 技術分析裝配式建筑中構件以及配件的使用，模擬施工階段、設計階段以及管理過程，從而提高裝配式施工的施工效率與施工質量。張琳琳等[3]使用主成分分析法，對裝配式建筑決策、生產運輸、設計、施工裝配以及銷售運營5 個階段進行分析，并提取17 項風險因素。苗澤惠等[4]應用結構方程模型，對裝配式建筑施工的25 項風險因素進行分析，得到風險因素重要性排序。章俊等[5]應用層次分析法以及神經網絡建立模型，評估裝配式建筑供應商。李唐振昊等[6]使用Apriori 分析裝配式建筑質量與各影響因素的相關性。

由上述討論可知，目前我國對裝配式建筑的研究主要為對風險因素、施工效率等方面的研究，缺少裝配式建筑節能減排的分析。本文對裝配式建筑節能減排進行分析，并對比傳統施工與裝配式建筑在主體建筑與裝修施工時能源消耗、資源消耗以及污染物排放量，為裝配式建筑節能減排效益研究提供理論依據與參考價值。

1 工程概況

某該裝配式建筑標準層高為3m，總建筑面積為29354m2，墻體結構小部分為現澆墻體，大部分為預制墻板，結構為整體式剪力墻結構，其中預制構件有內部承重墻、外墻邊緣節點與核心筒墻體等?，F澆部分包括主要受力結構與主要結構。陽臺采用預制疊合陽臺，樓板采用預制裝配式疊合板，南北外墻則使用預制裝配式外墻板，在構件制作過程中完成外墻保溫與飾面磚。此外，全預制構件包括部分隔板、空調板、陽臺裝飾、飄臺以及樓梯，該建筑整體裝配率為68.5%，外墻預制構件達到76.5%。

2 裝配式住宅節能減排分析

2.1 節能減排效益分析

表1 為該項目和全國住宅能源消耗、資源消耗以及污染物排放總量，表中全國住宅數據為施工面積655558 萬m2房地產開發行業產生的能源消耗、資源消耗以及污染物排放總量。其中裝配式建筑木材與鋼材消耗量減小是因為木模板使用的減少，與預制疊合板應用后解決的數量對應。

表1 該項目和全國住宅能源消耗、資源消耗以及污染物排放總量

在進行節能減排效益分析時使用資源環境績效指數（REPI），根據國內裝配式住宅經驗確定目標值，REPI 計算公式如下：

式中：n為能源、資源消耗與污染物種類數；Wi為能源、資源消耗與污染物權重；xi與Xi分別代表該項目與全國住宅項目第i 種資源、能源消耗或污染物排放；g與G分別代表該項目與全干過住宅項目總產值。

能源、資源消耗與污染物權重可通過式（2）計算：

其中W’i代表影響物質的權重因子，由式（3）計算：

式中：PPI代表單位建筑面積內對i影響的資源、能源消耗或污染物排放指數。

單位建筑面積各指數基準值與目標值如表2 所示，通過多次測量取平均值得到基準值，而目標值則由專業機構算出。

表2 各指標基準組與目標值

計算各項權重因子與權重指數，并根據權重因子與權重指數計算出REPI指數，結算結果見表3。

表3 權重因子、權重指數、績效指數及REPI指數

綜合REPI 指數可由式（4）計算得到，經計算綜合REPI指數為0.42。

REPI指數可以體現出建筑住宅節能減排均值，REPI指數值高說明節能減排效益差，REPI指數值低說明節能減排效益好。此項目REPI值（0.42）遠低于社會平均REPI值（1.00），說明此裝配式建筑節能減排效果較好。能源消耗分項REPI值為0.38，煤消耗上升是因為裝配式建筑混凝土養護方式為蒸汽養護。資源消耗的REPI值為0.51，說明裝配式建筑在資源節約方面效益相對較差，從單一績效指數可以看出，木材REPI值最小，這是因為與裝配式建筑相比傳統施工木模板使用較少，因此會大量減少木材用量。水資源REPI值同樣較小，這是因為裝配式建筑混凝土養護方式為蒸汽養護，所以會大幅度減少水資源的利用。污染物REPI指數為0.15，遠小于資源、能源消耗REPI指數，這是因為裝配式建筑采用蒸汽養護混凝土，大量減少水資源利用，廢水排放量也大幅度降低。此外，裝配式建筑會減少現場施工，同樣會減少廢水排放。固體廢棄物減少是由于裝配式建筑標準生產方式。

2.2 主體建造階段節能減排效益分析

裝配式建筑建造主要包括主體施工階段與裝修階段。其中主體建造階段主要為工廠預制生產，材料的節約主要在用水、混凝土材料以及鋼材。裝配式建筑主體建造比傳統住宅施工污染物排放更低。根據表1 可計算出單位建筑面積裝配式建筑與傳統建筑各指標數據，各指標數據見表5。由表5可知，固體垃圾與木材節省率較高分別為59.49%、50.00%，裝配式建筑在油、木材、污水減排以及固體垃圾方面節能減排效益較好。

2.3 裝配式建筑裝修施工階段節能減排分析

裝修材料的消耗量主要與裝修等級有關，因此在裝配式建筑裝修施工階段節能減排主要從水能消耗、電能消耗、固體垃圾以及廢水4 個方面分析，并將耗能轉換為標準煤。傳統建筑裝修每平米會產生0.101t 垃圾，單位垃圾產生量為0.053m3，住宅耗能為15.02kW·h/m2，其中每千瓦0.405 標準煤，計算得到每平米需6.08kg 標準煤。單位面積裝配式建筑與傳統建筑裝修能耗與污染情況如圖1 所示，從圖中可知，水節約量與廢水排放效果顯著，分別減少81.25%、82%，能耗與垃圾分別減小47.48%、40%。這是因為傳統裝修施工為濕作業，水資源消耗較大、污水排放較大。此外，傳統裝修施工產生粉塵和雜音污染。

圖1 單位面積裝配式建筑與傳統建筑裝修能耗與污染情況

3 裝配式建筑節能減排方法

3.1 新型建筑節能材料的使用

新型建筑節能材料的使用可以增加建筑熱環境指標，然后由負荷力學更合理地應用節能材料，將普通隔墻替換成輕質隔墻并應用保溫節能墻體材料，可以有效提高保溫性能，從而減小能源流失。此外還可以用非黏土磚、黏土空心磚、摻廢料粘土磚以及建筑砌塊等新型墻體材料。

3.2 供電與給排水節能

在供電節能方面，可以從配電豎井、線路的路徑敷設以及平面線路敷設進行。根據實際情況選擇合適的電纜截面和配電導線，減小線纜損耗。供配系統利用集中電容補償，從而減小無功能耗。為了使地下空間達到照明節能和衛生條件改善的效果，可使用天窗進行自然采光。此外，還可以選用品質較好的管材，布置合理的供水管線，建筑潔具使用自動停開、限時重測的節水衛生型裝置，選擇具有高度密閉、優質優點的給水器具和甲閥。并且在水資源無效消耗優化方面，可使用防滲漏措施。

4 結論

此裝配式建筑REPI 值（0.42）遠低于社會平均REPI 值（1.00），其中能源消耗、資源消耗、污染物排放的REPI 值分別為0.38、0.51、0.15，說明此裝配式建筑節能減排效果較好。

與傳統施工相比，裝配式建筑主體建造階段主要為工廠預制生產，材料的節約主要在用水、混凝土材料以及鋼材。裝配式建筑主體建造比傳統住宅施工污染物排放更低。固體垃圾與木材節省率較高分別為59.49%、50.00%，裝配式建筑在油、木材、污水減排以及固體垃圾方面節能減排效益較好。

與傳統施工相比，裝配式建筑在裝修階段水節約量與廢水排放效果顯著，分別減少81.25%、82.00%，能耗與垃圾分別減小47.48%、40.00%，這是因為傳統裝修施工為濕作業，水資源消耗較大、污水排放較大。此外，傳統裝修施工還會產生粉塵和雜音污染。