模块化建筑碳排放的研究与应用.pdf
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1、d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 4.0 2 3模块化建筑碳排放的研究与应用李雅楠,谢 锋,鲍宇清,周 宁,芮 浩(北京市住总集团有限责任公司,北京1 0 0 0 2 8)摘 要:模块化建筑是工业化程度较高的建筑形式。基于生命周期评价(L C A)理论,建立了模块化建筑生命周期碳排放核算方法。选取模块化钢结构集装箱建筑和近零能耗模块化钢结构集装箱建筑,对其生命周期碳排放进行了定量测算和对比分析。分析了模块化建筑的优势与劣势,提出了模块化建筑的减碳方案,研究结果对模块化建筑的推广应用提供参考。关键词:模块化建筑;碳排放;近
2、零能耗;集装箱R e s e a r c ha n dA p p l i c a t i o no fM o d u l a rA r c h i t e c t u r eC a r b o nE m i s s i o nL IY a-n a n,X I EF e n g,B A OY u-q i n g,ZHO UN i n g,R U IH a o(B e i j i n gU n i-c o n s t r u c t i o nG r o u pC o,L t d,B e i j i n g1 0 0 0 2 8,C h i n a)A b s t r a c t:M o d u
3、l a ra r c h i t e c t u r ei sah i g h l yi n d u s t r i a l i z e da r c h i t e c t u r a lf o r m.B a s e do nt h el i f ec y c l ea s s e s s m e n t(L C A)t h e o r y,a l i f e c y c l e c a r b o ne m i s s i o na c c o u n t i n gm e t h o d f o rm o d u l a rb u i l d i n g sw a s e s t a
4、b l i s h e d.T h e l i f e c y c l e c a r-b o ne m i s s i o n so fm o d u l a r s t e e l c o n t a i n e ra r c h i t e c t u r ea n dn e a r z e r oe n e r g yc o n s u m p t i o nm o d u l a r s t e e l c o n t a i n e ra r c h i-t e c t u r ew e r eq u a n t i t a t i v e l yc a l c u l a t e
5、 da n dc o m p a r e d.T h i sp a p e ra n a l y z e da n dd i s c u s s e dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a-g e so fm o d u l a ra r c h i t e c t u r e,a n dp u t f o r w a r dt h e c a r b o nr e d u c t i o ns c h e m eo fm o d u l a r a r c h i t e c t u r e.T h e r e s e a r c
6、hr e s u l t sp r o v i d e dr e f e r e n c e f o r t h ep o p u l a r i z a t i o na n da p p l i c a t i o no fm o d u l a ra r c h i t e c t u r e.K e yw o r d s:m o d u l a ra r c h i t e c t u r e;c a r b o ne m i s s i o n;n e a r z e r oe n e r g yc o n s u m p t i o n;s t e e l c o n t a i
7、n e r收稿日期:2 0 2 3-0 4-1 8.作者简介:李雅楠(1 9 9 1-),工程师.E-m a i l:7 8 4 3 1 3 9 9 5q q.c o m建筑能源消耗占全球能源消耗的3 0%4 0%,全球温室气体排放的1/3与之相关。2 0 1 8年,建筑全生命周期能耗和碳排放占全国比重分别为4 6.5%和5 1.3%1。在低碳经济的呼吁下,新型建筑工业化成为建筑发展的趋势和必然2,而模块化建筑是工业化程度较高的一种建筑形式。模块化建筑以标准化设计为基础,在工厂制作后运输到现场组装;在设计工作年限可多次搬运,并在搬运后满足基本的建筑设计要求3。模块化建筑的预制比例一般可达8 5
8、%以上,其中完全工厂建造的模块化建筑的阈值比例可高达9 5%。模块化建筑机械化程度高、效率高、不受季节或环境的影响4,在公寓、医疗配套、学校宿舍等建筑应用逐渐增多。论文综合阐述了模块化建筑碳排放计算,并结合实际案例探讨模块化建筑的发展及应用。1 模块化建筑碳排放计算1)模块化建筑模块化建筑由模块单元组成,包含全部由模块单元组成的全模块结构体系,及由模块单元及现场施工结构构件组成的复合模块化结构体系。从建筑、材料及结构角度划分,模块单元类型如表1所示。2)碳排放计算边界模块化建筑的建筑全生命周期碳排放由三个阶段组成,分别是物化阶段、运行阶段及拆解阶段。建筑全生命周期碳排放量是各个阶段的碳排放量之
9、和,建筑生命周期各个阶段碳排放来源如表2所示。39建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期表1 模块单元类型划分依据模块单元以建筑角度划分客厅模块、卧室模块、卫生间模块、厨房模块、楼梯间模块、设备间模块、阳台模块以材料角度划分钢结构模块、木结构模块、预制混凝土模块、混合模块以结构角度划分墙体承重模块、柱承重模块、框架-剪力墙模块、非承重模块表2 建筑生命周期各阶段碳排放来源建筑生命阶段计算阶段碳排放量核算方式物化阶段建材生产建筑材料在生产过程中产生的碳排放。建材运输建筑材料从产地运输到工厂过程中,运输工具耗能产生的碳排放。部品部件建造部品部件在制造、加工过程中,能源消耗产生的碳排放。部品
10、部件运输部品部件从工厂运输到现场的过程中,运输工具耗能产生的碳排放。装配建造工业化装配过程中,能源消耗产生的碳排放。运行阶段建筑使用建筑使用过程中采暖、空调、照明等建筑设备产生的碳排放。建筑维护改造设备更换、材料更换和维护施工产生的碳排放。拆解阶段建筑拆解建筑拆除解体消耗能源产生的碳排放。建筑移除废弃物处理过程中运输产生的碳排放。建筑回收建筑拆解后,部分建筑材料回收利用抵扣的碳排放。3)碳排放核算方法碳排放核算是定量表述碳排放变化趋势和探索碳排放影响因素并进行减排路径设计的基础。常用碳排放量的核算方法模型主要为实测法、物流衡算法及排放系数法。实测法基于排放源的现场实测基础数据,进行汇总计算得到
11、相关排放量;物流衡算法基于质量守恒,投入某系统或设备的物料质量等于该系统产出的物质质量;排放系数法根据碳排放清单列表,针对每种排放源构造其活动水平数据及碳排放因子。模块化建筑碳排放包含物化、运行及拆解阶段,包含消耗的材料、运输吊装设备消耗的能源以及运行阶段直接或间接产生的二氧化碳。使用实测法及物流衡算法难度较大,因此采用排放系数法。模块化建筑全生命周期碳排放等于物化、运行及拆解阶段相关直接/间接活动数据与排放因子的乘积,即EEF,其中,E为能源消耗量,EF为碳排放因子。2 钢结构模块碳排放分析为降低建筑碳排放,考虑钢材质轻、强度高、抗震性能良好,对钢结构模块及近零能耗钢结构模块进行比较研究。选
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