邊亞東， 代艷茹， 李慶文， 豆康健， 楊龍龍

(中原工學(xué)院， 鄭州 450007)

住宅建筑生命周期內(nèi)的揚(yáng)塵排放研究

邊亞東， 代艷茹， 李慶文， 豆康健， 楊龍龍

(中原工學(xué)院， 鄭州 450007)

基于生命周期評(píng)價(jià)理論，構(gòu)建了住宅建筑生命周期內(nèi)的揚(yáng)塵排放的計(jì)算模型。利用該模型，分析了鄭州地區(qū)3處住宅建筑在建材生產(chǎn)階段、施工階段、運(yùn)行維護(hù)階段和拆除階段的揚(yáng)塵排放量，得到整個(gè)生命周期內(nèi)單位建筑面積的揚(yáng)塵排放量。本研究對(duì)于降低建筑揚(yáng)塵排放量、治理空氣污染以及制定建筑物環(huán)保評(píng)價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具有重要參考意義。

生命周期評(píng)價(jià)；住宅建筑；揚(yáng)塵排放

隨著城市化進(jìn)程的加快，建筑揚(yáng)塵的排放量不斷增加，空氣污染問題日益突出。我國部分地區(qū)的建筑揚(yáng)塵對(duì)顆粒物污染中PM10濃度的貢獻(xiàn)達(dá)到12%[1]，排放源處對(duì)空氣污染更嚴(yán)重。在改善空氣質(zhì)量的同時(shí)，如何確定建筑揚(yáng)塵的排放量引起了廣泛的關(guān)注。

趙普生等提出了Flux-FDM法，給出了適用于城市區(qū)域建筑物建設(shè)施工過程中揚(yáng)塵排放的因子模型[2]。北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院也對(duì)確定建筑揚(yáng)塵的排放量做了大量的研究。其中，黃玉虎等基于“單元操作”排放因子法，結(jié)合北京建筑施工的條件，給出了拆除階段的建筑揚(yáng)塵排放量的估算方法[3]；田剛等構(gòu)建了量化施工排放因子的四維通量法模型，填補(bǔ)了我國施工揚(yáng)塵排放因子本地化研究的空白，并利用該模型得出北京和呼和浩特兩地施工階段的排放因子[4-5]。張?chǎng)╂媒Y(jié)合北京地區(qū)的排放因子并利用美國EPA方法，估算了貴陽市區(qū)的建筑揚(yáng)塵中PM10的排放量[1]。張麗麗等利用符合高斯模型條件的粉塵擴(kuò)散模型，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)，得出了施工準(zhǔn)備階段建筑揚(yáng)塵排放系數(shù)[6]。本文基于生命周期評(píng)價(jià)方法，對(duì)建材生產(chǎn)、施工、運(yùn)行維護(hù)以及拆除4個(gè)階段的揚(yáng)塵排放情況進(jìn)行研究，構(gòu)建住宅建筑整個(gè)生命周期建筑揚(yáng)塵排放量計(jì)算模型，為減少建筑揚(yáng)塵污染提供理論依據(jù)。

1 生命周期評(píng)價(jià)理論

生命周期評(píng)價(jià)(Life Cycle Assessment，LCA)最早產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代末，是研究一個(gè)產(chǎn)品從原材料獲得到生產(chǎn)、使用以及報(bào)廢處置等整個(gè)過程對(duì)環(huán)境影響的一種定量分析方法。國際環(huán)境毒理會(huì)與化學(xué)學(xué)會(huì)(SETAC)和國際化標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)均提出了生命周期評(píng)價(jià)的技術(shù)框架。其中，ISO14040提出的生命周期評(píng)價(jià)的技術(shù)框架包括目的與范圍的確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解釋4個(gè)相互關(guān)聯(lián)的部分[7]，更符合研究需要，并且得到廣泛的應(yīng)用。

2 住宅建筑揚(yáng)塵排放量計(jì)算模型

2.1 評(píng)價(jià)目的和范圍的確定

住宅建筑生命周期劃分為4個(gè)階段，即建材生產(chǎn)階段、施工階段、運(yùn)行維護(hù)階段以及拆除階段。本研究結(jié)合各階段基本流的輸入與輸出，分析3處住宅建筑各個(gè)階段的揚(yáng)塵排放情況，得出住宅建筑生命周期揚(yáng)塵排放因子，尋找住宅建筑揚(yáng)塵排放量最大的單元過程，為建筑揚(yáng)塵污染控制提供理論依據(jù)。其功能單位為單位建筑面積的揚(yáng)塵排放量(kg/m2)。

2.2 構(gòu)建模型

住宅建筑整個(gè)生命周期揚(yáng)塵排放總量W為：

(1)

式中：Wi為第i階段揚(yáng)塵排放量，kg。

住宅建筑生命周期揚(yáng)塵排放功能單位EF的計(jì)算模型為：

(2)

式中：S為總建筑面積，m2。

2.2.1 建材生產(chǎn)階段

原材料開采、原材料運(yùn)輸和建材生產(chǎn)是建材生產(chǎn)階段揚(yáng)塵的主要來源。假設(shè)各類建材的損耗為0，即建材生產(chǎn)階段各個(gè)環(huán)節(jié)的建材量相等，并且都等于建材使用量，則建材生產(chǎn)階段的揚(yáng)塵排放量為：

(3)

式中:EFj為第j種建材在生產(chǎn)階段的揚(yáng)塵排放因子，kg/“單位”；Qj為第j種原材料使用量，“單位”。

2.2.2. 施工階段

施工階段是住宅建筑成型的階段，其揚(yáng)塵排放主要由地基填挖、建材裝卸及運(yùn)輸和裝修等引起。就當(dāng)前來看，受工期和建筑面積的影響，施工階段揚(yáng)塵排放量計(jì)算模型如下:

W2=EF2×T×S

(4)

式中：EF2為施工階段的揚(yáng)塵排放因子，kg /(m2·30 d)；T為工期，d。

2.2.3 運(yùn)行維護(hù)階段

運(yùn)行維護(hù)階段是住宅建筑實(shí)現(xiàn)其價(jià)值的階段。運(yùn)行維護(hù)階段主要考慮使用過程的能耗，主要涉及采暖、空調(diào)、通風(fēng)、照明用電和其他生活用電等能耗。此階段的能耗在整個(gè)生命周期中所占比重最大，并且隨著使用年限的增加逐年遞增。因此，在計(jì)算運(yùn)行維護(hù)階段的揚(yáng)塵排放量時(shí)要考慮運(yùn)行時(shí)間。該階段的揚(yáng)塵排放量為：

W3=EF3×Y×S

(5)

式中：EF3為運(yùn)行維護(hù)階段的揚(yáng)塵排放因子，kg/(m2·y)；Y為運(yùn)行年限，y。

2.2.4 拆除階段

拆除階段僅考慮建筑物拆除和建筑垃圾運(yùn)輸過程的揚(yáng)塵排放，忽略建筑垃圾處理過程的揚(yáng)塵排放。該階段的揚(yáng)塵排放計(jì)算模型為：

W4=EF4×S

(6)

式中：EF4為拆除階段的揚(yáng)塵排放因子，kg/m2。

3 工程實(shí)例分析

住宅建筑的形式多種多樣，不同類型的住宅建筑生命周期內(nèi)揚(yáng)塵排放量不同。為了較全面地了解住宅建筑生命周期內(nèi)揚(yáng)塵排放情況，本文選取鄭州地區(qū)3處住宅建筑作為研究對(duì)象。工程概況如表1所示。

表1 住宅建筑概況

3.1 清單分析

3.1.1 建材消耗清單

住宅建筑在其建設(shè)過程中需要多種建筑材料，每種建材的需求量不同，造成大氣污染的程度也不同。本文分析消耗量較大的5類建材(鋼材、水泥(含白水泥)、商品混凝土、磚、加氣砼塊)的揚(yáng)塵排放量。A、B、C 3處住宅建筑的建材使用量來自于施工單位的工程量清單，具體內(nèi)容見表2。

表2 住宅建筑建材消耗量

3.1.2 各階段排放清單

要計(jì)算整個(gè)生命周期內(nèi)的建筑揚(yáng)塵排放量，各階段及各類建材的揚(yáng)塵排放因子不可或缺。本文總結(jié)了關(guān)于建筑揚(yáng)塵排放的研究成果[8]，對(duì)于無法從文獻(xiàn)中獲取的數(shù)據(jù)，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[9]或相關(guān)數(shù)據(jù)替代。其中，運(yùn)行維護(hù)階段的揚(yáng)塵排放因子用PM10的排放因子[10]替代。揚(yáng)塵排放因子見表3。

表3 揚(yáng)塵排放因子

3.2 住宅建筑揚(yáng)塵排放量分析

將3處住宅建筑的清單數(shù)據(jù)代入構(gòu)建的模型中，住宅建筑各階段揚(yáng)塵排放情況如表4所示。從中可以發(fā)現(xiàn)，雖然3處住宅的位置、結(jié)構(gòu)、建筑面積以及使用年限存在差異，但3處住宅單位建筑面積生命周期的揚(yáng)塵排放量卻非常接近。由此可知，得出的結(jié)論具有一定可靠性。整個(gè)生命周期內(nèi)單位建筑面積的平均揚(yáng)塵排放量為23.36 kg，即EF=23.36 kg/m2。

3.3 影響評(píng)價(jià)

從表4可以看出，3處住宅建筑生命周期內(nèi)揚(yáng)塵排放量大小依次為：拆除階段>運(yùn)行維護(hù)階段>施工階段>建材生產(chǎn)階段。因此，4個(gè)階段中建筑拆除階段對(duì)大氣污染最重，而建材生產(chǎn)階段對(duì)大氣污染最小。

從3處住宅建筑(見圖1)可以看出：在建材生產(chǎn)階段和施工階段，A住宅和B住宅的揚(yáng)塵排放量所占比重均小于C住宅；而在拆除階段，C住宅的揚(yáng)塵排放量所占比重小于A住宅和B住宅。由此可以推斷出：揚(yáng)塵排放量受建筑結(jié)構(gòu)制約，即結(jié)構(gòu)不同，揚(yáng)塵排放量不一樣。

表4 住宅建筑全生命周期內(nèi)的揚(yáng)塵排放量

圖1 各階段揚(yáng)塵排放量比重

雖然建材生產(chǎn)階段的揚(yáng)塵排放量小，但是不容忽視。圖2給出了建材生產(chǎn)階段5類建材揚(yáng)塵排放量的比重。從圖中可以看出，商品混凝土的揚(yáng)塵排放量所占的比重最大，達(dá)到89%以上，其次是鋼材。

圖2 主要建材的揚(yáng)塵排放量比重

3.4 結(jié)果分析

(1)比較住宅建筑各階段可知，拆除階段(未考慮建筑垃圾處理)的揚(yáng)塵排放量最大，達(dá)到50%。住宅建筑拆除需要大量的能耗，揚(yáng)塵排放隨之增加。因此，可以通過降低能耗，封閉施工現(xiàn)場(chǎng)，覆蓋隔塵布等措施來減少揚(yáng)塵排放量。

(2)在建材生產(chǎn)階段，商品混凝土和鋼材的揚(yáng)塵排放量所占比重最大，達(dá)到95%以上。商品混凝土和鋼材是不可缺少的建材，從使用量上減少不現(xiàn)實(shí)。減少建材生產(chǎn)階段的揚(yáng)塵排放量，應(yīng)該著重控制商品混凝土和鋼材生產(chǎn)過程中的揚(yáng)塵排放。

4 結(jié) 語

本文運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)住宅建筑整個(gè)生命周期內(nèi)的揚(yáng)塵排放情況。研究表明，住宅建筑整個(gè)生命周期內(nèi)單位建筑面積的揚(yáng)塵排放量為23.36 kg；住宅建筑4個(gè)階段中拆除階段揚(yáng)塵排放量所占的比重大于50%；建材生產(chǎn)階段中商品混凝土的揚(yáng)塵排放量所占的比重達(dá)到89%以上。

由于住宅建筑在整個(gè)生命周期內(nèi)所涉及的物質(zhì)流過多，數(shù)據(jù)收集相對(duì)困難，對(duì)本研究造成很大的限制。在今后研究中，將加強(qiáng)數(shù)據(jù)的收集和整理，對(duì)住宅建筑揚(yáng)塵排放情況進(jìn)行更深入的研究。

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(責(zé)任編輯：陸俊杰)

Study on the Dust Emission in the Life Cycle of Residential Buildings

BIAN Ya-dong, DAI Yan-ru, LI Qing-wen, DOU Kang-jian, YANG Long-long

(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007, China)

Based on the theory of life cycle assessment, this paper structures a calculation model to calculate the dust emissions in the whole life cycle of residential buildings. This model is used to analyze the dust emission in the building materials production stage, construction stage, operation stage and demolition stage about three residential buildings which are situated in Zhengzhou region, obtained the amount of dust emission in the whole life. It is of great significance to reduce the dust emission of buildings, to control air pollution, and to formulate relevant standards for environmental assessment of buildings.

life cycle assessment；residential building；dust emission

2016-10-17

邊亞東(1975-)，男，山東鄒城人，教授，博士,主要研究方向?yàn)榻ㄖ芷谠u(píng)價(jià)、邊坡工程與支擋結(jié)構(gòu)、巖石爆破技術(shù)等。

1671-6906(2016)06-0078-04

X513

A

10.3969/j.issn.1671-6906.2016.06.016