朱鵬宇

（淮陰工學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 淮安 223000）

0 引言

蒸壓砂加氣混凝土墻板是一種常見(jiàn)的建筑板材結(jié)構(gòu)，采用磨細(xì)硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料制成。當(dāng)前這種板材主要應(yīng)用于建筑外墻、內(nèi)墻、屋面等位置，屬于一種新型的墻體材料[1]。與傳統(tǒng)板材相比，這種板材具備質(zhì)量輕、防火性能強(qiáng)、隔聲效果優(yōu)等特點(diǎn)，且造價(jià)更低。因此，這一類型板材已成為建筑用的主要板材之一。但其實(shí)際應(yīng)用中的碳排放量無(wú)法直觀得出，需通過(guò)對(duì)各項(xiàng)影響碳排放指標(biāo)的計(jì)算才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果[2]。為了確認(rèn)蒸壓砂加氣混凝土墻板全壽命中碳排放量是否符合碳中和的要求，本文將對(duì)其計(jì)算方法進(jìn)行研究。

1 蒸壓砂加氣混凝土墻板碳排放計(jì)算方法

1.1 墻板碳排放量計(jì)算參數(shù)選擇

碳排放的測(cè)算通?？煞譃閷?shí)測(cè)法、排放系數(shù)法和物料衡算法。第一種方法針對(duì)板材使用過(guò)程中對(duì)溫室氣體的排放量進(jìn)行測(cè)量；第二種方法從板材的生產(chǎn)或二次能源生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的CO2平均排放量進(jìn)行測(cè)算，將排放系數(shù)作為排放因子，完成測(cè)定；第三種方法針對(duì)板材物料進(jìn)行定量分析，并在此基礎(chǔ)上基于質(zhì)量守恒原理完成其碳排放量的計(jì)算[3]。針對(duì)板材應(yīng)用的不同環(huán)節(jié)、位置等，可選擇上述三種不同的測(cè)算方式，但在測(cè)算過(guò)程中必須具備有效的計(jì)算參數(shù)，才能夠確保最終結(jié)果更符合實(shí)際。在選擇計(jì)算參數(shù)時(shí)，首先確定針對(duì)蒸壓砂加氣混凝土墻板的碳排放計(jì)算范圍[4]?；谌珘勖芷诶碚?，將墻板劃分為原材料采集、生產(chǎn)加工、安裝使用和廢棄，共4個(gè)階段，如圖1所示。

圖1 墻板全壽命周期碳排放軌跡示意圖

針對(duì)圖1中的4個(gè)階段完成對(duì)其碳排放量的測(cè)算。將上述4個(gè)階段中的CO2排放量作為主要的計(jì)算參數(shù)。除此之外，4個(gè)階段涉及的計(jì)算參數(shù)還包括：第一階段：墻板原材料采集過(guò)程中的CO2排放、原材料運(yùn)輸產(chǎn)生過(guò)程中的CO2排放、原材料CO2排放因子等；第二階段：墻板生產(chǎn)中設(shè)備消耗電量、電能的碳排放因子、墻板產(chǎn)量等；第三階段：墻板施工中機(jī)械功率、碳排放因子等[5]。由于在第四個(gè)階段墻板材料在拆除和處理時(shí)與其他三個(gè)階段相比產(chǎn)生的CO2排放量極少，因此針對(duì)這一環(huán)節(jié)的墻板碳排放計(jì)算可忽略不計(jì)。以上計(jì)算參數(shù)的選擇，為后續(xù)模型建立以及基于墻板全壽命周期的碳排放量計(jì)算提供重要基礎(chǔ)。

1.2 墻板碳排放計(jì)算模型

在明確上述墻板碳排放量計(jì)算參數(shù)后，對(duì)墻板碳排放計(jì)算模型進(jìn)行構(gòu)建，其表達(dá)式為：

式中：Wco2——墻板的碳排放總量計(jì)算結(jié)果，即墻板碳排放量計(jì)算模型；

w1——第一階段原材料選擇時(shí)產(chǎn)生的碳排放量；

w2——第二階段墻板生產(chǎn)加工時(shí)產(chǎn)生的碳排放量；

w3——第三階段墻板使用、拆除處理時(shí)產(chǎn)生的碳排放量；

w4——第四階段墻板拆除處理時(shí)產(chǎn)生的碳排放量。

在確定計(jì)算模型的基本內(nèi)容后，針對(duì)各個(gè)階段碳排放量分別利用上述計(jì)算參數(shù)完成計(jì)算[6]。在第一階段，排放的CO2是由原材料本身產(chǎn)生的量和運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的量構(gòu)成，其表達(dá)式為：

式中：w11——墻板原材料產(chǎn)生CO2；

w12——原材料運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生CO2。

其中，w11可通過(guò)下式計(jì)算得出：

式中：n——原材料類型個(gè)數(shù)；

qi——墻板中某一種原材料i的使用量；

ci——墻板中某一種原材料i 的CO2排放因子。公式（2）中的w12又可通過(guò)下式計(jì)算得出：

式中：Ei——墻板原材料第i種運(yùn)輸方式消耗能源總量；

Si——墻板原材料的運(yùn)輸距離；

Ci——i種運(yùn)輸方式CO2排放因子。

在第二階段，排放的CO2會(huì)受到機(jī)械設(shè)備耗電量、電能產(chǎn)生時(shí)伴隨的碳排放因子產(chǎn)生量等因素的影響，因此這一階段CO2排放量的計(jì)算公式為：

式中：Ed,i——墻板第i 個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中使用的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的耗電量；

cd——電能產(chǎn)生時(shí)伴隨的碳排放因子產(chǎn)生量；

M——蒸壓砂加氣混凝土墻板材料的產(chǎn)量。

在第三階段墻板施工和使用過(guò)程中，蒸壓砂加氣混凝土墻板排放的CO2會(huì)受到建設(shè)過(guò)程中機(jī)械設(shè)備的功率等眾多因素影響，因此這一階段蒸壓砂加氣混凝土墻板碳排放量的計(jì)算公式為：

式中：Ei,j——墻板的第i種施工機(jī)械單位臺(tái)班耗電量；

Ti——總臺(tái)班數(shù)量；

λ——折標(biāo)煤系數(shù)；

Cd——煤炭排放因子。

在第四階段墻板材料拆除過(guò)程中，由于獲取到有效的計(jì)算數(shù)據(jù)十分困難，并且這一階段與其他階段CO2排放量相比更小，因此針對(duì)這一階段產(chǎn)生的CO2排放量忽略不計(jì)。

1.3 墻板全壽命周期碳排放量與節(jié)能減排量計(jì)算

為實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸壓砂加氣混凝土墻板碳排放的計(jì)算，在完成對(duì)碳中和背景下的墻板碳排放計(jì)算模型的建立后，基于這一類型板材的全壽命周期，從板材原材料的選擇到生產(chǎn)制作，再到施工中產(chǎn)生的碳排放量進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)這一過(guò)程中墻板的碳排放量和節(jié)能減排量進(jìn)行計(jì)算[7]。相關(guān)的計(jì)算數(shù)據(jù)可通過(guò)墻板生產(chǎn)廠家和施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查采集。在第一階段，蒸壓砂加氣混凝土墻板的原材料與其他墻板材料相比更容易獲取，因此在采集過(guò)程中消耗的能源主要在于原材料生產(chǎn)廠與蒸壓砂加氣混凝土墻板生產(chǎn)企業(yè)之間的距離以及對(duì)于原材料的需求量[8]。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，1m3的原材料能夠生產(chǎn)出5m3的加氣混凝土材料，相較于其他墻板使用的原材料更少，這一部分?jǐn)?shù)據(jù)也需要計(jì)算到墻板的全壽命周期碳排放量中[9]。在墻板原材料采集的過(guò)程中，所需的石英砂材料為玻璃制作廠產(chǎn)生的廢棄物，而石英砂本身不會(huì)產(chǎn)生碳排放，因此在計(jì)算石英砂材料的排放量時(shí)，只需要考慮到這一材料在運(yùn)輸過(guò)程中的汽油能耗。在計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)公式（4）完成計(jì)算。

在第二階段，蒸壓砂加氣混凝土墻板的蒸壓養(yǎng)護(hù)部分是能源消耗的主要環(huán)節(jié)，通常情況下每立方米需要消耗的煤量為0.089t，消耗的水量為352.5kg。結(jié)合每立方米蒸壓砂加氣混凝土墻板生產(chǎn)時(shí)設(shè)備產(chǎn)生的電量，按照公式（5）完成對(duì)其CO2排放量的計(jì)算。在生產(chǎn)過(guò)程中，不同的機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)功率也不相同，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，耗電量還需要通過(guò)下式計(jì)算得出：

式中：t——機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中消耗的時(shí)間；

e——機(jī)械設(shè)備的單位耗電量；

η——機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行功率。

針對(duì)所有不同生產(chǎn)功率的機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中的耗電量進(jìn)行計(jì)算并匯總，將數(shù)據(jù)代入到公式（5）中。

在第三階段，針對(duì)蒸壓砂加氣混凝土墻板在安裝和施工過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放量進(jìn)行計(jì)算。在這一階段，施工中涉及的碳排放量包括：施工現(xiàn)場(chǎng)的碳排放量、施工用電、施工用水碳排放量等，在這一過(guò)程中，蒸壓砂加氣混凝土墻板并沒(méi)有產(chǎn)生碳排放，因此在這一方面墻板的碳排放為零。其安裝中需要用電、用水量較少，因此消耗的能源較少，對(duì)于碳排放可忽略不計(jì)。在對(duì)蒸壓砂加氣混凝土墻板進(jìn)行安裝時(shí)，從生產(chǎn)地到施工地的運(yùn)輸距離可以按照比例進(jìn)行計(jì)算，并將得出的計(jì)算結(jié)果代入到上述公式中，完成對(duì)其整個(gè)階段碳排放量的計(jì)算。

在對(duì)墻板的全壽命周期碳排放量進(jìn)行計(jì)算后，還需要針對(duì)這一過(guò)程中節(jié)省的碳排放量進(jìn)行計(jì)算，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸壓砂加氣混凝土墻板應(yīng)用節(jié)能效果更客觀的評(píng)價(jià)。在計(jì)算這一數(shù)值時(shí)，需要對(duì)蒸壓砂加氣混凝土墻板的熱工性能進(jìn)行計(jì)算，其公式為：

式中：K——蒸壓砂加氣混凝土墻板的熱工性能；

Rp——墻板的主體傳熱阻；

R1——墻板外表面的熱交換阻；

R2——墻板的熱阻；

R3——墻板內(nèi)表面的額熱交換阻。

根據(jù)上述公式，得到蒸壓砂加氣混凝土墻板的熱工性能參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)節(jié)能減排量計(jì)算式，需要得出蒸壓砂加氣混凝土墻板少傳輸?shù)哪芰?、?jié)約的標(biāo)煤重量以及減少的CO2排放量。將得到的結(jié)果匯總，并得出在建筑使用壽命規(guī)定時(shí)間內(nèi)單位平方米蒸壓砂加氣混凝土墻板減少的碳排放量，將這一結(jié)果作為最終的節(jié)能減排量計(jì)算結(jié)果。

針對(duì)上述計(jì)算模型中的碳排放因子，在實(shí)際計(jì)算時(shí)這一參數(shù)與能源結(jié)構(gòu)之間也有著更密切的聯(lián)系，碳排放因子是指在單位質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)煤條件下，對(duì)應(yīng)的CO2排放量?；诓煌哪茉唇Y(jié)構(gòu)情境，碳排放因子會(huì)發(fā)生不同改變。能源結(jié)構(gòu)大致可分為3 種：第一種為整體能源結(jié)構(gòu)中石油和煤的能源占比將會(huì)逐漸降低，而天然氣與非化石燃料的能源占比將會(huì)逐漸提升，在這樣的情境下碳排放因子的變化趨勢(shì)為逐漸遞減從2.26降低到1.80；第二種是在第一種情景的基礎(chǔ)上，建筑行業(yè)能耗中非化石燃料的占比逐漸提高到35%，煤炭占比逐漸下降到50%、45%，碳排放因子的變化趨勢(shì)也同樣為逐漸降低趨勢(shì)，從2.19 逐漸降低到1.55；第三種是在第一種情景的基礎(chǔ)上，非化石燃料的占比上升，而煤炭占比逐漸下降，碳排放因子的變化趨勢(shì)下降幅度更加明顯?；谏鲜鎏寂欧乓蜃拥奶卣?，在對(duì)蒸壓砂加氣混凝土墻板的碳排放量進(jìn)行具體計(jì)算時(shí)，需要對(duì)碳排放因子進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，確保最終得出的計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

為驗(yàn)證上述墻板碳排放計(jì)算方法的可行性，以某框架結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行分析。已知該工程項(xiàng)目包含6 層結(jié)構(gòu)，場(chǎng)地類別屬于II 類，首層高度為4.5m，其每層高度均為3.8m。該工程通過(guò)PKPM 工程設(shè)計(jì)軟件完成對(duì)墻體材料方案的設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì)了2 種方案，一種為蒸壓砂加氣混凝土墻板，一種為顆粒板墻板材料。針對(duì)2種墻體的設(shè)計(jì)方案，均利用上述計(jì)算方法對(duì)其板材的碳排放量進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 2種墻板材料碳排放量計(jì)算結(jié)果對(duì)比

從表1 可以看出，蒸壓砂加氣混凝土墻板全壽命周期的碳排放量為578.75kg，而顆粒板墻板的總碳排放量超過(guò)4500kg。所以，蒸壓砂加氣混凝土墻板更具備節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。初步證明本文提出的計(jì)算方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)蒸壓砂加氣混凝土墻板碳排放量的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸壓砂加氣混凝土墻板綠色環(huán)保性能的量化。同時(shí)，綜合其碳排放量可進(jìn)一步對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益進(jìn)行量化分析。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸壓砂加氣混凝土墻板節(jié)能性能的評(píng)價(jià)，針對(duì)這一墻板材料提出了一種全新的碳排放計(jì)算方法，并結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證了該方法的實(shí)際應(yīng)用效果。由于施工工藝會(huì)在一定程度上影響到墻板的碳排放效果，所以本文僅針對(duì)工程中常用的蒸壓砂加氣混凝土墻板施工方法進(jìn)行研究。對(duì)于創(chuàng)新性的施工方法，還需進(jìn)行更深層次的研究，以促進(jìn)碳排放計(jì)算方法的不斷優(yōu)化。