装配式建筑碳核算 课件 第5章 装配式建筑碳排放量化分析

装配式建筑碳排放量化分析2025.09装配式建筑生命周期碳排放量化评价方法

装配式建筑碳排放计算

考虑时间效应的装配式建筑碳排放量化修正

目录010203装配式建筑生命周期碳排放量化评价方法11装配式建筑生命周期碳排放量化评价方法装配式建筑生命周期碳排放的量化分析是绿色低碳建筑评价的关键指标，对实现建筑业节能减排具有重要的参考价值。鉴于装配式建筑产品的特殊性，以过程分析和投入产出分析为基础，针对装配式建筑生命周期各过程提出详细的碳排放量化方法，以建立适应装配式建筑碳排放评价的理论体系。装配式建筑生命周期碳排放总量受多种因素的影响。（1）生产阶段决定了材料的性能与耗能指标；（2）设计与施工阶段，直接影响着材料消耗量以及建筑的使用性能；（3）运行阶段不仅决定了建筑能耗的高低，同时维修维护状况影响着建筑性能的衰减状态；（4）处置阶段尽管碳排放较低，但直接影响着下游的资源回收与再生，对材料生产能耗的降低有重要影响。在上述各生命周期阶段中，生产与施工阶段的碳排放一旦建筑建设完成即无法改变，因而受当前技术水平的严格限制；而建筑运行、处置与下游环节，随着能效与技术的提升，相应的碳排放水平尚可不断降低。由此，采用当前建筑运行能耗水平计算的碳排放总量可能高于建筑生命周期的实际碳排放发生量。考虑到现有量化方法的这一局限性，将提出考虑时间效应的建筑生命周期碳排放修正方法。考虑时间效应的装配式建筑碳排放量化修正2时间效应对装配式建筑生命周期碳排放的量化与减排策略制定具有重要影响。首先，温室效应的影响评价通常以100年为周期，后续运行阶段碳排放的作用时间逐渐缩短，应考虑按权重进行折减。其次，考虑到装配式建筑未来使用过程中潜在能效提高等因素的影响，按现有水平预测的结果可能高估了后续使用过程的碳排放总量。最后，新建建筑的施工活动（特别对于建设量大的发展中国家）在短期内造成集中性的碳排放，可能使得大气中的温室气体浓度突破一定的阈值，造成不可逆转的气候变化，使得后续运行节能减排无效。1考虑时间效应的装配式建筑碳排放量化修正考虑装配式建筑运行与拆除阶段延迟碳排放的持续作用时间相对较短，因而采用按作用时间加权平均的方式进行碳排放折减，相应的权重因子计算方法如下：1考虑时间效应的装配式建筑碳排放量化修正

装配式建筑碳排放计算3参照《建筑碳排放计算标准（GBT51366-2019）》，本章选择传统的工业建筑，根据第三章的方法计算碳排放；计算工业建筑用装配式建筑来建造时的碳排放；比较传统现浇建筑与装配式建筑的差别。装配式建筑碳排放计算1传统工业建筑各阶段碳排放如下工业建筑为变电站工程量，结构形式：地下钢筋混凝土结构，地上刚框架结构，建筑面积：2887m2，建筑层数为二层，建筑总高度是13.85m，耐火等级为一级，屋面防水等级为1级，抗震设防烈度为7度，设计使用年限是70年，见下图。1传统工业建筑各阶段碳排放该工程的物化阶段的碳排放量占最高，为6739251kgCO2而且碳排放在这三个阶段中占比达92%，见表5-2。其次建造阶段和运输阶段的碳排放在占比上相差不大，分别为4%和4%，碳排放量分别为291220kgCO2和264271kgCO2，相关数据见下表5-2和图5-2。数字设计、智能生、筑产业互联网、数字孪生平台、智能建造装备、模块化智造等6条产业链1传统工业建筑各阶段碳排放对物化阶段的主要建材碳排放及成本和建造阶段能源的碳排放及成本进行综合分析，主要建材的钢铁和混凝土无论在成本和碳排放量都较高。其中钢材的成本高，但是碳排放量比混凝土的碳排放量小。而混凝土的碳排放量最高，但成本比钢材低。从绿色建造的理念出发，在变电站建造过程中要增加钢材的用量，降低混凝土的用量，来达到降低碳排放的目的。注：外环为成本，内环为碳排放1传统工业建筑各阶段碳排放混凝土和钢筋是产生碳排放的主要材料，详细计算见附录2。通过分析典型变电站的单项工程发现，变电站配电装置建筑和辅助生产工程中混凝土消耗量多，产生较多碳排放，超过整体混凝土排放量的90%。主控通信楼仅包含了独立基础、基础梁、钢筋混凝土墙等，土建量较少，因此主控通信楼中混凝土碳排放量较少。配电装置建筑和辅助生产建筑的混凝土碳排放量占整体碳排放量的30%和42%；消防系统的混凝土碳排放量约为14%。220kV户内变电站中主控通信楼的混凝土碳排放量最高，约占整体混凝土碳排放量的51%；配电装置建筑和辅助生产建筑的混凝土碳排放量占整体碳排放量的20%和27%。图5-4变电站混凝土工程碳排放1传统工业建筑各阶段碳排放通过传统变电站分部分项工程混凝土碳排放分析，主变压系系统、电缆沟道、栏栅及地坪以及站区道路及广场对变电站的混凝土碳排放影响大；消防系统对变电站的混凝土碳排放影响较大。通过分析典型变电站的单项工程钢材碳排放量发现，钢材的用量相应的增加。图5-5户内变电站钢材工程碳排放1传统工业建筑各阶段碳排放通过典型变电站分部分项工程钢材碳排放分析，钢柱、钢梁、构架及设备基础以及压型钢板对变电站的混凝土碳排放影响大。站区消防系统对变电站的钢材碳排放影响较大。户内变电站主控通信楼的钢结构较复杂，工程量较多，户内变电站主控通信楼钢材碳排放量很高。户外变电站需要建设设备构支架，因此构支架及设备基础的钢材碳排放量较高。另外，在户外变电站中，围墙的工程量较高，对钢材的用量需求影响较大使辅助生产建筑的钢材碳排放大大提高。2装配式建筑的技术我国预制装配式建筑起步较晚，在节能减排和温室气体排放方面的研究尚不成熟，在数据库的建设和量化计算研究等方面与国外尚有一定差距。随着装配式建筑的不断发展，我国相关研究人员对于装配式建筑的研究不再仅仅局限于技术改造、成本控制等方面，而是开始进行装配式体系的整体效益研究。虽然对于装配式建筑的效益分析较少，但是在经济效益、环境效益等方面已经初具成果，而且目前对绿色建筑的分析也相对较多，装配式建筑作为绿色建筑中的一种可以进行借鉴。主要对装配式基础、PECF构件和围护结构进行说明。2装配式建筑的技术装配式基础（1）针对变电站装配式基础的革新，现有四种如下装配式基础：主控楼装配式基础、GIS装配式基础、主变电装配式基础和人字柱装配式基础。（2）装配式建筑综合效益指从初期决策到回收拆除的全生命周期内，在社会、环境、经济等各方面产生的综合影响力。（3）不同学者对效益的分类略有不同，大多数学者围绕经济、环境或生态、社会三方面展开；少部分学者分析安全、技术效益或直接将其归纳为其它效益，这部分效益均符合社会效益的定义，因此可列入社会效益。2装配式建筑的技术采用PECF构件原因（1）变电站模块化建设符合环保、创新、绿色发展理念，有利于提升变电站建设的质量和效率。建筑物装配式建设是变电站模块化建设核心技术之一。（2）钢结构建筑具有强度高、质量轻、延性好、抗震性强和施工周期短、环境影响小等优点。（3）国家电网有限公司明确提出，建筑物宜采用装配式钢结构，实现标准化设计、工厂化生产、智能化技术、装配式建设、机械化施工。（4）钢结构材料防火性能较差，通常在600℃左右时钢结构即会失去承载作用，而一般火场温度会高达800～1000℃，在这种情况下，裸露的钢结构会很快发生塑性变形，产生局部破坏，使其很快失去支撑能力，导致建筑物垮塌。（5）顺应国家电网公司“模块化设计、工厂化预制、装配式建设、机械化施工”的指导理念。2装配式建筑的技术PECF构件优化（1）研发新型轻质隔热混凝土，在PEC两翼缘之间填充轻质隔热混凝土一方面可以降低结构自重，使构件更加轻量化，有利于装配化施工；另一方面隔热性能更好的轻质混凝土能够更好的延缓钢构件升温速度，提高PEC柱构件耐火极限。（2）基于有机无机复合技术，改善有机发泡层的耐火稳定性，制备出水性一体化防火涂料，显著提高构件抗火性能。由此可以显著改善现有膨胀型防火涂料稳定性差、高温下产生有害气体，而非膨胀性（厚涂型）防火涂料施工复杂、建筑效果差等缺点。2装配式建筑的技术围护结构（1）主体结构型式研究：针对全户内两层建筑物变电站，研究墙板外挂对现浇钢筋混凝土结构受力性能的影响和施工便捷性；节点全螺栓连接方式研究：综合技术经济指标，研究钢结构梁柱节点全螺栓连接的方案和施工便捷性。（2）建筑物围护墙体为优化一体化纤维水泥集成墙板，减小墙板重量，进一步提升安装质量和便捷性；研究优化一体化纤维水泥复合墙板和一体化铝镁锰夹芯墙板，综合防火、防水、隔声、隔热等性能，针对不同墙体要求，编制标准化墙板方案。（3）内隔墙墙板型式研究为优化一体化纤维水泥复合墙板应用，针对不同房间功能，编制标准化墙板方案。（4）围护墙板连接方式为优化一体化纤维水泥集成墙板、一体化纤维水泥复合墙板和一体化铝镁锰夹芯墙板各节点连接方式，标准化安装方案。图5-6a一体化纤维水泥板集成墙板外墙系统构造示意图2装配式建筑的技术围护结构（5）优化装配式围墙结构、安装方式。围绕H型墙柱和墙板的高精度安装要求，优化墙柱固定方式，进一步提升安装质量和便捷性。针对需要增加隔声措施及其它特殊要求的围墙，综合受力性能和节点连接方式，研究装配式围墙的适应性。图5-6b内墙系统构造示意图3装配式建筑的不同构件碳排放计算主变电装置基础:传统主变电装置基础的碳排放量为73166kgCO2，其中混凝土的碳排放占主要部分，其碳排放量为67530kgCO2，而钢筋和钢板连接件的碳排放量分别为4550kgCO2和1085kgCO2，具体数据见下表。表5-3传统主变基础碳排放材料名称单位数量碳排放系数碳排放量kgCO2混凝土m3194346.9567530钢筋Kg25431.7894550钢板连接件Kg6061.7891085合计73166表5-4主变装配式基础碳排放材料名称单位数量碳排放系数碳排放量kgCO2预制模块化基础单元m321.67536.2411620.套筒灌浆料m30.05354.7517.7早强水泥基灌浆料m31.425730.21040.5合计

12678.63装配式建筑的不同构件碳排放计算主控楼基础:传统主控楼基础的碳排放量为88711kgCO2，其中混凝土的碳排放比钢筋的多，其碳排放量为46670kgCO2，钢筋的碳排放量次之为42041kgCO2。配电室装配式基础碳排放为69252kgCO2，其碳排放构成材料为钢筋和混凝土，这俩个材料的碳排放达33812kgCO2和35439kgCO2。具体数据见下表。表5-7传统GIS基础碳排放量（kgCO2）3装配式建筑的不同构件碳排放计算GIS基础:传统GIS基础的碳排放量为305765kgCO2见表5-7，其中混凝土的碳排放比钢筋的多，其碳排放量为287871kgCO2，钢筋的碳排放量次之为17894kgCO2。GIS装配式基础碳排放为49615kgCO2，其碳排放构成材料为钢筋和混凝土，这俩个材料的碳排放达27822kgCO2和21440kgCO2，见表5-8。GIS装配式基础比传统GIS基础低83.8%。

数量单个混凝土体积(m³)混凝土总体积单个钢材用量（kg）钢材总用量（kg）GIS基础1829.72829.7210002.29810002.298碳排放系数

346.951.789碳排放量

28787117894合计305765

表5-8GIS装配式基础碳排放量（kgCO2）

材料名称单位数量碳排放系数碳排放量kgCO2

叠合板m³33.72310.45352

钢筋kg155521.78927822

混凝土m³61.797346.9521440

合计49615

3装配式建筑的不同构件碳排放计算构架基础:传统构架基础的主要构成材料为混凝土，其用量为208.32m3整个基础的碳排放量的碳排放量为72276kgCO2，见表5-9。装配式构架基础的混凝土用量为81.68m3，远低于传统构架基础，因此装配式构架基础碳排放比传统构架基础碳排放低60.8%，仅为28338kgCO2，见表5-10。表5-9传统构架基础碳排放（kgCO2）

数量单个混凝土体积（m³）总量碳排放系数碳排放量J-1214.6629.32346.9572276J-2514.4972.45J-3219.9339.86J-4322.2366.69C30混凝土总量（m³）208.32

表5-10装配式构架基础碳排放（kgCO2）

数量单个混凝土体积（m³）总量碳排放系数碳排放量YZ-1201.60832.16346.9528338YZ-2102.86228.62YZ-连梁51.5847.92YZ-A41.4635.852YZ-B23.5647.128混凝土总量（m³）81.683装配式建筑的不同构件碳排放计算新型耐火PECF构件碳排放:传统梁的碳排放量为80116kgCO2，其中都是由钢材构成，钢材的用量为34092kg。PECF构件替换梁后碳排放量为52680kgCO2，见表5-11。传统柱的碳排放为46276kgCO2，其碳排放构成材料为钢筋和混凝土，这俩个材料的碳排放达25403kgCO2和20872kgCO2，用PECF构件替换柱后混凝土和钢筋的碳排放量均减少，分别为1712kgCO2和13254kgCO2。PECF构件碳排放比传统的梁、柱碳排放均低，从绿色建造的理念出发，应推广应用该新型构件。传统柱碳排放材料名称单位数量碳排放系数碳排放量混凝土m360.16346.9520872钢筋kg108102.3525403合计46276

pecf管柱碳排放材料名称单位数量碳排放系数碳排放量混凝土m34.935346.951712钢筋kg56402.3513254合计14966

传统梁碳排放材料名称单位数量碳排放系数碳排放量钢筋Kg340922.3580116合计80116

pecf管梁碳排放材料名称单位数量碳排放系数碳排放量混凝土m319.3725346.956721钢筋kg195572.3545958合计52680表5-12一体化纤维水泥板集成墙板的碳排放（kgCO2）3装配式建筑的不同构件碳排放计算新型墙板碳排放:（1）一体化纤维水泥板集成墙板主要材料有岩棉、钢石板和防火板，其中每平米钢石板的碳排放最高，其次为岩棉，碳排放最低为防火板，这三种主要材料每平方米碳排放分别为35.64、42.76和1.33kgCO2，该墙板每平方米碳排放为79.7kgCO2，见表5-12。一体化纤维水泥板集成墙板（单位面积碳排放）

工程量（m3）换算单位碳排放因子碳排放岩棉0.0918kg1.9835.64钢石板0.0017.85kg3.225.120.00824kg0.73517.64防火板0.01841.76kg0.0321.33632合计

79.73632表5-13一体化铝镁锰夹芯墙板的碳排放（kgCO2）3装配式建筑的不同构件碳排放计算新型墙板碳排放:（2）一体化铝镁锰夹芯墙板主要材料有夹芯板、岩棉、檩条、防火板、镀铝锌彩钢和铝镁锰外板，其中每平米檩条的碳排放最高碳排放为71.75kgCO2，其次为岩棉碳排放为67.2kgCO2，碳排放最低为防火板为1.34kgCO2，该墙板每平方米碳排放为183.07kgCO2，见表5-13。表5-14变电站建筑物内隔墙墙板的碳排放（kgCO2）3装配式建筑的不同构件碳排放计算新型墙板碳排放:（3）变电站建筑物内隔墙墙板主要材料有岩棉、轻钢龙骨和防火板，其中每平米轻钢龙骨的碳排放最高，其次为岩棉，碳排放最低为防火板，这三种主要材料每平方米碳排放分别为35.64、41和1.33kgCO2，该墙板每平方米碳排放为77.98kgCO2，见表5-14。表5-15四种基础替换前后碳排放变化对比（kgCO2）4装配式建筑技术应用的碳排放量预测四种基础的碳排放量变化，见表5-15，GIS基础变化最大，配电室基础变化最小，构架基础次之。在基础碳减排的研究中应当对配电室基础和构架基础进行进一步的优化，使其碳减排有一个明显的提升。基础碳减排的优化要从大小，设计以及材料的构成上进行综合优化。在保障其自身的建筑功能和安全的前提上进行优化。基础传统型碳排放装配式碳排放碳减排量碳减排效率主变基础73166.5912678.660487.9982.67%配电室基础88711.66925219459.621.94%GIS基础305765.465149615.4025256150.062683.77%构架基础72276.628338.943937.760.79%4装配式建筑技术应用的碳排放量预测在装配式基础中，GIS基础和构架基础可以用于户外变电站建设，主变装置基础和配电室基础可以用于户内变电站建设。在装配式基础中，GIS基础和构架基础可以用于户外变电站建设，主变装置基础和配电室基础可以用于户内变电站建设。为了预测新型装配式对变电站碳减排的影响，假设安徽省2020年现有1000座户外变电站，新建变电站每5年以百分之十五的增长率增长。根据不同比例应用GIS基础和构架基础可以带来不同程度的碳减排量。根据不同应用比例预测

，如果在未来50年内，20%的户外变电站基础应用GIS基础和构架基础，则碳减排量可达15.8%；若100%的户外变电站基础应用新型装配式基础，则碳减排量下降明显，碳减排量可达传统变电站基础的80%。为了预测新型装配式对户内变电站碳减排的影响，假设安徽省2020年现有1000座户内变电站，新建变电站每5年以百分之十五的增长率增长。4装配式建筑技术应用的碳排放量预测根据不同应用比例预测

，如果在未来50年内，20%的户内变电站基础应用新型GIS基础和构架基础，则碳减排量可达9.8%；若100%的户内变电站基础应用新型装配式基础，则碳减排量下降明显，碳减排量可达传统变电站基础的49.4%。4装配式建筑技术应用的碳排放量预测PECF构件代替传统的梁柱，不光能够优化防火性能，结构强度，钢结构的脆性破坏，混凝土的延性破坏，还能够大幅度减少碳排放量。下表整合分析了220kV变电站PECF构件替换梁柱前后碳排放量以及碳排放的变化。4装配式建筑技术应用的碳排放量预测PECF构件可以用于变电站的梁、柱建设，因此本项目分析了PECF应用的不同情景。假设现有变电站的梁、柱可以被PECF构件替换，替换的比例分别为20%、40%、60%、80%和100%。为了预测PECF构件对变电站碳减排的影响，假设安徽省2020年现有1000座220kV电站，新建变电站每5年以百分之十五增长。根据不同比例应用PECF构件可以带来不同程度的碳减排量。图5-112020年到2070年PECF构件碳减排预测4装配式建筑技术应用的碳排放量预测新型墙板代替传统的墙板，不光能够优化防火性能，结构强度，钢结构的脆性破坏，混凝土的延性破坏，还能够大幅度减少碳排放量。下表整合分析了110kV和220kV变电站（户内）新型墙板替换梁柱前后碳排放量以及碳排放的变化，分析见表5-20。表5-20传统墙板与新型墙板比较4装配式建筑技术应用的碳排放量预测变电站新型墙板可以用于变电站的墙板建设，因此本项目分析了新型墙板应用的不同情景。假设现有变电站的墙板可以被新型墙板替换，替换的比例分别为20%、40%、60%、80%和100%。为了预测新型墙板对变电站碳减排的影响，假设安徽省2020年现有1000座110kV（户内）变电站，新建变电站每5年以百分之十五增长。根据不同比例应用PECF构件可以带来不同程度的碳减排量，分析结果见表5-21。年份变电站新增数量传统墙板碳排放100%新型墙板替换碳排放80%新型墙板替换碳排放60%新型墙板替换碳排放40%新型墙板替换碳排放20%新型墙板替换碳排放20251506915000064860000657180006657600067434000682920002030173795225007458900075575700765624007754910078535800203519891450875857773508691205588046760891814659031617020402281051685069864395399948863101253774102558685103863596204526212094378211344054511494119311644184011794248711944313520503021390853501304566271321823721339081161356338611373596052055347159948152150025121152009727153994334155978940157963546206039918394037517252888917481118717709348417937578118165807820654592115314311984082232010328642036575062062821482089067892070