基于绿色可持续发展的装配式节能减排效益分析

王健，罗晓生，李静 （中建二局第一建筑工程有限公司，北京 100000）

0 引言

CO2排放问题一直是研究的重点与热点，其中建筑行业会产生大量的CO2，CO2的排放会造成全球气候变暖，节能减排引起我国学者广泛关注与研究。装配式建筑具有节约劳动力、生产效率高以及节能减排等优点，因此研究装配式建筑节能减排效益十分重要。

目前我国有许多学者对装配式建筑的应用进行研究，丁垚等[1]根据装配式建筑施工安全风险元网络以及贝叶斯网络构建BN-MNA 模型，从而有效、系统地评估装配式建筑施工安全风险。唐继华[2]使用BIM 技术分析装配式建筑中构件以及配件的使用，模拟施工阶段、设计阶段以及管理过程，从而提高装配式施工的施工效率与施工质量。张琳琳等[3]使用主成分分析法，对装配式建筑决策、生产运输、设计、施工装配以及销售运营5 个阶段进行分析，并提取17 项风险因素。苗泽惠等[4]应用结构方程模型，对装配式建筑施工的25 项风险因素进行分析，得到风险因素重要性排序。章俊等[5]应用层次分析法以及神经网络建立模型，评估装配式建筑供应商。李唐振昊等[6]使用Apriori 分析装配式建筑质量与各影响因素的相关性。

由上述讨论可知，目前我国对装配式建筑的研究主要为对风险因素、施工效率等方面的研究，缺少装配式建筑节能减排的分析。本文对装配式建筑节能减排进行分析，并对比传统施工与装配式建筑在主体建筑与装修施工时能源消耗、资源消耗以及污染物排放量，为装配式建筑节能减排效益研究提供理论依据与参考价值。

1 工程概况

某该装配式建筑标准层高为3m，总建筑面积为29354m2，墙体结构小部分为现浇墙体，大部分为预制墙板，结构为整体式剪力墙结构，其中预制构件有内部承重墙、外墙边缘节点与核心筒墙体等。现浇部分包括主要受力结构与主要结构。阳台采用预制叠合阳台，楼板采用预制装配式叠合板，南北外墙则使用预制装配式外墙板，在构件制作过程中完成外墙保温与饰面砖。此外，全预制构件包括部分隔板、空调板、阳台装饰、飘台以及楼梯，该建筑整体装配率为68.5%，外墙预制构件达到76.5%。

2 装配式住宅节能减排分析

2.1 节能减排效益分析

表1 为该项目和全国住宅能源消耗、资源消耗以及污染物排放总量，表中全国住宅数据为施工面积655558 万m2房地产开发行业产生的能源消耗、资源消耗以及污染物排放总量。其中装配式建筑木材与钢材消耗量减小是因为木模板使用的减少，与预制叠合板应用后解决的数量对应。

表1 该项目和全国住宅能源消耗、资源消耗以及污染物排放总量

在进行节能减排效益分析时使用资源环境绩效指数（REPI），根据国内装配式住宅经验确定目标值，REPI 计算公式如下：

式中：n为能源、资源消耗与污染物种类数；Wi为能源、资源消耗与污染物权重；xi与Xi分别代表该项目与全国住宅项目第i 种资源、能源消耗或污染物排放；g与G分别代表该项目与全干过住宅项目总产值。

能源、资源消耗与污染物权重可通过式（2）计算：

其中W’i代表影响物质的权重因子，由式（3）计算：

式中：PPI代表单位建筑面积内对i影响的资源、能源消耗或污染物排放指数。

单位建筑面积各指数基准值与目标值如表2 所示，通过多次测量取平均值得到基准值，而目标值则由专业机构算出。

表2 各指标基准组与目标值

计算各项权重因子与权重指数，并根据权重因子与权重指数计算出REPI指数，结算结果见表3。

表3 权重因子、权重指数、绩效指数及REPI指数

综合REPI 指数可由式（4）计算得到，经计算综合REPI指数为0.42。

REPI指数可以体现出建筑住宅节能减排均值，REPI指数值高说明节能减排效益差，REPI指数值低说明节能减排效益好。此项目REPI值（0.42）远低于社会平均REPI值（1.00），说明此装配式建筑节能减排效果较好。能源消耗分项REPI值为0.38，煤消耗上升是因为装配式建筑混凝土养护方式为蒸汽养护。资源消耗的REPI值为0.51，说明装配式建筑在资源节约方面效益相对较差，从单一绩效指数可以看出，木材REPI值最小，这是因为与装配式建筑相比传统施工木模板使用较少，因此会大量减少木材用量。水资源REPI值同样较小，这是因为装配式建筑混凝土养护方式为蒸汽养护，所以会大幅度减少水资源的利用。污染物REPI指数为0.15，远小于资源、能源消耗REPI指数，这是因为装配式建筑采用蒸汽养护混凝土，大量减少水资源利用，废水排放量也大幅度降低。此外，装配式建筑会减少现场施工，同样会减少废水排放。固体废弃物减少是由于装配式建筑标准生产方式。

2.2 主体建造阶段节能减排效益分析

装配式建筑建造主要包括主体施工阶段与装修阶段。其中主体建造阶段主要为工厂预制生产，材料的节约主要在用水、混凝土材料以及钢材。装配式建筑主体建造比传统住宅施工污染物排放更低。根据表1 可计算出单位建筑面积装配式建筑与传统建筑各指标数据，各指标数据见表5。由表5可知，固体垃圾与木材节省率较高分别为59.49%、50.00%，装配式建筑在油、木材、污水减排以及固体垃圾方面节能减排效益较好。

2.3 装配式建筑装修施工阶段节能减排分析

装修材料的消耗量主要与装修等级有关，因此在装配式建筑装修施工阶段节能减排主要从水能消耗、电能消耗、固体垃圾以及废水4 个方面分析，并将耗能转换为标准煤。传统建筑装修每平米会产生0.101t 垃圾，单位垃圾产生量为0.053m3，住宅耗能为15.02kW·h/m2，其中每千瓦0.405 标准煤，计算得到每平米需6.08kg 标准煤。单位面积装配式建筑与传统建筑装修能耗与污染情况如图1 所示，从图中可知，水节约量与废水排放效果显著，分别减少81.25%、82%，能耗与垃圾分别减小47.48%、40%。这是因为传统装修施工为湿作业，水资源消耗较大、污水排放较大。此外，传统装修施工产生粉尘和杂音污染。

图1 单位面积装配式建筑与传统建筑装修能耗与污染情况

3 装配式建筑节能减排方法

3.1 新型建筑节能材料的使用

新型建筑节能材料的使用可以增加建筑热环境指标，然后由负荷力学更合理地应用节能材料，将普通隔墙替换成轻质隔墙并应用保温节能墙体材料，可以有效提高保温性能，从而减小能源流失。此外还可以用非黏土砖、黏土空心砖、掺废料粘土砖以及建筑砌块等新型墙体材料。

3.2 供电与给排水节能

在供电节能方面，可以从配电竖井、线路的路径敷设以及平面线路敷设进行。根据实际情况选择合适的电缆截面和配电导线，减小线缆损耗。供配系统利用集中电容补偿，从而减小无功能耗。为了使地下空间达到照明节能和卫生条件改善的效果，可使用天窗进行自然采光。此外，还可以选用品质较好的管材，布置合理的供水管线，建筑洁具使用自动停开、限时重测的节水卫生型装置，选择具有高度密闭、优质优点的给水器具和甲阀。并且在水资源无效消耗优化方面，可使用防渗漏措施。

4 结论

此装配式建筑REPI 值（0.42）远低于社会平均REPI 值（1.00），其中能源消耗、资源消耗、污染物排放的REPI 值分别为0.38、0.51、0.15，说明此装配式建筑节能减排效果较好。

与传统施工相比，装配式建筑主体建造阶段主要为工厂预制生产，材料的节约主要在用水、混凝土材料以及钢材。装配式建筑主体建造比传统住宅施工污染物排放更低。固体垃圾与木材节省率较高分别为59.49%、50.00%，装配式建筑在油、木材、污水减排以及固体垃圾方面节能减排效益较好。

与传统施工相比，装配式建筑在装修阶段水节约量与废水排放效果显著，分别减少81.25%、82.00%，能耗与垃圾分别减小47.48%、40.00%，这是因为传统装修施工为湿作业，水资源消耗较大、污水排放较大。此外，传统装修施工还会产生粉尘和杂音污染。