1、節(jié)能裝配式建筑【摘要】：住宅建設(shè)不僅投資數(shù)額大、參與主體多、施工周期長(zhǎng)，而且消耗大量的資源能源，造成環(huán)境和生態(tài)影響。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)住宅建設(shè)耗用鋼材占全國(guó)用鋼量的20%，耗用水泥占比17.6%，城市建成區(qū)30%用地用于住宅建設(shè)，城市水資源的32%在住宅中消耗。住宅能耗約占全國(guó)總能耗的20%左右。 為破解能源資源短缺矛盾，突破建筑業(yè)管理粗放和勞動(dòng)密集的開展瓶頸，我國(guó)自1999年開始推進(jìn)住宅預(yù)制裝配式開展模式。住宅預(yù)制裝配式的涵義是采用工業(yè)化生產(chǎn)方式來(lái)建造住宅，提高生產(chǎn)效率，降低本錢，減少排放。住宅預(yù)制裝配式多為預(yù)制裝配式住宅，其建造施工過(guò)程較現(xiàn)澆住宅在資源能源節(jié)約、生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面具有優(yōu)

2、勢(shì)，而預(yù)制裝配式住宅與現(xiàn)澆住宅進(jìn)行節(jié)能減排和碳排放比照測(cè)算具有重要現(xiàn)實(shí)價(jià)值。 本文結(jié)合國(guó)際能源署研究框架協(xié)議之終端用能：建筑與社區(qū)節(jié)能ANNEX57?建筑構(gòu)造過(guò)程能耗及碳排放評(píng)價(jià)?課題成果，對(duì)預(yù)制裝配與現(xiàn)澆兩種模式的節(jié)能減排進(jìn)行比擬研究，研究測(cè)算對(duì)象和框架，擬定研究模型，并在分析測(cè)算數(shù)據(jù)根底上提出建議。一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 預(yù)制裝配式住宅在歐洲、北美和亞洲日本應(yīng)用較為廣泛，開展相對(duì)成熟、完善，對(duì)預(yù)制裝配式住宅的節(jié)能減排效果也進(jìn)行了一定的研究。歐盟的ecoinvent數(shù)據(jù)庫(kù)是全球領(lǐng)先的生命周期清單數(shù)據(jù)來(lái)源。英國(guó)建筑研究所ENVEST軟件，從設(shè)計(jì)階段開始對(duì)建筑環(huán)境和資金兩個(gè)方面進(jìn)行衡量。美國(guó)環(huán)保局開

3、發(fā)的BEES的計(jì)算過(guò)程包括原材料采購(gòu)、制造、運(yùn)輸、安裝、使用、回收利用和廢物處理階段，得出環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)效益。日本建筑師學(xué)會(huì)發(fā)布?建筑物的生命周期評(píng)價(jià)指南?并開發(fā)了計(jì)算軟件。根據(jù)以上國(guó)家對(duì)建筑建造過(guò)程節(jié)能減排的研究，興旺國(guó)家對(duì)預(yù)制裝配式住宅建造階段的研究多集中于材料節(jié)約和廢棄物減量?jī)蓚€(gè)方面。 我國(guó)預(yù)制裝配式建筑節(jié)能減排和溫室氣體排放研究尚處于起步階段，在數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和量化計(jì)算研究方面與國(guó)外尚有一定差距。王志宏教授主持的“材料環(huán)境協(xié)調(diào)技術(shù)及其應(yīng)用研究取得了水泥、鋼鐵、陶瓷、建筑涂料等典型建筑材料環(huán)境影響數(shù)據(jù)。李小東等人提出基于建筑物生命周期碳排量的評(píng)價(jià)框架和方法。尚春靜等人界定了建筑生命期的碳排放

4、核算范圍，明確了物化階段包括材料生產(chǎn)、運(yùn)輸以及施工設(shè)備的能源消耗。王蘊(yùn)以萬(wàn)科工業(yè)化實(shí)驗(yàn)樓為例，分析能耗和資源損耗。諸英霞對(duì)預(yù)制裝配式建造模式較現(xiàn)澆建造模式在節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地和環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行定性分析。紀(jì)穎波從建造過(guò)程的節(jié)地、節(jié)材和使用過(guò)程的節(jié)能、節(jié)水對(duì)預(yù)制裝配式住宅優(yōu)勢(shì)進(jìn)行可預(yù)測(cè)分析。二、兩類住宅測(cè)評(píng) 方案針對(duì)預(yù)制裝配式和現(xiàn)澆方式住宅工程，對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠、商品混凝土攪拌站、預(yù)制裝配式住宅施工現(xiàn)場(chǎng)和現(xiàn)澆住宅施工現(xiàn)場(chǎng)等環(huán)節(jié)，收集建筑工程材料和能源的消耗數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)和比照研究，從資源消耗、生態(tài)破壞方面進(jìn)行分析，得出兩類住宅綜合環(huán)境效益比擬結(jié)論。1、測(cè)評(píng)工程概況 選擇京投萬(wàn)科新里程二期

5、工程，本工程位于房山區(qū)長(zhǎng)陽(yáng)鎮(zhèn)水碾屯村10-03-21地塊。地塊總用地面積為40603，容積率為2.0，地上總建筑面積81206m2。其中1#、2#、4#、5#、7#、8#六棟為產(chǎn)業(yè)化住宅，地上總建筑面積為59424。1#樓地上建筑面積8413，地上13層，建筑高度36.4m；2#、4#、5#樓地上建筑面積9243，地上12層，建筑高度33.6m；7#、8#樓地上建筑面積11641，地上15層，建筑高度42m。1#、2#、4#、5#、7#、8#樓采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，抗震等級(jí)為二級(jí)。外墻板采用預(yù)制夾心保溫外墻板，保溫板為50厚阻燃型擠塑聚苯板。鋼筋豎向連接方式采用鋼筋套筒灌漿連接。 本文

6、研究的數(shù)據(jù)及其監(jiān)測(cè)針對(duì)該工程多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層的構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝施工安裝過(guò)程。該工程產(chǎn)業(yè)化局部與現(xiàn)澆局部各方參建單位均相同，在同一施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)，防止由于管理措施、技術(shù)水平和材料供給的差異造成數(shù)據(jù)影響。2、測(cè)評(píng)內(nèi)容 將預(yù)制裝配式和現(xiàn)澆住宅在制作方式、施工工藝上存在差異的部件作為重點(diǎn)比擬對(duì)象，包括外墻、樓板、樓梯、陽(yáng)臺(tái)、飄窗、空調(diào)板和陽(yáng)臺(tái)裝飾板。確定預(yù)制裝配式住宅評(píng)價(jià)范圍包括預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)、施工安裝?，F(xiàn)澆住宅評(píng)價(jià)范圍包括材料加工過(guò)程如商品混凝土攪拌和現(xiàn)場(chǎng)施工安裝過(guò)程。3、測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)分析 設(shè)計(jì)方和施工方對(duì)住宅施工影響責(zé)任有所不同。各類主要建筑材料由設(shè)計(jì)方?jīng)Q定，施工方?jīng)Q定影響因素包括：非投入結(jié)構(gòu)的鋼材、木材

7、、水資源等施工輔助材料；施工機(jī)械設(shè)備運(yùn)行消耗的汽油、柴油、電等能源消耗；施工過(guò)程產(chǎn)生的各類固體廢棄物。上述兩局部構(gòu)成根底數(shù)據(jù)收集資料。設(shè)計(jì)環(huán)境數(shù)據(jù)可通過(guò)設(shè)計(jì)文件獲取，施工環(huán)境影響數(shù)據(jù)可通過(guò)對(duì)構(gòu)件生產(chǎn)工藝、現(xiàn)場(chǎng)裝配工序進(jìn)行系統(tǒng)分級(jí)和單元過(guò)程分解來(lái)進(jìn)行收集。 具體包括： 建筑材料和構(gòu)配件使用量：各類建筑材料、部品、構(gòu)配件的投入量。 施工輔助材料及構(gòu)配件：由施工方案確定的、非投入于結(jié)構(gòu)中的鋼材、木材、施工安裝及外裝修周轉(zhuǎn)材料的消耗量等。 資源及能源消耗：施工運(yùn)輸、安裝及外裝修過(guò)程中消耗的水資源及各類機(jī)械運(yùn)行消耗的汽油、柴油、電等。 固體廢棄物：由于施工灑落、切割、撤除、丟棄、損壞產(chǎn)生的各類固體廢棄物

8、。 大氣排放：施工機(jī)械運(yùn)行、各類能源消耗引起的有害氣體排放。4、測(cè)評(píng)布點(diǎn) 設(shè)立四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠、商品混凝土攪拌站、預(yù)制裝配式住宅施工現(xiàn)場(chǎng)和現(xiàn)澆住宅施工現(xiàn)場(chǎng)。 制構(gòu)件生產(chǎn)廠：資源消耗包括水資源和各類材料的消耗。能源消耗包括生產(chǎn)設(shè)備耗油量和耗電量。水資源消耗通過(guò)生產(chǎn)水表計(jì)量和工作量測(cè)算相結(jié)合的方法測(cè)量；各類一次性投入材料的消耗量通過(guò)工程量清單和材料投入清單獲得。 商品混凝土攪拌站：資源消耗包括水資源和各類材料消耗。能源消耗包括生產(chǎn)設(shè)備的耗油量和耗電量。水資源消耗量根據(jù)廠方生產(chǎn)記錄確定；各類一次性投入材料的消耗量通過(guò)工程量清單和材料投入清單獲得。 預(yù)制裝配式住宅施工現(xiàn)場(chǎng)：消耗主要包括水資源

9、消耗以及各類施工輔助材料、構(gòu)配件和周轉(zhuǎn)材料的消耗量。能源消耗包括各類施工機(jī)械的耗油量和耗電量。水資源的消耗量通過(guò)生產(chǎn)水表計(jì)量和工作量測(cè)算相結(jié)合的方法測(cè)量；各類一次性投入材料的消耗量通過(guò)工程量清單和材料投入清單獲得。 現(xiàn)澆住宅施工現(xiàn)場(chǎng)：資源消耗包括水資源消耗以及各類施工輔助材料、構(gòu)配件和周轉(zhuǎn)材料的消耗量。能源消耗包括各類施工機(jī)械的耗油量和耗電量。水資源的消耗量通過(guò)生產(chǎn)水表計(jì)量和工作量測(cè)算相結(jié)合的方法測(cè)量。依托測(cè)評(píng)方案進(jìn)行分析比擬，找出我國(guó)預(yù)制裝配式住宅開展尚需改良之處。本測(cè)評(píng)不涉及住宅使用和撤除階段，也不包括施工人員生活能耗和生活垃圾。三、兩類住宅材料消耗比擬分析 按照鋼筋工程、混凝土工程、模板

10、工程、運(yùn)輸工程和外裝修工程分類統(tǒng)計(jì)，得出兩種不同建造模式住宅主要材料消耗量。各類數(shù)據(jù)按照單位面積消耗量測(cè)算。1、鋼筋工程資源、能源消耗量分析 資源消耗 包括構(gòu)成工程實(shí)體的結(jié)構(gòu)鋼筋用量、施工過(guò)程中措施鋼筋和鋼質(zhì)預(yù)埋件的投入量。 能源消耗 包括結(jié)構(gòu)鋼筋、措施鋼筋的加工耗電量以及鋼質(zhì)預(yù)埋件的加工、安裝耗電量。 鋼筋工程資源、能源消耗見表1。 鋼筋工程資源、能源消耗數(shù)據(jù)表2、混凝土工程資源、能源消耗量分析 資源消耗 包括預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土的消耗量；水資源消耗量包括現(xiàn)澆混凝土和預(yù)制構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)用水量以及施工機(jī)具的清洗用水量。 能源消耗 主要包括混凝土澆筑過(guò)程中的空壓機(jī)和振搗器的耗電量、混凝土泵送

11、車的耗油量、預(yù)制構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)鍋爐耗煤量。為便于比擬，將各類能源折算為標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量。 混凝土工程資源、能源消耗見表2。 混凝土工程資源、能源消耗數(shù)據(jù)表 混凝土消耗方面：由于預(yù)制裝配式預(yù)制外強(qiáng)采用夾心保溫，墻體增加了50mm厚的混凝土保護(hù)層，而現(xiàn)澆住宅采用外墻粘貼保溫板方式，只需10mm砂漿保護(hù)層。因此預(yù)制裝配式住宅較現(xiàn)澆住宅混凝土用量偏大。 水資源消耗方面：由于構(gòu)件廠在生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件時(shí)采用的蒸汽養(yǎng)護(hù)，能較好控制養(yǎng)護(hù)時(shí)間和輸氣量，而施工現(xiàn)場(chǎng)采用人工澆水養(yǎng)護(hù)，用水量較難控制。因此，現(xiàn)澆模式平均用水量偏多。 能源消耗方面：1耗油量。施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑依靠混凝土泵送車，而預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)不產(chǎn)生油耗，因此現(xiàn)澆工

12、程耗油量偏高。2耗電量。耗電量主要來(lái)自空壓機(jī)和振搗器。空壓機(jī)主要用于混凝土澆筑之前的模板清理。預(yù)制裝配式住宅混凝土用量要高于現(xiàn)澆住宅，振搗器工作時(shí)間較長(zhǎng)，耗電量較大。所以，預(yù)制裝配式住宅混凝土工程耗電量偏高。3耗煤量。因預(yù)制構(gòu)件需蒸汽養(yǎng)護(hù)，所以預(yù)制裝配式住宅混凝土工程耗煤量高于現(xiàn)澆住宅。3、模板工程資源、能源消耗量分析 模板工程分為木模板工程和鋼模板工程兩局部。前者包括木質(zhì)模板和木方消耗量，后者包括鋼質(zhì)模板及鋼質(zhì)輔助桿件、扣件消耗量。模版工程資源、能源消耗見表3。 測(cè)評(píng)工程中木模板周轉(zhuǎn)次數(shù)約為3。鋼模板在現(xiàn)場(chǎng)施工中循環(huán)次數(shù)較多，根據(jù)全國(guó)統(tǒng)一建筑工程根底定額編制說(shuō)明，大鋼模板周轉(zhuǎn)次數(shù)為200次，

13、組合式鋼模板由不同構(gòu)件組成，主要構(gòu)件周轉(zhuǎn)次數(shù)為50120次，考慮未來(lái)構(gòu)件鋼模板周轉(zhuǎn)次數(shù)會(huì)增加，本研究將構(gòu)件廠和施工現(xiàn)場(chǎng)的鋼模板周轉(zhuǎn)次數(shù)均設(shè)定為100次。 模版工程資源、能源消耗數(shù)據(jù) 一是預(yù)制構(gòu)件減少了預(yù)制裝配式住宅的木模板用量。預(yù)制構(gòu)件制作全部使用鋼模板，且構(gòu)件安裝需要大量支撐桿件，導(dǎo)致預(yù)制裝配式住宅鋼模板用量高于現(xiàn)澆住宅。 二是預(yù)制裝配式住宅由于木模板用量較現(xiàn)澆住宅少，木模板的加工能耗少,能耗節(jié)省優(yōu)勢(shì)明顯。同時(shí)，由于預(yù)制裝配式住宅鋼模板用量較現(xiàn)澆住宅大，因此鋼模板的加工能耗較高。4、外裝修工程 外裝修工程主要是保溫施工。 根據(jù)帕累托80%原那么，測(cè)算對(duì)象主要包括保溫板、砂漿、粘結(jié)材料等。預(yù)制

14、裝配式住宅外墻夾心保溫與結(jié)構(gòu)使用壽命相同，為50年，而現(xiàn)澆住宅外墻外保溫設(shè)計(jì)使用年限為25年。在計(jì)算中，取現(xiàn)澆住宅保溫材料用量和施工能耗的兩倍與預(yù)制裝配式住宅進(jìn)行比照。外裝修工程資源、能源消耗見表4。 外裝修工程資源、能源消耗數(shù)據(jù) 一是現(xiàn)澆外墻外保溫采用EPS保溫板，而預(yù)制構(gòu)件夾心保溫采用XPS保溫板。由于XPS板厚度50mm小于EPS板厚度80mm，而兩種板容重相近，因此預(yù)制裝配式住宅保溫板用量較少。 二是預(yù)制外墻XPS保溫板通過(guò)阻熱性能非常好的玻璃纖維連接件和結(jié)構(gòu)混凝土連接在一起，不需粘接材料，同時(shí)混凝土保護(hù)層代替砂漿保護(hù)層，因此，預(yù)制裝配式住宅保溫板粘結(jié)材料和砂漿的用量較少。 三是現(xiàn)澆住

15、宅外保溫施工電動(dòng)吊籃需要耗電，而預(yù)制構(gòu)件保溫板人工鋪貼，不產(chǎn)生耗電量。 預(yù)制裝配式住宅保溫板、粘結(jié)材料、砂漿節(jié)省量和耗電量方面優(yōu)勢(shì)明顯。5、運(yùn)輸工程 運(yùn)輸工程分為場(chǎng)外運(yùn)輸和場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸。 場(chǎng)外運(yùn)輸 包含各類建筑材料和構(gòu)配件的運(yùn)輸，由于場(chǎng)外運(yùn)輸能耗與貨物產(chǎn)地、運(yùn)輸路線、載重量、司機(jī)習(xí)慣關(guān)系密切，故測(cè)評(píng)不考慮場(chǎng)外運(yùn)輸。 場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸 主要包括構(gòu)件廠龍門吊運(yùn)行和施工現(xiàn)場(chǎng)塔吊運(yùn)行耗電量。預(yù)制裝配式住宅多為大型構(gòu)件吊裝，而現(xiàn)澆住宅施工往往是將鋼筋、混凝土等材料屢次吊裝，增加塔吊平移和空載升降次數(shù)，所以，現(xiàn)澆住宅塔吊用電量較預(yù)制裝配式住宅明顯增高。 運(yùn)輸工程資源、能源消耗見表5。 運(yùn)輸工程資源、能源消耗數(shù)據(jù)6、施

16、工廢棄物 混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)建造廢棄物包括鋼材、木材、混凝土塊、砂漿、保溫材料等。本測(cè)評(píng)只對(duì)廢棄鋼材、混凝土、砂漿、保溫材料進(jìn)行測(cè)算。施工廢棄物數(shù)據(jù)見表6。 一是鋼材廢棄物主要包括鋼筋截料和破損扣件兩局部。預(yù)制構(gòu)件廠對(duì)鋼筋截料回收后用于預(yù)埋件制作，所以，預(yù)制裝配式住宅鋼筋廢棄量低于現(xiàn)澆住宅。 二是預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程混凝土損耗量很小，混凝土廢棄量低于現(xiàn)澆住宅。 三是砂漿廢棄主要來(lái)自施工現(xiàn)場(chǎng)的外墻外保溫施工，現(xiàn)澆住宅砂漿廢棄量較大。 四是由于豎向施工操作面復(fù)雜、材料保護(hù)、工人操作水平和環(huán)保意識(shí)等不到位，導(dǎo)致現(xiàn)澆住宅保溫板廢棄量較大。如表6所示。 施工廢棄物數(shù)據(jù)表四、建造階段碳排放比擬 綜合環(huán)境影響評(píng)價(jià)

17、因素包括氣候變暖、臭氧層破壞、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化等多個(gè)方面。本文重點(diǎn)針對(duì)碳排放影響因子進(jìn)行數(shù)據(jù)比擬。將現(xiàn)澆住宅和預(yù)制裝配式住宅單位面積物資能源消耗，統(tǒng)一折算為碳排放指標(biāo)，如表7所示。 碳排放數(shù)據(jù)表五、結(jié)論和建議1、研究結(jié)論1材料消耗 一是預(yù)制裝配式住宅措施鋼筋用量偏少，但構(gòu)件預(yù)埋件偏高。綜合計(jì)算，預(yù)制裝配式住宅鋼材用量略有節(jié)省。預(yù)制裝配式住宅總鋼材加工能耗節(jié)約優(yōu)勢(shì)不明顯。假設(shè)提高構(gòu)配件標(biāo)準(zhǔn)化水平和構(gòu)件廠鋼模板周轉(zhuǎn)次數(shù)，可有效降低預(yù)制裝配式住宅鋼材消耗量。 二是預(yù)制裝配式住宅比現(xiàn)澆住宅外墻增加50mm的混凝土保護(hù)層，導(dǎo)致預(yù)制裝配式住宅單位平方米混凝土用量較現(xiàn)澆住宅高。 三是預(yù)制裝配式住宅在生產(chǎn)過(guò)程中

18、采用周轉(zhuǎn)次數(shù)高的鋼模板替代木模板，同時(shí)疊合板起到模板作用，較大程度節(jié)約了木模版。如提高構(gòu)件預(yù)制率會(huì)更大幅度地節(jié)省木材。 四是預(yù)制裝配式住宅采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，水用量控制嚴(yán)謹(jǐn)，比現(xiàn)澆模式節(jié)約水資源。 五是砂漿消耗。預(yù)制裝配式住宅不需要砂漿及粘結(jié)材料。假設(shè)提高外墻預(yù)制率，可進(jìn)一步節(jié)省此類材料用量。 六是保溫材料消耗。預(yù)制裝配式住宅夾心保溫材料壽命遠(yuǎn)高于現(xiàn)澆住宅；同時(shí)，外保溫板材較薄，可有效節(jié)約保溫板用量。2能源消耗 電耗方面 主要在四個(gè)方面有區(qū)別。 一是在場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸方面，電耗差異最主要來(lái)源為運(yùn)輸工程的塔吊使用。預(yù)制裝配式住宅多是大型構(gòu)件吊裝，而現(xiàn)澆住宅是將鋼筋、混凝土等各類材料分屢次吊裝，現(xiàn)澆住宅塔吊用電量偏多。 二是在裝修工程方面，預(yù)制裝配式住宅預(yù)制外墻采用夾心保溫，不需要使用電動(dòng)吊籃。 三是現(xiàn)澆住宅木模板使用量大，加工能耗增加。 四是混凝土工程中預(yù)制裝配式住宅混凝土消耗量較大，空壓機(jī)振搗器工作量較大，耗電量增加。 所以，現(xiàn)澆住宅比預(yù)制裝配住宅耗電量增加較大。油耗和煤耗方面 現(xiàn)澆住宅混凝土澆筑使用泵車進(jìn)行垂直向上澆筑，需要消耗大量柴油。而預(yù)制裝配式住宅現(xiàn)場(chǎng)吊裝主要是消耗電能。預(yù)制裝配式住宅預(yù)制構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)中鍋爐運(yùn)行消耗煤，現(xiàn)澆住宅采用自來(lái)水養(yǎng)護(hù)，不消