装配式建筑碳排放量核算与减排策略研究综述

作者：张思凡，杨晖，汤小芳，崔哲，佟雨柔

第一作者单位：北京建筑大学供热、供燃气、通风及空调工程北京市重点实验室

摘自《煤气与热力》2024年3月刊

参考文献示例

张思凡，杨晖，汤小芳，等. 装配式建筑碳排放量核算与减排策略研究综述［J］. 煤气与热力，2024，44（3）：A11-A16.

1 概述

近年来，全球气候变暖逐渐成为世界范围内广泛关注的问题。建筑业、工业和交通运输业是主要能源消耗领域，其中建筑业能耗占全球能耗的30%～40%［1］。推动建筑工业化转型升级是降低建筑能源消耗、减少建筑业的碳排放的重要途径，对推动社会节能减排、缓解气候变暖有着至关重要的意义。

建筑工业化包括工业化现浇体系、钢结构体系与预制装配式体系，其中预制装配式体系是建筑工业化的主要代表［2］。装配式建筑是指在工厂中预制化生产建筑所需配件和构件，再运输到建筑施工现场进行安装形成的建筑产品［3］，装配式建造方式是以标准化设计、构件及配件工厂化生产、现场装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用为特征的绿色环保、节能减排的建造方式［4］。

Fortuna等［5］对比了传统建筑和装配式建筑施工工艺，发现装配式建筑产生的碳排放较低。一些学者［6-13］对具体装配式建筑全生命周期内的碳排放进行研究，研究表明装配式建筑因采用工厂化的生产方式，与传统现浇建筑相比具有能耗少、施工期短、碳排放量低、环保性能高等众多优势，采用装配式预制施工方式是减少碳排放的有效方案。近年来，装配式建筑每年新建面积不断增加。2021年，全国新建装配式建筑面积达到7.4×108 m2，占新建建筑比例24.5%［14］，因此有效碳减排策略可以使装配式建筑的碳排放效益得到进一步提升，进而降低建筑领域的碳排放量。

随着装配式建筑发展，越来越多的学者对装配式建筑的碳排放进行了相关研究，但现有相关研究较为分散，因此，理清装配式建筑碳排放的影响因素，明晰装配式建筑减碳路径对于建筑节能减碳有重要意义。本文以装配式建筑、预制建筑、碳排放、碳排放权交易为中文关键词，以prefabricated buildings、carbon emissions、carbon emissions trading为英文关键词，在中国知网数据库、EI数据库和SCI数据库进行检索，筛选获取相关中文期刊论文与学位论文224篇，相关英文期刊论文101篇，重点对近10年来发表的相关文献进行综合回顾，梳理和总结装配式建筑碳排放计算方法、减排策略，以期为建筑领域节能减碳提供参考。

2 装配式建筑碳排放量核算

准确核算装配式建筑碳排放量是有效减少建筑物碳排放、合理分配建筑物能源使用的必然要求，碳排放量核算为研究装配建筑碳排放的影响因素提供了分析的基础。装配式建筑全生命周期内的碳排放研究能够为其碳减排工作提供更加充分的研究基础［15-23］，因此本文从装配式建筑全生命周期各阶段碳排放进行分析。

装配式建筑全生命周期内的碳排放测算范围包括物化阶段、运营阶段、拆除阶段产生的碳排放［4］，其中装配式建筑物化阶段的碳排放又分为建筑材料的生产和运输阶段、预制构件的生产和运输阶段、建筑施工阶段的碳排放。装配式建筑全过程碳排放阶段划分见图1。

图1 装配式建筑全过程碳排放阶段划分

目前，还没有较为明确的装配式建筑碳排放计算方法，国际上较为认可的建筑物碳排放量的计算方法主要有实测法、物料衡算法、排放因子法［24］。

①实测法

实测法直接基于实地观测和测量获得基础数据，将其汇总计算得到相关碳排放量。实测法在测量和计算时必须符合相关规定，否则所得数据无效［25］。实测法是一种通过直接对环境中的样本进行测试来获取数据的方法，具有中间环节少、精度高、数据准确的优点［26］。然而，实测法工作量大、检测条件相对较为苛刻、适用范围较窄［13，27］，而且成本相对较高。

②物料衡算法

物料衡算法是一种定量分析的方法，遵循质量守恒定律，即原料的质量等于原料残余与排放物质的质量之和［24］。物料衡算法需要全面研究建筑物全生命周期，从生产源头直至最后处理，涉及各种行业各种工艺。物料衡算法可以通过对物质的衡量和计算来反映实际排放情况，其优点是可以反映发生地的实际排放，结果精度高。但物料衡算法存在统计误差大、对数据需求较多、工作量较大的缺点［24］。

③排放因子法

排放因子法是根据每种排放源建立其活动数据和其对应的碳排放因子，投入的每种能源使用量和其对应的碳排放因子相乘即为碳排放量估算值［26］。排放因子法简单明确，它利用已有的公式和碳排放因子数据库进行计算［26］，具有实用性强的优点。然而，由于不同生产状况、技术水平、能源水平等因素，会导致碳排放因子在不同情况下存在较大差异。

3种计算方法中，排放因子法相对来说易于理解、便于计算，并且通过国内外学者、权威组织和机构的调研整理已经得到了较为成熟的碳排放因子数据库，是目前研究和规范中最为常用的方法。

3 装配式建筑减排策略研究

3.1 建筑技术层面减排策略

基于建筑全生命周期角度对建筑技术层面进行分析，包括建筑物化阶段、运营阶段、拆除阶段的各个环节，研究各个阶段的碳排放影响因素，探讨技术层面减排路径，包括设计创新、材料优化、市场管理等方面，有利于加强对碳排放量的控制［28-33］。

高宇［17］基于全生命周期理论，构建装配式建筑的评价模型，识别各个阶段碳排放的影响因素，得出构件生产时的原材料消耗是物化阶段的碳排放量的主要来源。郑晓云等［15］通过分析装配式建筑全生命周期内的碳排放，归纳识别其各个阶段的碳排放来源，研究结果表明，运营阶段是装配式建筑全生命周期中碳排放量最高的阶段。赵愈等［31］通过研究分析装配式建筑碳排放的23个影响因素，得到建筑材料和能源消耗是装配式建筑物化阶段碳排放的主要来源。明确各阶段碳排放来源，分析总结装配式建筑碳减排措施对推动装配式建筑降低碳排放有重要帮助。

①设计阶段

设计阶段是降低建筑碳排放的重要的环节。采用节能设计，在设计中运用高效节能建筑设计理念，优化调整施工工艺和施工方案，尽可能采用被动太阳能设计、遮阳板、热反射外墙涂层、屋顶绿化、生物质能源等节能设计方法。优化建筑外墙保温层，采用高效隔热材料，尽量选用低碳建筑材料。建筑中80%的碳来自结构材料，选择低碳建筑材料能够有效降低碳排放［8］。同时预制构件使用能减少施工阶段建筑材料浪费。

②建筑材料生产阶段

在此阶段可以优先选择低碳排放材料，建立材料生产的碳足迹追踪系统，并选择符合碳排放标准的材料供应商，可参考相关的碳排放认证体系，如LEED和BREEAM体系等，确保材料的生产过程符合低碳要求。使用可再生材料、回收再利用材料以及经过环境认证的绿色建筑材料，这些材料在生产过程中会产生较低碳排放，有助于减少装配式建筑碳足迹，以及通过改进生产工艺和技术，减少材料生产过程中的能源消耗和碳排放。例如，采用改进电能转换技术［16］，以一次能源为原料，提高能源利用率。

③建筑材料运输阶段

合理规划和组织装配式建筑材料运输，优化材料的装载。制定最优化的运输路线，选择较短、更高效的路径，缩短运输距离和时间，从而降低碳排放。优先选择环保的运输方式，如海运、铁路或内陆水运，以减少更高碳排放的空运或公路运输。

④预制构件生产阶段

改进和优化预制构件的生产工艺，采用高效的生产技术和设备。例如，采用先进的制造技术，如数控机械加工和自动化生产线，提高生产效率和能源利用效率。在预制构件的生产过程中，鼓励遵循循环经济的原则。例如，通过回收和再利用废弃材料和废料，减少对原材料的需求，降低资源消耗和碳排放。在预制构件的生产过程中，尽量使用清洁能源来供电，如太阳能、风能或水能等，这可以减少传统能源的使用量，降低碳排放。

⑤预制构件运输阶段

制定最优化运输计划，选择合适的运输工具，缩短运输距离和时间，从而降低碳排放。优化装载方式和材料分配，充分利用运输工具装载空间，提高材料的装载率。减少空运和分散运输，采取集中配送或批量运输的方式，降低运输成本和碳排放。

⑥建筑施工阶段

制定合理的施工计划，以最短施工时间和最少资源消耗，减少施工期间的能源消耗和碳排放。合理安排现场施工顺序和工作流程，避免不必要的往返运输和重复操作。在施工现场使用节能设备和工具，如节能照明设备、高效利用能源的施工机械和设备等，尽可能标准化和工业化生产预制构件，减少施工操作过程，加强施工现场管理。

⑦运营阶段

使用低能耗、环保的电器设备，对设备和系统进行定期维护和保养，确保其运行高效。合理设置设备工作参数，提高能源利用效率，减少能源消耗和碳排放。鼓励居民和使用者采取低碳生活方式，增强用户的节能减排意识。

⑧拆除阶段

在建筑拆除过程中，优先拆卸与回收可再利用的构件和材料。用拆解代替拆除，通过回收利用，可以减少新材料生产，并减少建筑垃圾，进而降低碳排放。将拆除产生的废弃物进行分类处理，以便最大程度地回收和利用。通过正确处理废弃物，减少填埋和焚烧，以减少环境污染和碳排放。

3.2 政府及市场协同管理减排策略

除了在装配式建筑全生命周期的各个阶段进行技术层面减排，政府以及碳排放交易市场协同管理对于装配式建筑碳排放影响也十分重要［32-34］。政府通过制定相关政策，引导市场和社会各方面在特定方向上行动。相较于传统的强制性碳管制政策，政府和市场协同管理引起了学者们的广泛关注。Ding等［35］认为装配式建筑的可持续发展是一个复杂而模糊的问题，因此，要实现装配式建筑的可持续发展，就必须系统地考虑其综合效益，要借助政府的力量，推行相关绿色政策。李东芳等［36］提到我国近年来建筑行业高速发展，建筑能耗也大幅度增加，建筑减排任务艰巨，仅仅依靠政府或者是相关法律是完全不够的，需要利用市场机制来进行调节，从而更好地进行节能减排工作。一些学者［37-39］研究发现，就现阶段而言，同实际情况相结合，应该将碳税和碳交易结合起来实施，在制度方面刺激企业减排。一些学者［40-43］借鉴已有的经验，结合我国建筑行业的实际状况进行研究，认为推进碳排放权交易市场机制十分必要。利用市场机制并进行碳排放权交易，可以有效控制和减少二氧化碳排放，这一方式已经逐渐成为国内外应对气候变化的主流方式之一［33］。

建筑碳排放交易市场是指当今全球温室气体排放产生的碳排放量有限制的情况下，政府设立的一种碳排放配额市场。通过市场机制合理配置碳排放权，可以降低减排成本，从而控制温室气体排放［44］。基本原理是：政府规定特定企业在单位时间或单位产出中最多可以排放温室气体量，这就是企业获得排放配额的类型和总量。如果某个企业在特定时间内的碳排放量超出了政府规定的配额，他们就需要在碳排放配额市场上进行碳交易，并支付相应的税费，若购买碳配额的成本高于降低碳排放的成本，就会激励企业通过技术手段降低碳排放，从而达到碳减排的目的［45］。企业拥有更多的碳配额后，他们可以选择将剩余的碳配额放置在建筑碳交易市场进行交易，从中获得经济利益。这为企业提供了进一步采取建筑节能减排策略和更新设备等措施来获取更多的碳配额的动力［34］。

通过政府及市场协同管理可以激励企业降低碳排放，具体如下。

①推进低碳技术应用

在政府制定低碳、绿色产业政策的支持下，装配式建筑企业可以在建筑设计、材料选择、生产制造和管理等各个环节推进低碳、绿色技术的应用，降低碳排放量，提高生产效率和品质。

②加大政府扶持力度

政府可以增加装配式建筑减碳相关的资金补贴和财政支持，用于项目建设和技术研发。这包括直接资金投入、低利率贷款、税收优惠和奖励等，帮助企业降低成本、提高竞争力，推动装配式建筑减碳技术的应用和推广。

③实行建筑碳排放配额交易制度

政府可以通过限制装配式建筑企业的碳排放配额，从而引导企业降低碳排放。企业如果在建设项目所需碳排量超过其拥有的碳排放配额，就需要在碳交易市场上购买附加的碳排放配额，同时也会承担额外的成本。较高的碳排放价格可以促使企业高度重视降低各个环节的碳排放量，激励企业更加积极地进行碳减排，推动装配式建筑企业降低碳排放，加速实现低碳、绿色建设。

④加强行业标准化管理

在政府建立的碳排放配额市场的监管下，建立一系列行业的碳排放标准，引导装配式建筑企业加强标准化管理，优化工艺和流程，切实降低碳排放。

总的来说，借助政府及市场协同管理，引导企业加大低碳技术的研发和应用，有助于减少装配式建筑的碳排放，实现低成本减碳［32］。增强企业的环保意识和减排意识，并推动装配式建筑产业的绿色转型和可持续发展。政府及市场协同管理可以有效地控制温室气体排放，实现减排目标。

4 存在的问题

①数据和评估方法不完善

装配式建筑碳排放的研究需要准确的数据支持和可靠的评估方法。然而，目前关于装配式建筑碳排放的数据集不完善，且缺乏统一的评估方法和标准，导致研究结果的可比性和准确性有限。

②宏观管理不足

装配式建筑碳排放涉及政府、企业和市场等多个主体的协同管理。然而，目前宏观管理层面的政策和规划还不够完善，缺乏一套全面的政策框架和战略指导，限制了装配式建筑碳排放管理的有效性和全面性。

③对碳排放问题认识不足

公众对于装配式建筑碳排放问题的认识还相对较浅，缺乏足够的关注和理解。需要加强相关宣传，提高公众对于碳排放问题的认识和意识，从而推动社会各方面共同参与减排工作。

5 结束语

装配式建筑的发展对于建筑行业的转型升级和低碳化发展具有重要意义。随着规模扩大，装配式建筑的减排效果逐渐显现，并与传统建筑碳排放差距越来越大。为了有效减少碳排放量，需要准确核算装配式建筑的碳排放，并进行全生命周期的碳排放分析，以制定相应的减排策略。

目前，国际上常用的建筑物碳排放计算方法中排放因子法最为常用。通过在建筑技术层面上的减排措施以及政府和市场的协同引导，可以有效降低装配式建筑的碳排放，推动可持续发展并实现国家的减排目标。

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（责任编辑：何雯丽）