裝配式建筑到底有多節(jié)能？實測項目數(shù)據(jù)告訴你！
前 言：住宅建設不僅投資數(shù)額大、參與主體多、施工周期長，而且消耗大量的資源能源，造成環(huán)境和生態(tài)影響。據(jù)國家統(tǒng)計資料顯示，我國住宅建設耗用鋼材占全國用鋼量的20%，耗用水泥占比17.6%，城市建成區(qū)30%用地用于住宅建設，城市水資源的32%在住宅中消耗。住宅能耗約占全國總能耗的20%左右。
為破解能源資源短缺矛盾，我國開始推進預制裝配式發(fā)展模式，提高生產(chǎn)效率，降低成本，減少排放，其建造施工過程較現(xiàn)澆住宅在資源能源節(jié)約、生態(tài)環(huán)境保護方面具有優(yōu)勢，而預制裝配式住宅與現(xiàn)澆住宅進行節(jié)能減排和碳排放對比測算具有重要現(xiàn)實價值。
本文結(jié)合國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)造過程能耗及碳排放評價》課題成果，對預制裝配與現(xiàn)澆兩種模式的節(jié)能減排進行比較研究，研究測算對象和框架，擬定研究模型，并在分析測算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上提出建議。
1、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
預制裝配式住宅在歐洲、北美和亞洲日本應用較為廣泛，發(fā)展相對成熟、完善，對預制裝配式住宅的節(jié)能減排效果也進行了一定的研究。歐盟的ecoinvent數(shù)據(jù)庫是全球領(lǐng)先的生命周期清單數(shù)據(jù)來源。英國建筑研究所ENVEST軟件，從設計階段開始對建筑環(huán)境和資金兩個方面進行衡量。美國環(huán)保局開發(fā)的BEES的計算過程包括原材料采購、制造、運輸、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)濟效益。日本建筑師學會發(fā)布《建筑物的生命周期評價指南》并開發(fā)了計算軟件。根據(jù)以上國家對建筑建造過程節(jié)能減排的研究，發(fā)達國家對預制裝配式住宅建造階段的研究多集中于材料節(jié)約和廢棄物減量兩個方面。
我國預制裝配式建筑節(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)庫建設和量化計算研究方面與國外尚有一定差距。
2、兩類住宅測評
方案針對預制裝配式和現(xiàn)澆方式住宅項目，對預制構(gòu)件生產(chǎn)廠、商品混凝土攪拌站、預制裝配式住宅施工現(xiàn)場和現(xiàn)澆住宅施工現(xiàn)場等環(huán)節(jié)，收集建筑工程材料和能源的消耗數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分類統(tǒng)計和對比研究，從資源消耗、生態(tài)破壞方面進行分析，得出兩類住宅綜合環(huán)境效益比較結(jié)論。
1、測評項目概況
北京某項目：地塊總用地面積為40603?O，容積率為2.0，地上總建筑面積81206m2。1#樓地上建筑面積8413?O，建筑高度36.4m；2#、4#、5#樓地上建筑面積9243?O，建筑高度33.6m；7#、8#樓地上建筑面積11641?O，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，抗震等級為二級。外墻板采用預制夾心保溫外墻板，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。
2、測評內(nèi)容
將預制裝配式和現(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比較對象，包括外墻、樓板、樓梯、陽臺、飄窗、空調(diào)板和陽臺裝飾板。確定預制裝配式住宅評價范圍包括預制構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)、施工安裝。現(xiàn)澆住宅評價范圍包括材料加工過程（如商品混凝土攪拌）和現(xiàn)場施工安裝過程。
3、測評數(shù)據(jù)分析
具體包括：a、建筑材料和構(gòu)配件使用量
b、施工輔助材料及構(gòu)配件c、資源及能源消耗d、固體廢棄物
e、大氣排放
4、測評布點
設立四個監(jiān)測點：a、預制構(gòu)件生產(chǎn)廠b、商品混凝土攪拌站c、預制裝配式住宅施工現(xiàn)場d、現(xiàn)澆住宅施工現(xiàn)場3、兩類住宅材料消耗比較分析
按照鋼筋工程、混凝土工程、模板工程、運輸工程和外裝修工程分類統(tǒng)計，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)成工程實體的結(jié)構(gòu)鋼筋用量、施工過程中措施鋼筋和鋼質(zhì)預埋件的投入量。
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)預埋件的加工、安裝耗電量。
2、混凝土工程資源、能源消耗量分析
資源消耗：包括預制構(gòu)件生產(chǎn)和施工現(xiàn)場混凝土的消耗量；水資源消耗量包括現(xiàn)澆混凝土和預制構(gòu)件的養(yǎng)護用水量以及施工機具的清洗用水量。
能源消耗：主要包括混凝土澆筑過程中的空壓機和振搗器的耗電量、混凝土泵送車的耗油量、預制構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護鍋爐耗煤量。為便于比較，將各類能源折算為標準煤消耗量。
混凝土消耗方面：由于預制裝配式預制外墻采用夾心保溫，墻體增加了50mm厚的混凝土保護層，而現(xiàn)澆住宅采用外墻粘貼保溫板方式，只需10mm砂漿保護層。因此預制裝配式住宅較現(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)預制構(gòu)件時采用的蒸汽養(yǎng)護，能較好控制養(yǎng)護時間和輸氣量，而施工現(xiàn)場采用人工澆水養(yǎng)護，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)場混凝土澆筑依靠混凝土泵送車，而預制構(gòu)件生產(chǎn)不產(chǎn)生油耗，因此現(xiàn)澆工程耗油量偏高。2、耗電量。耗電量主要來自空壓機和振搗器?？諌簷C主要用于混凝土澆筑之前的模板清理。預制裝配式住宅混凝土用量要高于現(xiàn)澆住宅，振搗器工作時間較長，耗電量較大。所以，預制裝配式住宅混凝土工程耗電量偏高。
3、耗煤量。因預制構(gòu)件需蒸汽養(yǎng)護，所以預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部分。
測評項目中木模板周轉(zhuǎn)次數(shù)約為3。鋼模板在現(xiàn)場施工中循環(huán)次數(shù)較多，大鋼模板周轉(zhuǎn)次數(shù)為200次，主要構(gòu)件周轉(zhuǎn)次數(shù)為50~120次，本研究將構(gòu)件廠和施工現(xiàn)場的鋼模板周轉(zhuǎn)次數(shù)均設定為100次。
一是預制構(gòu)件減少了預制裝配式住宅的木模板用量。預制構(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，導致預制裝配式住宅鋼模板用量高于現(xiàn)澆住宅。
二是預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)勢明顯。同時，由于預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。預制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計使用年限為25年。在計算中，取現(xiàn)澆住宅保溫材料用量和施工能耗的兩倍與預制裝配式住宅進行對比。
一是現(xiàn)澆外墻外保溫采用EPS保溫板，而預制構(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，因此預制裝配式住宅保溫板用量較少。
二是預制外墻XPS保溫板通過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，同時混凝土保護層代替砂漿保護層，因此，預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)澆住宅外保溫施工電動吊籃需要耗電，而預制構(gòu)件保溫板人工鋪貼，不產(chǎn)生耗電量。
預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)勢明顯。
5、運輸工程
場外運輸包含各類建筑材料和構(gòu)配件的運輸，由于場外運輸能耗與貨物產(chǎn)地、運輸路線、載重量、司機習慣關(guān)系密切，故測評不考慮場外運輸。
場內(nèi)運輸主要包括構(gòu)件廠龍門吊運行和施工現(xiàn)場塔吊運行耗電量。預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、混凝土等材料多次吊裝，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制裝配式住宅明顯增高。
6、施工廢棄物
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。本測評只對廢棄鋼材、混凝土、砂漿、保溫材料進行測算。
一是鋼材廢棄物主要包括鋼筋截料和破損扣件兩部分。預制構(gòu)件廠對鋼筋截料回收后用于預埋件制作，所以，預制裝配式住宅鋼筋廢棄量低于現(xiàn)澆住宅。
二是預制構(gòu)件生產(chǎn)過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自施工現(xiàn)場的外墻外保溫施工，現(xiàn)澆住宅砂漿廢棄量較大。
四是由于豎向施工操作面復雜、材料保護、工人操作水平和環(huán)保意識等不到位，導致現(xiàn)澆住宅保溫板廢棄量較大。
4、建造階段碳排放比較
本文重點將現(xiàn)澆住宅和預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。
5、結(jié)論和建議
1研究結(jié)論
1、材料消耗
一是預制裝配式住宅措施鋼筋用量偏少，但構(gòu)件預埋件偏高。綜合計算，預制裝配式住宅鋼材用量略有節(jié)省。預制裝配式住宅總鋼材加工能耗節(jié)約優(yōu)勢不明顯。若提高構(gòu)配件標準化水平和構(gòu)件廠鋼模板周轉(zhuǎn)次數(shù)，可有效降低預制裝配式住宅鋼材消耗量。
二是預制裝配式住宅比現(xiàn)澆住宅外墻增加50mm的混凝土保護層，導致預制裝配式住宅單位平方米混凝土用量較現(xiàn)澆住宅高。
三是預制裝配式住宅在生產(chǎn)過程中采用周轉(zhuǎn)次數(shù)高的鋼模板替代木模板，同時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)件預制率會更大幅度地節(jié)省木材。
四是預制裝配式住宅采用蒸汽養(yǎng)護，水用量控制嚴謹，比現(xiàn)澆模式節(jié)約水資源。
五是砂漿消耗。預制裝配式住宅不需要砂漿及粘結(jié)材料。若提高外墻預制率，可進一步節(jié)省此類材料用量。
六是保溫材料消耗。預制裝配式住宅夾心保溫材料壽命遠高于現(xiàn)澆住宅；同時，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
主要在四個方面有區(qū)別。
一是在場內(nèi)運輸方面，電耗差異最主要來源為運輸工程的塔吊使用。預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多次吊裝，現(xiàn)澆住宅塔吊用電量偏多。
二是在裝修工程方面，預制裝配式住宅預制外墻采用夾心保溫，不需要使用電動吊籃。
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制裝配式住宅混凝土消耗量較大，空壓機振搗器工作量較大，耗電量增加。
總體，現(xiàn)澆住宅比預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行垂直向上澆筑，需要消耗大量柴油。而預制裝配式住宅現(xiàn)場吊裝主要是消耗電能。預制裝配式住宅預制構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護中鍋爐運行消耗煤，現(xiàn)澆住宅采用自來水養(yǎng)護，不消耗煤。
總之，從資源消耗水平上看，預制裝配式住宅的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在砂漿、木材、保溫板及其他材料用量上，而在鋼材、混凝土等主材消耗方面相比現(xiàn)澆住宅尚無優(yōu)勢。從能源消耗和廢棄物產(chǎn)生量方面看，預制裝配式住宅較現(xiàn)澆住宅具有明顯優(yōu)勢。
2發(fā)展建議
1、通過規(guī)模化發(fā)揮預制裝配式住宅的節(jié)能減排效益。從測評和各地已完成的預制裝配式住宅項目的建造和運行情況看，預制裝配式住宅的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益明顯，但目前我國預制裝配式住宅面積總量還比較小，預制裝配式住宅建設應成片開發(fā)，形成規(guī)模，才能充分體現(xiàn)預制裝配式住宅的節(jié)能減排效益。
2、加大預制裝配式住宅的標準化研究。預制裝配式住宅規(guī)模化建設的前提是標準化，應從設計階段就綜合考慮標準化、集成化和集約化理念，引導疊合樓板、內(nèi)外墻板、樓梯板、陽臺板等預制構(gòu)配件的系列化開發(fā)、規(guī)?；a(chǎn)，促進預制裝配式住宅項目建設工期縮短、成本降低以及運營管理效率提高，確保節(jié)能減排綜合效益。
3、研究改革現(xiàn)行工程建設管理制度和模式。從管理角度而言，應盡快對與預制裝配式建設模式相配套的部品生產(chǎn)、工程計價、招標投標、開工許可、工程監(jiān)理、工程驗收等環(huán)節(jié)進行建設管理制度改革探索，完善不同建造施工環(huán)節(jié)順暢連接，減少現(xiàn)場工作量。
4、培養(yǎng)專業(yè)的預制裝配式住宅的施工隊伍。目前掌握預制裝配式住宅設計、施工、管理能力的專業(yè)人員還比較缺乏，應注重能力建設，通過完善職業(yè)教育、加強人員培訓等多種形式培養(yǎng)熟練的預制裝配式施工隊伍，達到提升效率、節(jié)約工期、減少時間成本的目的。
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