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张宏:建筑全生命周期碳排放定量计算技术研究

时间:2021年09月17日信息来源:友绿网 点击:

  2021年5月26日上午,由中国房地产业协会主办,中国房地产业协会住宅技术委员会、友绿网承办的“2021中国房地产业碳达峰发展高峰论坛”在北京蔓兰酒店顺利召开,中国房地产企业碳排放调研报告2021正式发布。

  东南大学建筑学院院长助理、建筑技术科学系系主任、教授、博士生导师张宏分享了《装配式建筑全生命周期碳排放定量计算技术研究》。张宏表示建筑全生命周期分为七个阶段:设计技术与方法、制作制造、物流转运、装配施工、运营维护、更新再利用、拆除再利用。控碳要整体性控碳,从建筑设计开始,一直到最后的拆除,对建筑进行精细化的控碳管理。

  以下为演讲全文:

  今天跟大家交流的题目是怎么算全生命周期的碳排放,控碳的基础就是要能算清楚,算清楚才能控清楚。

张宏:建筑全生命周期碳排放定量计算技术研究

  在这个领域里面,首先要划分建筑的全生命周期,这个问题意见不统一,有很多人把它划分为生产材料的制备、建造、运营维护、拆除再利用这四个阶段,还有的分成了五个阶段。

  如何划分全生命周期?它跟技术有关系,比如说我们要用BIM技术来进行量算,是算三个、四个、五个还是七个?算哪一种划分对后面所有的流程能够控制得更精准、更好,更能适合应用的需求?这是需要大家思考的,因此我们东南大学团队给了全生命周期的七个阶段:设计技术与方法+制作制造+物流转运+装配施工+运营维护+更新再利用+拆除再利用。这样就可以对建筑进行精细化的控碳管理。

  实际上七个阶段中间的一条是构件材料+构件制造+物流转运+装配施工+运营维护+更新再利用+拆除再利用。构件材料的制备不是住建部管的范围里面,从控碳来说是源头,但这块的碳排放量非常大,物化阶段是很大的一部分,因此它应该在范围里面,体现整体性的原则,控碳要整体性控碳,从建筑从无到有,产生开始,一直到最后的消亡,要体现整体性环节。这个环节现在有缺失,而且占的量又非常大,这是一个问题。

  本案例是主动式建筑,在晴天的时候一天产能是160度(天气好的时候),用能是90度,它是一个产能房屋,全年生产的能量大于使用的能耗,主动式产能肯定是一个方向。这个建筑很简捷,一个方盒子,中间是核心筒。控碳某种意义上是讲控整个全生命周期构件的流程,构件从无到有,是从材料开始的,用什么材料做构件,构件怎么样装配成房子,装配完之后维护这些构件,尽量让构件长寿命,能够到改造阶段直接拆除,让这些构件继续保持安全性,这个过程中构件材料所散发的气体是不是有利于健康,这一切都是围绕构件在做的。因此对于建筑学来说,围绕构件进行进驻设计,这一点比较重要。因为它能够跟后面的工作做很好的衔接,跟BIM的数据创建高度关联起来。

  这个房子到现在为止经历了三次拆装,三年半拆装了三次。这种特殊的案例对于研究来说非常有意义。

  第一次是在竞赛场地,这是钢结构的装配式建筑,我们把它预先全部装好,装好以后再拆卸成块,拆卸以后用编码编好,用BIM系统关联起来,跟踪它的碳排放,先统计,后计算。

  第二次拆装是参加竞赛,这个竞赛是要用20天把这个房子盖好。前面装修也全部完成,图上有格子的地方是毛细管空调。这是用太阳能产能做的主动式建筑。

  第三次拆除和安装正在过程中,从山东德州拆了运到700多公里之外的南京,在南京的东南大学校园建设。现在装了19天了,我们准备要用一个月装完。

  有了这样的案例,谈一谈算的问题。由此计算的原则、工具和计算方法就提出来了。有了这样一个经历,输入跟碳排放关联的数据,就可以用表单、算法进行精准计算。关键是要算得准,后面才能控制。

  算法有四个原则:

  1.产品的整个过程是一个整体,从产品制造开始到消亡为止,不能把其中某一个过程分离出去。长寿命是房子的延续,房子延续的基础是构件的延续,我们要把这个工作做好,而不是只有一次循环。一次的循环太快了,对于减碳是不利的,这跟建筑设计的方法有关联。

  2.关联性原则—产品每个阶段之间是密切联系的,上下相互关联制约。

  3.结构性原则—不同研究对象的各个阶段对整体影响是不同的,每个阶段需要由设计方法和BIM模型规则引导,建立结构性的数据和系统。

  4.动态性原则—研究对象不是一成不变的,会随着生产工艺、产品特点的改变而变化,技术和方法需要实现数据实时和动态控制,不断做出调整。

  要做这件事情靠手工算不行,要用工具,最好的工具是BIM,用建筑信息模型来算,或者是基于构件法的建筑信息模型来算是最好的方法。南京建筑学院有了构件法设计以后,迅速进入到了软件研发阶段,南京市有一批软件,包括政府的软件都是我们写的程序研发的。南京装配式建筑信息服务于监管平台是我们南京大学建筑学院研发的,这个软件基于BIM,增加了计算模块。这里面有构件的标准化设计的基础的自动计算,而且是给建筑师用的,还有预制装配率自动计算,按照建模规则,基于规模进行量算。或者有了规则以后,后面的这些数据就是结构性数据,而不是离散型数据,结构性数据进行量算非常有效。再增加碳排放自动计算的插件,这样的话工作就可以落地,需要通过BIM系统来计算,因此团队需要有这样的能力。

  碳排放计算的数据结构:我们希望这个软件不仅能在中国外,也能在外国用,因此我们用IFC的国际通用标准,这个标准目前来看针对中国国情还有一些问题,但是它是比较完整,比较系统的国际性标准。我们为计算建立了很多库,房子的建造过程是把构件的数据分门别类放到这些库里,有了库以后可以调用库里面的数据进行高效率的统计和计算。

  为了建这个库,在建模的时候对模型的规则制订了表格构架。

  算例:

  1.构件材料制备阶段

  2.构件生产阶段

  3.构件转运阶段

  4.构件装配施工阶段

  5.建筑运营维护阶段

  6.建筑改造再利用阶段

  7.建筑拆除再利用阶段

  结论:以节碳为目标在建筑材料的选用上应尽量选用可回收再利用、低碳的材料;或尽量提升构件的重复使用率。

  关于节能减排的政策建议:

  物化阶段很重要,碳排放量很大,用什么材料很重要,这个阶段要约束高碳排放的材料,钢的碳排放很高,为什么现在算得还好,因为它可以重复使用,钢的碳排放每吨比水泥、混凝土还高,因为它可以循环利用,所以定义成绿色材料,如果不经过回炉直接能够重复使用是最好的流程。这就跟设计关联起来了。因此我们在做建筑设计的时候,特别是大量的民生建筑不能只考虑一栋房子,而是应该系统地考虑。

  城乡住宅建设领域节能减排,绿色环保可持续发展战略技术目标:

  1、逐步减少钢筋混凝土用量,逐步降低住宅高度---逐步减少高层住宅数量或在某些领域倡导发展应用低层轻型结构建筑

  2、发展住宅可维修、长寿命技术,延长新建筑物使用寿命---最大的节能减排

  3、大力发展既有住宅改造和既有建筑再利用成套技术---节能减排与文化传承结合

  4、切实提高住宅建筑的节能减排性能,并用市场化政策保障住宅性能投入者利益---个人、企业、政府(高排放建材-资源税)。做这件事情需要有投入,个人有投入,企业有投入,政府也要投入,怎么让大家都能够得到收益也是一个问题。这个问题需要制定产业政策,比如说碳排放高的水泥、混凝土,是不是可以逐步地收资源税,逐渐地让成本提高,这样也让它有一个平衡,否则的话什么也没有,它最便宜,性能又那么好,肯定做高层是用它来搞。这些都是可以调整的。

(作者:admin 编辑:admin)

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