加气混凝土砌块全生命周期碳排放分析

加气混凝土砌块全生命周期碳排放分析

蒸压加压混凝土斑块的能耗与碳排放量随着国家大力捍卫节能减排，推广建筑节能，墙网行业将更好地实施低碳循环经济发展，特别是《严格禁止》一书颁布以来，新型节能建筑材料产品迅速发展。蒸压加气混凝土砌块作为节能墙材的一个产品,以容重轻、保温性能高、吸音效果好等优点,得到了大面积推广应用。从理论上看,蒸压加气混凝土砌块大孔隙率、低导热系数,可大大降低使用过程建筑物采暖(制冷)能耗和碳排放;但一方面,多孔性造成的制品吸水率大,是施工和使用过程中不容忽视的问题。加气混凝土制品吸水率大不仅导致墙面易开裂,同时也会增大墙体的导热系数,导致墙体保温隔热性能变差,则墙体的实际碳排放量与理论碳排放量存在较大差异。本文对蒸压加气混凝土砌块全生命周期的理论碳排放量和实际碳排放量,加以分析;并将其与目前较流行的烧结页岩空心砖进行对比,反映碳排放量的真实水平。1确保了吸加剂与其他混凝土材料的匹配性以重庆地区B05级蒸压加气混凝土砌块为例,从原料开采与生产、生产过程、使用过程、废弃过程,分析加气混凝土砌块的碳排放量(碳排放按CO2计);同时为反应蒸压加气混凝土砌块的碳排放水平,对比加气混凝土砌块和烧结页岩空心砖全生命周期碳排放量,均假定二者的使用寿命为50年。以砂加气混凝土砌块为例,给定原料配比为m(水泥):m(矿渣):m(砂)=2:3:5,墙厚为200mm。根据全国统一建筑工程基础定额计算可知:每平米墙体需加气混凝土砌块0.1818m3。配套材料分别为:水泥石灰砂浆0.0232m3,钢筋0.68Kg;原料开采能耗均以13.89KW·h/t计,发电能耗为0.424kgce/(kw·h)。1.1全生命周期理论的碳排放量(1)工业废弃物碳排放蒸压加气混凝土砌块的原材料主要包括水泥、矿渣、砂。其中,矿渣为工业废弃物,计碳排放量为0;砂的碳排放仅指开采和运输过程中的碳排放量;水泥的碳排放包括原料的开采、运输和生产过程的碳排放之和。经计算,表1为蒸压砂加气混凝土砌块的原料开采与生产过程中的碳排放量。(2)蒸汽消耗费用根据砂加气混凝土的生产工艺,能耗主要包括电能和蒸汽能两部分。电能主要指:配料、球磨、混料、物料和模具在生产车间内转运,坯体切割,以及成品在厂区内转运等过程的消耗;蒸汽消耗主要指砌块在蒸压釜内养护过程消耗。生产过程的碳排放则由这两部分能耗产生,经测算,表2给出砂加气混凝土砌块在生产过程(包括蒸压养护过程)的碳排放量,主要是能量消耗带来的碳排放。(3)导热系数对比选加气混凝土砌块使用过程中的碳排放量,系指产品作为墙体材料在使用过程中因室内采暖(制冷)的能量消耗带来的碳排放,也包括墙材运输和施工过程带来的碳排放。不同的墙体材料因导热系数的不同,在使用过程中建筑物的采暖(制冷)能耗不同,带来的碳排放量也不同。对于B05级蒸压砂加气混凝土砌块,取导热系数为0.14W/(m·k),导热修正系数为1.25,则其折算导热系数为0.18W/(m·k)。在该导热系数水平下,以B05级砂加气混凝土砌块作为建筑外墙围护结构单一材料时,理论上单位面积墙体年平均能耗为1.5Kg标煤/m2(以重庆地区为例),折算成碳排放量为3.68Kg/m2。假定墙体使用寿命为50年,经计算给出使用过程中的碳排放量,见表3。1.2性能与碳排放的对比为反映砂加气混凝土砌块碳排放的相对水平,以下将砂加气混凝土砌块的全生命周期碳排放与烧结页岩空心砖对比。在墙体具有相同的保温能力情况下,假定页岩空心砖为900级,导热系数为0.25W/(m·k),使用寿命也为50年。图2为加气混凝土砌块与页岩空心砖的全生命周期碳排放对比。从图2可以看出,在进入使用过程前,砂加气混凝土砌块的碳排放略低于页岩空心砖,加气混凝土的优势不是很突出,主要原因是其原料和生产过程带入了大量的碳排放,例如,水泥。而页岩空心砖的前期碳排放主要集中在生产过程中。进入使用过程后,加气混凝土砌块的碳排放低于页岩空心砖,而且随使用年限增加,碳排放降低幅度更大,因此与页岩空心砖相比,纯理论上分析,加气混凝土砌块具有一定的减少碳排放效果。2最佳含水率的确定从理论来看,加气混凝土砌块全生命周期的碳排放处于较低水平,符合我国现阶段“低碳环保,大力发展节能建筑”的理念。但是,这种减排效果仅是理论推算结果。由上文分析可知,加气混凝土砌块近90%的碳排放集中在使用过程中,因此,能否保持其使用过程良好的保温隔热效果,对碳排放会造成显著的影响。加气混凝土砌块由于轻质多孔的特性,吸水率大是施工和使用中不可避免的问题。加气混凝土砌块吸水率增加,不仅导致施工过程墙面易开裂,同时也会增加墙体的导热系数,导致墙体保温隔热性能变差。全国民用建筑工程设计技术措施中的《建筑产品选用技术》,明确给出了加气混凝土三种密度等级在不同含水率时的导热系数值(见表6),说明蒸压加气混凝土的导热系数随含水率增大而增大。资料表明,含水率与导热系数成正比关系,墙体含水率每增加6%,导热系数增加0.04W/(m·k)~0.06W/(m·k)。我国南方大部分地区常年空气湿度相对较大,墙体材料的平衡含水率肯定远高于绝干状态,也高于进行热工计算时估计值,因此加气混凝土砌块外墙的实际保温隔热性能会有所下降,使用过程中的碳排放也会受到很大影响。2.1加权混凝土斑块平衡含水率对碳排放量的影响由上文分析,加气混凝土砌块的理论和实际碳排放差异主要存在于使用过程中,保证墙体材料的导热系数是关键。据资料显示,我国南方地区加气混凝土砌块上墙使用过程中的平衡含水率为8%~10%,根据表6可知,B05级的加气混凝土砌块在8%~10%含水率时的导热系数应在0.19W/(m·k)~0.23W/(m·k)。为便于比较加气混凝土砌块在平衡含水率情况下使用过程中碳排放量的变化,这里分析时取其平衡含水率时的导热系数为0.21W/(m·k)。经计算,图3为加气混凝土砌块在绝干和平衡含水率两种情况下饱水前后碳排放对比。由图3可知,若考虑加气混凝土砌块使用过程中的实际含水率情况,其全生命周期碳排放量比理论分析采用绝干状态下,有较大幅度的增长,并且随使用时间的增加,碳排放量增长越快。说明加气混凝土砌块在实际工程应用中,由于块材吸水因素,墙体导热系数的增大会带来碳排放量的显著增加。2.2混凝土当前平衡含水率为反映加气混凝土砌块真实的碳排放水平,将使用中达到平衡含水率的加气混凝土砌块的碳排放与页岩空心砖进行对比。同样取900级页岩空心砖,图4为平衡含水率的加气混凝土砌块与页岩空心砖全生命周期碳排放对比。由图4可以看出,达到平衡含水率的加气混凝土砌块与页岩空心砖的碳排放基本相同,在前期烧结空心砖略高于加气混凝土砌块,但在使用15年左右以后,加气混凝土砌块的碳排放则超过了页岩空心砖,并随着时间的增加,加气混凝土砌块的碳排放比空心砖要大。说明加气混凝土砌块块材平衡含水率导致导热系数下降后,碳排放量会显著增加,与页岩空心砖相比已不具有优势。3按低碳建筑的理念合理使用(1)从理论上看,加气混凝土砌块的全生命周期碳排放处于较低水平,与目前较流行的烧结页岩空心砖相比具有显著降低碳排放的效果。符合我国现阶段“低碳环保,大力发展节能建筑”的理念。(2)加气混凝土砌块全生命周期碳排放量的90%集中在使用过程中,保证墙体的保温隔热效果是控制碳排放的关键。从实际应用角度来看,对于空气湿度较大的地区,加气混凝土砌块达到平衡含水率后其导热系数增加,墙体保温隔热性能变差,碳排放无论与其干燥状态还是与页岩空心砖相比,都会显著增加,不再具有减小碳排放的效果。(4)全生命周期中央过程砂加压混凝土斑块的碳排放废弃过程指建筑物生命周期结束时,墙体拆除过程和废弃材料运输带来的碳