一种装配式循环建筑的全生命周期碳排放监测及智慧管理中和系统

本发明涉及碳排放监测领域，具体涉及一种装配式循环建筑的全生命周期碳排放监测及智慧管理中和系统。

背景技术：

1、装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑用构件和配件（如楼板、墙板、楼梯、阳台等），运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑，其主要包括预制装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构建筑等，因为采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理、智能化应用，是现代工业化生产方式的代表。装配式建筑可多次循环使用。

2、随着碳达峰、碳中和战略目标的提出，建筑领域的能耗分析和节能减排的重要性和迫切性日益凸显。面对当前建筑产业低碳减排的转型目标，循环装配式建筑具有广泛的应用前景。轻型装配式建筑具有运输便利、建造迅速、灵活多变的特点，在轻型装配式建筑中引入循环共享的运营模式，有助于实现建筑的降能减排。

3、目前虽然出现了一些简单的建筑全生命周期碳排放情况的检测工具和方法，但是，这些方法均未面向整个建筑循环过程，更无法对全循环过程中的碳排放进行精细化跟踪计算。例如，东南大学的张诺教授提出的全生命周期构件建筑产品碳排放计量方法，开启了该方向的重要探索，用线性累加方法计算构件一次性使用的碳排放，但尚未对建筑全生命周期中构件的循环使用碳排放情况进行考虑。

4、所以，目前的建筑碳排放监测主要是针对一次性的、无法循环利用的建筑进行的，其无法应用到装配式循环建筑中。目前没有针对装配式循环建筑碳排放的相关研究，也没有针对碳排放情况对装配式循环建筑进行管理的系统，因此，装配式循环建筑的构件不能得到合理利用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种装配式循环建筑的全生命周期碳排放智慧管理中和系统，其针对装配式循环建筑的建筑构件进行全生命周期的碳排放监测，并给出每一次装配式循环建筑的构件选用建议以及获得每一次的装配式循环建筑的碳排放值，以提高建筑构件的利用的合理性。

2、本发明的另一目的在于提出了一种装配式循环建筑的全生命周期碳排放监测系统，其通过对建筑构件循环使用进行全面的碳排放监测，实现对装配式循环建筑的碳排放情况的精准监测。

3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

4、一种装配式循环建筑的全生命周期碳排放智慧管理中和系统，所述智慧管理中和系统包括碳排放智慧监测单元和智慧推荐单元，所述碳排放智慧监测单元包括构件管理模块、碳排放计算模块、建筑碳排放监测模块；所述智慧推荐单元包括构件智慧推荐模块和负碳智慧推荐模块；

5、所述构件管理模块，用于存储建筑构件的构件信息，该构件信息包括构件编号、构件生产时的碳排放值、构件生产时的设计拆建次数、构件生产时的设计使用寿命、使用状态、碳排使用量、类型以及使用情况，所述使用状态包括使用中以及待用两个状态；所述使用情况包括构件的使用次数以及每次使用时的建筑编号以及相应的碳排放值；构件管理模块中存储有多个构件的构件信息，每一构件具有唯一的构件编码；所述构件包括墙体构件、地面构件、屋面构件和门窗构件；

6、所述建筑碳排放监测模块，用于存储建筑信息，该建筑信息包括建筑编号、建筑安装基本信息、建筑碳排放值、用于装配该建筑的构件的构件编号以及其碳排放值；建筑碳排放监测模块中存储有多个建筑信息，每一建筑具有唯一的建筑编号；每一建筑均由墙体构件、地面构件、屋面构件和门窗构件装配得到；

7、所述碳排放计算模块，用于计算使用中的构件的碳排放值以及建筑碳排放值，该建筑碳排放值为该建筑的墙体构件、地面构件、屋面构件和门窗构件的碳排放值总和减去建筑构件的单纯负碳平衡量，建筑构件的单纯负碳平衡量即为负碳模组的碳中和量；

8、所述构件智慧推荐模块，根据本次装配式建筑的信息在配件管理模块中选择使用状态为待用，且类型相匹配的构件，并呈现给用户，供用户从中选择；

9、所述负碳智慧推荐模块根据装配式循环建筑的建筑地址，从数据库中获取该建筑地址对应的经纬度、气候数据信息、气候分区信息；该智慧管理中和系统根据建筑地址的经纬度、气候数据信息、气候分区信息推荐负碳模组的使用数量、安装位置、安装朝向、和倾斜角度。

10、所述碳排放计算模块计算构件碳排放值如下：

11、所述墙体构件的碳排放值为为装配过程碳排放值，，其中，为墙体构件生产时的碳排放值，为墙体构件生产时设计的使用次数；

12、所述地面构件的碳排放值为为装配过程碳排放值，，其中，为地面构件生产时的碳排放值，为地面构件生产时设计的使用次数；

13、所述屋面构件的碳排放值为为装配过程碳排放值，，其中，为屋面构件生产时的碳排放值，为屋面构件生产时设计的使用次数；

14、所述门窗构件的碳排放值为为装配过程碳排放值，，其中，为门窗构件生产时的碳排放值，为门窗构件生产时设计的使用次数。

15、所述碳排放计算模块计算构件碳排放值如下：

16、所述墙体构件设有定位模块，或者温度模块和湿度模块，所述墙体构件的碳排放值为为使用过程碳排放值，的计算如下：通过墙体构件的定位模块对建筑所在的地理位置进行定位，然后根据地理位置获取建筑所在地的气候数据，或者利用温度模块、湿度模块，直接获取建筑所在地的气候数据，所述气候数据至少包括温度和湿度；再通过气候数据对墙体构件的老化进程进行评定，得到该构件寿命损耗在其总设计寿命中的占比；最后推算得到使用碳排放值为，其中，为墙体构件生产时的碳排放值，为该墙体构件在此次使用过程中的寿命损耗；为该墙体构件的总设计寿命；

17、所述地面构件设有自发电压力感应模块，地面构件的碳排放值为为使用过程碳排放值；的计算如下：系统通过地面构件的自发电压力感应模块获取地面构件在使用过程中被踩踏压力，得到地面构件的寿命损耗在其总设计寿命中的占比；最后推算得到使用碳排放值为，其中，为地面构件生产时的碳排放值，为该地面构件在此次使用过程中的寿命损耗；为该地面构件的总设计寿命；

18、所述屋面构件设有定位模块，或者温度模块和湿度模块；所述屋面构件的碳排放值为为使用过程碳排放值，系统通过屋面构件的定位模块对建筑所在的地理位置进行定位，然后根据地理位置获取建筑所在地的气候数据，或者利用温度模块、湿度模块，直接获取建筑所在地的气候数据，所述气候数据至少包括温度和湿度；再通过气候数据对屋面构件的老化进程进行评定，得到该屋面构件寿命损耗在其总设计寿命中的占比；最后推算得到使用碳排放值为，其中，为屋面构件生产时的碳排放值，为该屋面构件在此次使用过程中的寿命损耗；为该屋面构件的总设计寿命；

19、所述门窗构件设有微动开闭计次模块；门窗构件的碳排放值为为使用过程碳排放值，的计算如下：系统通过微动开闭计次模块对门窗构件的开合次数进行计次得到，而门窗构件的设计使用寿命为开合次，得到该门窗构件的寿命损耗占其总寿命的，再通过推算获得单次门窗构件使用过程碳排放值为，为门窗构件生产时的碳排放值。

20、所述碳排放计算模块计算构件碳排放值如下：

21、墙体构件的碳排放值为为墙体构件装配过程碳排放值与墙体构件使用过程碳排放值中的最大值；

22、墙体构件装配过程碳排放值计算如下：，其中，为墙体构件生产时的碳排放值，为墙体构件生产时设计的使用次数；

23、所述墙体构件设有定位模块，或者温度模块和湿度模块，的计算如下：通过墙体构件的定位模块对建筑所在的地理位置进行定位，然后根据地理位置获取建筑所在地的气候数据，或者利用温度模块、湿度模块，直接获取建筑所在地的气候数据，所述气候数据至少包括温度和湿度；再通过气候数据对墙体构件的老化进程进行评定，得到该构件寿命损耗在其总设计寿命中的占比；最后推算得到使用碳排放值为，其中，为墙体构件生产时的碳排放值，为该墙体构件在此次使用过程中的寿命损耗；为该墙体构件的总设计寿命；

24、地面构件的碳排放值为为地面构件装配过程碳排放值和地面构件使用过程碳排放值的最大值；

25、地面构件装配过程碳排放值计算如下：，其中，为地面构件生产时的碳排放值，为地面构件生产时设计的使用次数；

26、所述地面构件设有自发电压力感应模块，的计算如下：系统通过地面构件的自发电压力感应模块获取地面构件在使用过程中被踩踏压力，得到地面构件的寿命损耗在其总设计寿命中的占比；最后推算得到使用碳排放值为，其中，为地面构件生产时的碳排放值，为该地面构件在此次使用过程中的寿命损耗；为该地面构件的总设计寿命；

27、屋面构件的碳排放值为为屋面构件装配过程碳排放值和单次屋面构件使用过程碳排放值中的最大值；

28、装配过程碳排放值计算如下：，其中，为屋面构件生产时的碳排放值，i为屋面构件生产时设计的使用次数；

29、所述屋面构件设有定位模块，或者温度模块和湿度模块；计算如下：系统通过屋面构件的定位模块对建筑所在的地理位置进行定位，然后根据地理位置获取建筑所在地的气候数据，或者利用温度模块、湿度模块，直接获取建筑所在地的气候数据，所述气候数据至少包括温度和湿度；再通过气候数据对屋面构件的老化进程进行评定，得到该屋面构件寿命损耗在其总设计寿命中的占比；最后推算得到使用碳排放值为，其中，为屋面构件生产时的碳排放值，为该屋面构件在此次使用过程中的寿命损耗；为该屋面构件的总设计寿命；

30、门窗构件的碳排放值为为门窗构件装配过程碳排放值和门窗构件使用过程碳排放值中的最大值；

31、装配过程碳排放值计算如下：，其中，为门窗构件生产时的碳排放值，为门窗构件生产时设计的使用次数；

32、所述门窗构件设有微动开闭计次模块；的计算如下：系统通过微动开闭计次模块对门窗构件的开合次数进行计次得到，而门窗构件的设计使用寿命为开合次，得到该门窗构件的寿命损耗占其总寿命的，再通过推算获得单次门窗构件使用过程碳排放值为，为门窗构件生产时的碳排放值。

33、所述负碳模组为太阳能发电储电模块，所述太阳能发电储电模块碳中和量的计算如下：

34、根据气候数据推算获得单次发电总时长，得到构件的预计发电量，推算获得太阳能发电储电模块碳中和量为，为太阳能发电储电模块的发电功率；

35、或者直接通过实测发电量e，推算获得太阳能发电储电模块碳中和量为e·2.493。

36、所述构件信息中构件的类型依据构件碳排放使用量划分为：新构件、次新构件、旧构件、老化构件；

37、所述构件智慧推荐模块的推荐如下：

38、在长期循环项目，推荐使用新构件、次新构件和老构件，且新构件的使用量大于等于次新构件和老构件的使用量总和；

39、在中期循环项目中，则推荐使用新构件、次新构件、老构件和老化构件，且次新构件和老构件的使用量总和占比大于50%，且老化构件的使用量小于次新构件和老构件中的任意一个的使用量；

40、在短期循环项目中，则推荐主要使用老化构件，即老化构件使用量占比为50%以上。

41、所述负碳智慧推荐模块的推荐具体如下：

42、

43、其中，气候分区依据《建筑气候区划标准gb 50178-93》确定；在夏热冬冷地区，安装朝向具体为南偏东5度-南偏西10度；在夏热冬暖地区、温和地区，安装朝向具体为南偏东10度-南偏西10度，安装位置的南侧立面的法线方向与正南间夹角不超过30度；

44、在确定倾斜角度时，为建筑地址的维度，为负碳模组使用期间平均太阳直射点维度；

45、在确定负碳模组数目时，m为此次搭建中使用的构件的碳排放量总和预测值；为充电过程中负碳模组实际能量转化效率；为负碳模组的逆变器转换效率；为建筑地的平均太阳辐照度；为每个负碳模组的有效发电面积；t为建筑地的平均有效日照时数。

46、一种装配式循环建筑的全生命周期碳排放监测系统，所述装配式循环建筑包括墙体构件、地面构件、屋面构件和门窗构件，所述监测系统用于计算每一次使用下的循环建筑碳排放量，该循环建筑碳排放量为墙体构件碳排放量+地面构件碳排放量+屋面构碳排放量+门窗构件碳排放量-单纯负碳平衡量，所述单纯负碳平衡量为负碳模组的碳中和量；

47、所述墙体构件设有定位模块，或者温度模块和湿度模块；所述地面构件设有自发电压力感应模块；所述屋面构件设有定位模块，或者温度模块和湿度模块；所述门窗构件设有微动开闭计次模块；

48、所述墙体构件单次使用消耗碳排放量为单次墙体构件装配过程碳排放值与单次墙体构件使用过程碳排放值中的最大值；

49、，其中，为墙体构件生产时的碳排放值，为墙体构件生产时设计的拆建次数；

50、所述监测系统通过墙体构件的定位模块对建筑所在的地理位置进行定位，然后根据地理位置获取建筑所在地的气候数据，或者利用温度模块、湿度模块，直接获取建筑所在地的气候数据，所述气候数据至少包括温度和湿度；再通过气候数据对墙体构件的老化进程进行评定，得到该构件寿命损耗在其总设计寿命中的占比；最后推算得到单次墙体构件使用碳排放值为，其中，为墙体构件生产时的碳排放值，为该墙体构件在此次使用过程中的寿命损耗；为该墙体构件的总设计寿命；

51、所述地面构件使用消耗碳排放量为单次地面构件装配过程碳排放值和单次地面构件使用过程碳排放值的最大值；

52、，其中，为地面构件生产时的碳排放值，为地面构件生产时设计的拆建次数；

53、所述监测系统通过地面构件的自发电压力感应模块获取地面构件在使用过程中被踩踏压力，得到地面构件的寿命损耗在其总设计寿命中的占比；最后推算得到单次墙体构件使用碳排放值为，其中，为地面构件生产时的碳排放值，为该地面构件在此次使用过程中的寿命损耗；为该地面构件的总设计寿命；

54、所述屋面构件使用消耗碳排放量为单次屋面构件装配过程碳排放值和单次屋面构件使用过程碳排放值中的最大值；

55、，其中，为屋面构件生产时的碳排放值，为屋面构件生产时设计的拆建次数；

56、所述监测系统通过屋面构件的定位模块对建筑所在的地理位置进行定位，然后根据地理位置获取建筑所在地的气候数据，或者利用温度模块、湿度模块，直接获取建筑所在地的气候数据，所述气候数据至少包括温度和湿度；再通过气候数据对屋面构件的老化进程进行评定，得到该屋面构件寿命损耗在其总设计寿命中的占比；最后推算得到单次屋面构件使用碳排放值为，其中，为屋面构件生产时的碳排放值，为该屋面构件在此次使用过程中的寿命损耗；为该屋面构件的总设计寿命；

57、所述门窗构件使用消耗碳排放量为单次门窗构件装配过程碳排放值和单次门窗构件使用过程碳排放值中的最大值；

58、，其中，为门窗构件生产时的碳排放值，为门窗构件生产时设计的拆建次数；

59、所述监测系统通过微动开闭计次模块对门窗构件的开合次数进行计次得到，而门窗构件的设计使用寿命为开合次，得到该门窗构件的寿命损耗占其总寿命的，再通过推算获得单次门窗构件使用过程碳排放值为，为门窗构件生产时的碳排放值。

60、当建筑构件报废时，对该建筑构件的碳排放量进行修正；

61、修正后的墙体构件使用消耗碳排放量为；

62、修正后的地面构件使用消耗碳排放量为；

63、修正后的屋面构件使用消耗碳排放量为；

64、修正后的门窗构件使用消耗碳排放量为；

65、其中，分别为墙体构件、地面构件、屋面构件、门窗构件报废时的使用次数。

66、所述负碳模组为太阳能发电储电模块，所述太阳能发电储电模块碳中和量计算如下：

67、所述监测系统根据气候数据推算获得单次发电总时长，得到构件的预计发电量，推算获得太阳能发电储电模块碳中和量为，为太阳能发电储电模块的发电功率；

68、或者直接通过实测发电量e，推算获得太阳能发电储电模块碳中和量为。

69、采用上述方案后，本发明通过碳排放计算模块计算建筑构件以及装配式循环建筑每次使用的碳排放值，并将碳排放值同步到构件管理模块和建筑碳排放监测模块，通过构件管理模块管理及监控构件的碳排放使用量、使用状态、类型等信息，通过建筑碳排放监测模块管理所装配的循环建筑的碳排放使用情况，构件智慧推荐模块则根据建筑的使用环境、使用周期等情况向用户推荐碳排放值以及类型与所要装配的建筑匹配的构件。这样，每一建筑的构件的碳排放使用情况都能与建筑的使用周期、环境相匹配，使得构件能够得到充分合理地利用，也实现碳排放智慧平衡管理。此外，用户通过建筑碳排放监测模块对装配式建筑进行全周期的碳排放监测，通过构件管理模块对构件进行全生命周期的碳排放监测。

70、此外，本发明通过对能够进行多次拆装并重复使用的建筑构件进行分析，将建筑构件生产所需要的碳排放量分摊到每一次使用中，并综合考量了装配式建筑的装配过程碳排放值和使用过程碳排放值，从而计算出每一装配式循环建筑的实际碳排放量，实现对装配式循环建筑本体的碳排放情况的精准监测。

71、因为本发明对每个建筑构件都有监控，所以通过监控情况可以准确找出建筑构件中影响碳排放量的关键薄弱部位与环节，精确提出改进工艺，可极大提高建筑构件使用寿命和降低循环建筑的碳排放。