預(yù)拌混凝土碳排放量的估算方法

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1 概述

預(yù)拌混凝土是最主要最大宗的建筑材料，我國(guó)2010年預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)量達(dá)到11.79 億m3[1-3]。預(yù)拌混凝土的主要原材料之一水泥，其生產(chǎn)過(guò)程中消耗了大量能源，排放了大量的二氧化碳，同時(shí)預(yù)拌混凝土在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中也消耗了相當(dāng)多的電能和柴油，間接或直接排放了相當(dāng)可觀的二氧化碳[4]。因此，預(yù)拌混凝土的碳排放成了建筑業(yè)碳排放主要來(lái)源之一。建筑業(yè)節(jié)能減排的重點(diǎn)是[5-8]：選擇建筑材料消耗低，提高建筑材料使用壽命的建筑設(shè)計(jì)方案；對(duì)建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，使建筑物在運(yùn)行階段的能耗較低。以上兩點(diǎn)都有利于降低能源消耗，減少二氧化碳的排放。

預(yù)拌混凝土碳排放量的估算目的是：為建筑建造階段的碳排放提供數(shù)據(jù)，用于評(píng)價(jià)預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)的碳排放水平。

2 碳排放量的估算指標(biāo)及估算范圍

2.1 估算指標(biāo)

為建筑建造階段的碳排放量估算提供預(yù)拌混凝土碳排放量數(shù)據(jù)，即預(yù)拌混凝土碳排放因子確定的估算。

用于評(píng)價(jià)預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)的碳排放水平的估算，分為單方混凝土的平均碳排放指標(biāo)、基準(zhǔn)配合比預(yù)拌混凝土的碳排放指標(biāo)、相對(duì)于特定預(yù)拌混凝土配合比的碳排放指標(biāo)。

2.2 確定碳排放因子的估算范圍

預(yù)拌混凝土原材料的生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中的碳排放，原材料在廠內(nèi)的二次搬運(yùn)產(chǎn)生的碳排放，預(yù)拌混凝土生產(chǎn)產(chǎn)生的碳排放（包括廠內(nèi)生產(chǎn)用電用水），為生產(chǎn)服務(wù)產(chǎn)生的碳排放（包括維修和場(chǎng)地清洗產(chǎn)生的碳排放，也包括工廠內(nèi)辦公和生活產(chǎn)生的碳排放）。

預(yù)拌混凝土碳排放因子的估算不能以個(gè)別預(yù)拌混凝土廠家的數(shù)據(jù)為依據(jù)，而是以一定量的預(yù)拌混凝土廠家的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值為依據(jù)。

此外，還需要增加預(yù)拌混凝土運(yùn)輸過(guò)程中的碳排放。

3 生產(chǎn)企業(yè)碳排放水平的估算

3.1 原材料的碳排放估算

生產(chǎn)預(yù)拌混凝土的主要原材料有水泥、砂、石子、粉煤灰、外加劑、礦渣粉和水。在這些原材料中單位質(zhì)量的碳排放量最大的是水泥，水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放非常大，而且運(yùn)輸距離長(zhǎng)。砂、石的主要碳排放來(lái)源有砂、石的開采和運(yùn)輸。粉煤灰和礦渣粉的碳排放的主要來(lái)源是粉煤灰和礦渣粉的二次加工和運(yùn)輸。外加劑生產(chǎn)過(guò)程中單位質(zhì)量的碳排放不小，但是其摻量相當(dāng)少，因此對(duì)單方混凝土的碳排放貢獻(xiàn)不大，其主要的碳排放為生產(chǎn)和運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放。生產(chǎn)混凝土用水大多為市政自來(lái)水，其碳排放主要為自來(lái)水處理和運(yùn)輸碳排放，以及工廠內(nèi)的二次泵送消耗的電能產(chǎn)生的碳排放。

對(duì)于特定的預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，每年預(yù)拌混凝土的產(chǎn)量相當(dāng)大，其原材料供應(yīng)商不是一成不變的，每年有多個(gè)水泥生產(chǎn)企業(yè)或供應(yīng)商提供水泥給該企業(yè)，同樣其他原材料的供應(yīng)商也有好多家。不同生產(chǎn)企業(yè)的管理水平不一樣，其產(chǎn)品的碳排放水平也不一樣，同時(shí)運(yùn)距和運(yùn)輸方式也可能不一樣，這給預(yù)拌混凝土原材料的碳排放估算帶來(lái)困難。

組成預(yù)拌混凝土的原材料碳排放因子采用政府發(fā)布的碳排放因子，不同的生產(chǎn)廠家或供應(yīng)商僅考慮供應(yīng)量和運(yùn)輸距離。對(duì)于每種原材料可以取加權(quán)平均碳排放量作為該種材料的單位碳排放量，其計(jì)算公式如下。

針對(duì)每種材料的碳排放量匯總計(jì)算公式為：

式中：Di——對(duì)應(yīng)第i種原材料年總的碳排放量（kg）；

fi,j——對(duì)應(yīng)j供應(yīng)商（廠家）單位運(yùn)距單位質(zhì)量的碳排放量（kg·km-1·t-1）；

Mi,j——對(duì)應(yīng)j供應(yīng)商（廠家）的供貨量（t）；

Li,j——對(duì)應(yīng)j供應(yīng)商（廠家）的運(yùn)距（km）；

qi——對(duì)應(yīng)i種原材料的碳排放因子（kg·t-1）。

每種材料碳排放量的平均計(jì)算公式為：

3.2 生產(chǎn)碳排放的估算

預(yù)拌混凝土生產(chǎn)時(shí)的碳排放估算內(nèi)容為年生產(chǎn)預(yù)拌混凝土所消耗的電能、年工廠內(nèi)辦公生活用電、年廠內(nèi)輔助（維修電焊、沖洗場(chǎng)地和洗車等）用電和用水，混凝土原材料在工廠內(nèi)的二次搬運(yùn)（主要是裝載機(jī)）消耗的柴油?？梢越y(tǒng)計(jì)計(jì)算總的碳排放量，再除以混凝土的年產(chǎn)量，就得到單方混凝土生產(chǎn)時(shí)的碳排放量。

計(jì)算公式為：

式中：CE3.2——年生產(chǎn)總的碳排放量（kg）;

q電——電的碳排放因子（kg·kW-1·h-1）；

M電——年總用電量（kW·h）；

q水——水的碳排放因子（kg·m-3）；

M水——作為混凝土原材料用水外的所有用水（m3）；

q柴油——廠內(nèi)二次搬運(yùn)用柴油的碳排放因子（kg·L-1）；

M柴油——柴油用量（L）；

ce3.2——生產(chǎn)單方混凝土產(chǎn)生的碳排放量（k g · m-3）；

M混凝土——混凝土的年產(chǎn)量（m3）。

3.3 運(yùn)輸碳排放的估算

由于預(yù)拌混凝土的運(yùn)輸距離不同，不同運(yùn)輸距離的預(yù)拌混凝土的碳排放量是不同的。一種辦法是統(tǒng)計(jì)年總運(yùn)輸距離、用于運(yùn)輸?shù)目偟牟裼拖牧亢湍觐A(yù)拌混凝土生產(chǎn)量，而柴油的碳排放因子是已知的，這樣就可以求單位運(yùn)輸距離單方混凝土的碳排放量。在沒有統(tǒng)計(jì)年總運(yùn)輸距離，只有年總用柴油量的情況下，可以計(jì)算單方混凝土的平均運(yùn)輸碳排放量。

計(jì)算公式為：

式中：CE3.3——年總的運(yùn)輸碳排放量（kg）；

M',柴油——年用于混凝土運(yùn)輸?shù)目偟牟裼拖模↙）；

ce3.3——單方混凝土的運(yùn)輸碳排放（kg·m-3）；

ce'3.3——單方混凝土單位運(yùn)輸里程的碳排放量（kg·m-3·km-1）。

式中：L總運(yùn)輸里程——年總的運(yùn)輸里程；

Li,j——為第i輛車，第j次運(yùn)輸距離，如工程離混凝土廠家的距離為10 km，則運(yùn)距為20 km；

ni、nj——分別為混凝土車數(shù)量、對(duì)應(yīng)i車每年的運(yùn)輸次數(shù)。

3.4 平均碳排放水平的估算

在統(tǒng)計(jì)預(yù)拌混凝土的平均碳排放水平時(shí)，不考慮具體的預(yù)拌混凝土強(qiáng)度等級(jí)和配合比，只考慮預(yù)拌混凝土一年總的生產(chǎn)量。因此，在3.1計(jì)算原材料的碳排放時(shí)，只要考慮相對(duì)于不同材料品種的供應(yīng)商（廠家）、供貨量、運(yùn)輸距離、相應(yīng)材料的碳排放因子，匯總得到總的材料碳排放。在3.2中只要統(tǒng)計(jì)年總的生產(chǎn)碳排放量。在3.3中只要統(tǒng)計(jì)年總的運(yùn)輸碳排放量。

式中：n——為所用原材料的種類數(shù)。

3.5 基準(zhǔn)配合比預(yù)拌混凝土碳排放量的估算

不同工程對(duì)預(yù)拌混凝土的要求不同、運(yùn)輸距離不同、澆筑方式不同、季節(jié)不同、原材料的質(zhì)量來(lái)源不同，即使混凝土強(qiáng)度等級(jí)相同，混凝土的配合比也不完全相同，用于實(shí)際生產(chǎn)的混凝土配合比就非常多，但是每家預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)都有其基準(zhǔn)配合比，而其基準(zhǔn)配合比相對(duì)較穩(wěn)定，因此，可以用基準(zhǔn)配合比來(lái)估算相對(duì)于不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土的碳排放量。

在估算不同強(qiáng)度等級(jí)的基準(zhǔn)配合比混凝土的碳排放量時(shí)，單方混凝土的生產(chǎn)碳排放量和運(yùn)輸碳排放量仍然按照3.2、3.3的方式確定，即取混凝土生產(chǎn)的年總碳排放量除以年總產(chǎn)量來(lái)確定單方混凝土的生產(chǎn)碳排放量，混凝土運(yùn)輸年總碳排放量除以年總產(chǎn)量來(lái)確定單方混凝土的運(yùn)輸碳排放量。

需要注意的是，按照試驗(yàn)室提供的實(shí)際生產(chǎn)的預(yù)拌混凝土配合比統(tǒng)計(jì)出來(lái)的年原材料消耗量與原材料的進(jìn)貨量是不等的，這主要是由于設(shè)備的計(jì)量誤差引起的。

因此，要統(tǒng)計(jì)計(jì)算各種原材料的年實(shí)際進(jìn)貨量減去按照實(shí)際生產(chǎn)的配合比統(tǒng)計(jì)出來(lái)的年消耗量，乘以相應(yīng)材料的單位碳排放量，加上該種材料的運(yùn)輸碳排放量，再除以年總的生產(chǎn)量，得到單種原材料的單方混凝土的碳排放量的調(diào)整量，對(duì)各種混凝土原材料的調(diào)整量累加，得到單方混凝土總的調(diào)整量。

的年總的碳排放量（kg）。

基準(zhǔn)配合比的混凝土的碳排放量為按照對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的基準(zhǔn)配合比計(jì)算得出的碳排放量，加上單方混凝土的生產(chǎn)碳排放量，加上單方混凝土的運(yùn)輸碳排放量，加上單方混凝土碳排放量的調(diào)整量。

則不同強(qiáng)度等級(jí)基準(zhǔn)配合比的混凝土碳排放量計(jì)算公式為：

式中：di——配合比中第i種原材料到廠后的單位重量碳排放（kg）；

Mi——配合比中第i種原材料的用量（kg/m3）。

3.6 實(shí)際生產(chǎn)混凝土碳排放量的估算

如正在為某工程供應(yīng)預(yù)拌混凝土，預(yù)拌混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和配合比已知，要求估算正在供應(yīng)的預(yù)拌混凝土的碳排放量。這時(shí)預(yù)拌混凝土的原材料來(lái)源已知且單一，可以按照特定原材料來(lái)確定配合比已知的單方混凝土的碳排放量。

則實(shí)際生產(chǎn)混凝土碳排放量=單方混凝土的生產(chǎn)碳排放量+單方混凝土碳排放量的調(diào)整量+單方混凝土的配合比的碳排放量+3.3確定的單位運(yùn)輸距離單方混凝土的碳排放量×運(yùn)輸距離（如工程現(xiàn)場(chǎng)與混凝土廠的距離為20 km，則運(yùn)距取40 km）。其中，單方混凝土的生產(chǎn)碳排放、碳排放的調(diào)整量和單位運(yùn)輸距離單方混凝土的碳排放取自往年的統(tǒng)計(jì)資料。

式中：l——運(yùn)輸距離（km）。

4 碳排放因子的估算

預(yù)拌混凝土碳排放因子的估算是以不同強(qiáng)度等級(jí)的基準(zhǔn)配合比混凝土的碳排放估算為依據(jù)的，去除其中的單方混凝土的運(yùn)輸碳排放量。

不同生產(chǎn)企業(yè)的管理水平不同，按照基準(zhǔn)配合比估算出來(lái)的單方混凝土的碳排放量是不同的。因此，政府部門或權(quán)威機(jī)構(gòu)在估算預(yù)拌混凝土的碳排放因子時(shí)，需要在轄區(qū)內(nèi)預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)中抽出有代表性的企業(yè)20～30 家，對(duì)這些企業(yè)的基準(zhǔn)配合比單方混凝土的碳排放量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最后確定各個(gè)強(qiáng)度等級(jí)預(yù)拌混凝土碳排放因子，提供給建設(shè)方或施工方估算工程建造階段產(chǎn)生的碳排放。

5 結(jié)語(yǔ)

估算單方預(yù)拌混凝土的碳排放量需要確定組成混凝土的原材料的碳排放因子、運(yùn)輸距離和運(yùn)輸方式，需要確定單方混凝土的生產(chǎn)碳排放量、單方混凝土的運(yùn)輸碳排放量、單方混凝土碳排放量的調(diào)整量。

預(yù)拌混凝土的平均碳排放量的估算精度相對(duì)較差，不同企業(yè)之間的可比性較差。

基準(zhǔn)配合比單方混凝土的碳排放量可以用來(lái)比較不同企業(yè)之間的節(jié)能減排的水平，碳排放量越低，預(yù)拌混凝土生產(chǎn)的綠色程度越高。

具體配合比的碳排放量估算以歷年的對(duì)單方混凝土的生產(chǎn)碳排放、單方混凝土碳排放量的調(diào)整量、單方混凝土單位運(yùn)輸里程的碳排放量為依據(jù)，其數(shù)據(jù)可以提供給某個(gè)特定的項(xiàng)目。

預(yù)拌混凝土的碳排放因子是政府或權(quán)威部門用來(lái)測(cè)算本地區(qū)預(yù)拌混凝土生產(chǎn)時(shí)的碳排放水平的，可以在預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)碳排放估算困難的情況下，作為工程建造階段碳排放量的估算依據(jù)。