服裝生產(chǎn)過程碳排放計(jì)算模型

俞 璐， 王立川， 陳 雁

(蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院， 江蘇 蘇州 215021)

服裝生產(chǎn)過程碳排放計(jì)算模型

俞 璐， 王立川， 陳 雁

(蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院， 江蘇 蘇州 215021)

為監(jiān)督與評價(jià)服裝企業(yè)生產(chǎn)過程中的碳排放，根據(jù)碳排放相關(guān)規(guī)則及定義，對服裝生產(chǎn)線進(jìn)行分析，從生產(chǎn)設(shè)備、傳輸過程、廢棄物排放、人力損耗等方面,分別對裁剪、縫制、后整理等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放因素建立對應(yīng)的碳排放計(jì)算模型，將所有能耗轉(zhuǎn)換為二氧化碳當(dāng)量進(jìn)行核算，以便進(jìn)行碳排放評估。該理論模型為服裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放量化研究提供計(jì)算參考，還可用于企業(yè)碳排放跟蹤分析，以及作為生產(chǎn)組織方案優(yōu)化的參考依據(jù)。

服裝； 生產(chǎn)環(huán)節(jié)； 碳排放； 計(jì)算模型

Abstract In order to monitor and evaluate on corporate carbon emissions, quantitative analysis and model establishment of carbon emissions in garment production process are quite important. Based on rules and definitions of carbon emission, the paper analyzed organizations of garment production lines and emission factors of cutting, sewing and finishing processes from production equipment, transfer process, waste emissions and labor consumption respectively, and established the corresponding calculation model. All the energies are transformed into carbon dioxide equivalent so as to assess carbon emissions. In addition, the theoretical model provides a reference for analysis of carbon emissions in garment production processes, and is applicable to tracking analysis of corporate carbon emissions as well as the reference of organization in production optimization.

Keywords garment; production process; carbon emission; calculation model

服裝行業(yè)發(fā)展日新月異，但仍然有許多新的問題亟待解決，尤其是對環(huán)境產(chǎn)生的影響使得企業(yè)越來越注重服裝生產(chǎn)中完善的加工和生產(chǎn)體系，不斷提高生產(chǎn)管理水平。對于紡織服裝領(lǐng)域碳排放現(xiàn)狀已有從不同層面進(jìn)行了廣泛的研究[1-3]。碳排放量揭示了人類活動對全球氣候產(chǎn)生的影響，其量化方法主要采用碳排放核算。隨著各國對碳排放問題的日益重視，近年來，出臺了不少評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于企業(yè)和產(chǎn)品碳排放及碳足跡評價(jià)，如溫室氣體議定書GHG Protocol，PAS 2050:2008《商品和服務(wù)在生命周期內(nèi)的溫室氣體排放評價(jià)規(guī)范》，溫室氣體系列標(biāo)準(zhǔn)ISO 14064：2006《溫室氣體核證》等。此外，眾多的企業(yè)和機(jī)構(gòu)也紛紛尋找合適的碳排放評價(jià)方法，例如旭榮集團(tuán)、海東青集團(tuán)和上海出入境檢驗(yàn)檢疫局對紡織服裝產(chǎn)品進(jìn)行了碳排放相關(guān)的碳足跡、碳標(biāo)簽認(rèn)證等研究[4-6]。環(huán)境毒理學(xué)和化學(xué)學(xué)會1993 年提出生命周期評價(jià)方法的技術(shù)框架[7]，該評價(jià)方法雖然已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十年，但仍然存在一些不足之處：缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的生命周期清單分析方法、缺乏有效的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫等。也有相當(dāng)一部分學(xué)者對行業(yè)內(nèi)碳排放計(jì)算進(jìn)行了相關(guān)模型的研究，王來力等[8]采用排放系數(shù)法計(jì)算全行業(yè)的碳排放，同時(shí)研究了紡織產(chǎn)品碳排放計(jì)算的拆分原則。屠莉華[9]對牛仔褲生產(chǎn)過程進(jìn)行了碳排放研究，對紡紗、織造、成衣階段建立不同的碳足跡模型，并且對牛仔褲低碳生產(chǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探究和分析。有美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家在1936年提出投入產(chǎn)出法[10]，將相關(guān)各部門在單位時(shí)期內(nèi)的所有投入和產(chǎn)出列成表，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出消耗系數(shù)來進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析和預(yù)測，這也是目前比較成熟的分析方法。Matthews等[11]結(jié)合投入產(chǎn)出模型與生命周期評價(jià)法建立了投入產(chǎn)出—生命周期評價(jià)模型，可用于評價(jià)家庭、工業(yè)企業(yè)部門以及其他組織的碳排放。

上述研究成果中不同的理論和實(shí)踐研究方式，多是以部門模塊化的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所以無法得到某個(gè)產(chǎn)品的碳排放值，一般適用于組織或行業(yè)的碳排放的計(jì)算，并不適用單個(gè)產(chǎn)品的碳排放計(jì)算。而關(guān)于構(gòu)建碳排放計(jì)算模型或者詳細(xì)進(jìn)行碳排放評價(jià)的研究大都與行業(yè)整體相關(guān)，并沒有細(xì)化到具體環(huán)節(jié)和產(chǎn)品中，尤其在服裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)的研究還存在著明顯的不足。本文根據(jù)服裝生產(chǎn)相關(guān)知識，以PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對服裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放建立計(jì)算模型。

1 裁剪過程碳排放模型

本文研究將排放源分為材料消耗、設(shè)備能耗和人力損耗3部分，材料及設(shè)備均采用對應(yīng)的碳排放量轉(zhuǎn)換，由于目前對人力的碳排放沒有統(tǒng)一的排放系數(shù)。本文研究建立人力碳排放系數(shù)K來代入模型計(jì)算。將人力勞動狀態(tài)分為靜態(tài)和動態(tài)2種情況，靜態(tài)工作是指人靜坐或站立情況下產(chǎn)生的活動，動態(tài)工作是指人行走或奔跑情況下產(chǎn)生的活動。設(shè)定工人在靜態(tài)工作情況下每小時(shí)呼吸產(chǎn)生的碳排放量為K1，單位kg，K1(amin，amax)；在動態(tài)工作情況下每小時(shí)呼吸產(chǎn)生的碳排放量為K2，單位kg，K2(bmin，bmax)。amin、amax、bmin、bmax分別為靜態(tài)工作和動態(tài)工作情況下每小時(shí)呼吸產(chǎn)生的碳排放量的最小值與最大值。

驗(yàn)布機(jī)、拉布機(jī)及裁剪設(shè)備大多為連續(xù)式工作設(shè)備，單位產(chǎn)量的耗電量估算公式為

(1)

式中：El為連續(xù)式工作設(shè)備耗電量，kW·h;P1為設(shè)備的額定功率，W;t1為生產(chǎn)時(shí)間，h。

此類生產(chǎn)設(shè)備在正常工作時(shí)，通常處于滿負(fù)荷狀態(tài)，因此，裁剪過程設(shè)備耗電量總量為驗(yàn)布機(jī)、拉布機(jī)、裁剪機(jī)的耗電總和。根據(jù)PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，某一活動的碳排放量值為活動水平數(shù)據(jù)與排放因子的乘積，因此，連續(xù)式工作設(shè)備所產(chǎn)生的碳排放量是設(shè)備能耗乘以電能的排放因子之和。估算公式如下：

(2)

式中：C1為單位產(chǎn)量裁剪設(shè)備所產(chǎn)生的碳排放量，kgCO2；Eli為第i種連續(xù)式工作設(shè)備單位產(chǎn)量產(chǎn)生的耗電量，kW·h；fe為電能的碳排放因子，kgCO2e(e為emission的縮寫)。

驗(yàn)片、編號、捆扎在現(xiàn)在服裝企業(yè)中由人工完成，且屬于靜態(tài)工作，因此產(chǎn)生的碳排放量估算公式為

(3)

式中:CJ為生產(chǎn)單位產(chǎn)量服裝人在靜態(tài)工作時(shí)呼吸產(chǎn)生的碳排放總量，kgCO2；K1為人靜態(tài)工作時(shí)每小時(shí)呼吸產(chǎn)生的碳排放量，kgCO2；tu為工人做某項(xiàng)具體工序的時(shí)間，h；nr為生產(chǎn)單位產(chǎn)量服裝該工序重復(fù)的次數(shù)；Nr為相應(yīng)工種的工人數(shù)量；u、r為不同工序類別。

在裁剪過程中，主要廢棄物為裁剪之后的剩余布料，這些布料大多為排料后的碎布，無法回收或用于其他地方，因此排料的效率和廢布產(chǎn)生的碳排放量有很大的關(guān)系。排料效率越高，布匹的利用率越高，廢布剩余就越少，相應(yīng)的碳排放量就越小。廢棄布料的碳排放量估算如下：

(4)

式中：C2為單位產(chǎn)量服裝產(chǎn)生的廢棄布料碳排放總量，kgCO2；Em為生產(chǎn)單位產(chǎn)量該布料所需的第m種能源的消耗量，kg；fm為對應(yīng)的能源碳排放因子，kgCO2；ηm為對應(yīng)布料種類的排料效率，%。

綜上所述，裁剪過程的碳排放模型為

(5)

由式(5)可以看出，裁剪環(huán)節(jié)碳排放量會受到電能排放因子、設(shè)備數(shù)量、設(shè)備功率、作業(yè)時(shí)間、傳遞路線、廢棄材料等因素影響。

2 縫制過程碳排放模型

服裝生產(chǎn)的縫制過程中碳排放源主要有縫制設(shè)備的能耗、輔料的消耗、半成品和成品在工位之間傳送以及廢棄物的排放和處理。

在生產(chǎn)過程中，很多縫制設(shè)備僅在有樣品需要制作時(shí)工作，其余時(shí)間為空轉(zhuǎn)時(shí)間，例如平縫機(jī)、包縫機(jī)、自動剪線機(jī)等，這樣設(shè)備為間歇式生產(chǎn)設(shè)備，單位產(chǎn)量的耗電量估算公式為

(6)

式中：Ej為間歇式生產(chǎn)設(shè)備的耗電量，kW·h；Py為有效工作功率，W；ty為有效工作時(shí)間，h；Pw為空轉(zhuǎn)工作功率，W；tw為空轉(zhuǎn)工作時(shí)間，h。

此類生產(chǎn)設(shè)備在工作時(shí)，有滿負(fù)荷和空轉(zhuǎn)2種狀態(tài)，因此，縫制過程設(shè)備耗電總量為這些設(shè)備的有效工作和空轉(zhuǎn)的耗電總和，所產(chǎn)生的碳排放量是設(shè)備能耗乘以電能的排放因子之和。估算公式如下：

(7)

式中：C3為單位產(chǎn)量縫制設(shè)備所產(chǎn)生的碳排放量，kgCO2；Ejp為第p種間歇式工作設(shè)備單位產(chǎn)量產(chǎn)生的耗電量,kW·h；fe為電能的碳排放因子，kgCO2；p為間歇式工作設(shè)備種類。

輔料的消耗根據(jù)所生產(chǎn)服裝款式的不同有粘合襯、縫紉線、紐扣、拉鏈、花邊、吊牌、其他裝飾等，這些材料的碳排放因子δq。根據(jù)所搜集的數(shù)據(jù)，輔料消耗碳排放估算公式為

(8)

式中：Cf為生產(chǎn)單位產(chǎn)量服裝所消耗輔料產(chǎn)生的碳排放總量，kgCO2；Gq為生產(chǎn)單位產(chǎn)量服裝所需的各類輔料消耗量，kg；δq為相應(yīng)輔料的碳排放因子，kg CO2e；q為不同輔料種類。

縫制過程主要碳排放源還包括服裝部件、輔料等在工位之間的傳遞，按照圖1所示安排工位。

假設(shè)每個(gè)需要傳遞部件的相鄰工位縱向間隔距離為d1, 橫向間隔距離為d2, 對角線間隔距離為d3, 則需要傳遞的總路程為

(9)

式中：i=1,2,3;j=1,2,3,…,n;L為傳遞總路程，m；di為相鄰工位間隔距離，m；Nj為同一間隔距離的個(gè)數(shù)。

傳遞形式分為機(jī)械式傳遞與人力傳遞2種，人力傳遞產(chǎn)生的碳排放主要為人的呼吸，而機(jī)械傳遞產(chǎn)生的碳排放主要為機(jī)器所耗的電能，本文研究中人力傳遞碳排放量設(shè)定為K2，單位為kg/h，K2(bmin，bmax), 機(jī)械傳遞主要為推車，傳送帶等方式，在工位之間的傳遞所耗能量均與傳遞總路程及單位速度有關(guān)，部件傳遞消耗的碳排放估算公式為

(10)

式中：r,e分別為不同工位人力傳遞方式與機(jī)械傳遞方向，Cd為人力傳遞所產(chǎn)生的碳排放量，kgCO2；K2為動態(tài)工作情況下呼吸產(chǎn)生的碳排放量，kg/h；Lr為人力傳遞總路程，m；vr為動態(tài)工作情況下人傳遞速率，m/h；We為機(jī)械設(shè)備額定功率，W；Le為機(jī)械傳遞總路程，m；ve為機(jī)械傳遞速率，m/h。

綜上所述，縫制環(huán)節(jié)的碳排放模型為：

(11)

由式(11)可以看出，縫制環(huán)節(jié)碳排放量會受到電能排放因子、設(shè)備數(shù)量、設(shè)備有效功率及空轉(zhuǎn)功率、作業(yè)時(shí)間、傳遞路線、使用輔料量等因素的影響。

3 后整理過程碳排放模型

在裁剪與縫制環(huán)節(jié)之后，一項(xiàng)不可避免的環(huán)節(jié)即后整理環(huán)節(jié)。通常意義的服裝后整理包括整燙、檢驗(yàn)及包裝，整燙環(huán)節(jié)主要的碳排放為蒸汽量，由于整燙機(jī)的電能轉(zhuǎn)化的蒸汽一部分用于成品半成品整燙，另一部分蒸汽排入到空氣中，因此整燙過程的碳排放即可視為整燙機(jī)的耗電能量。除了整燙外，后整理過程也涉及到傳遞運(yùn)輸，產(chǎn)生的碳排放量計(jì)算方式與上節(jié)相同，見式(9)、(10)。最終將合格產(chǎn)品進(jìn)行包裝，所產(chǎn)生的碳排放主要為包裝材料，計(jì)算方法見式(8)。

綜上所述，后整理環(huán)節(jié)的碳排放模型為：

(12)

式中：CH為后整理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放量，kgCO2；n為整燙機(jī)數(shù)量；Pz為整燙機(jī)功率，w；tz為機(jī)器工作時(shí)間，h。

由式(12)可看出，后整理過程碳排放量會受到電能的排放因子、整燙設(shè)備數(shù)量及功率、作業(yè)時(shí)間、傳遞路線、包裝材料用量等因素的影響。

4 結(jié) 語

1)服裝生產(chǎn)過程碳排放計(jì)算模型的研究細(xì)化到每一工序，從更為微觀的角度對生產(chǎn)過程進(jìn)行了分析。通過建模分析發(fā)現(xiàn)，整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放量主要由電力排放因子，設(shè)備數(shù)量、設(shè)備功率、作業(yè)時(shí)間、傳遞方式及路線、使用材料及其排放因子等因素決定。

2)由于不同款式服裝生產(chǎn)過程中均會涉及以上因素，因此該模型可適用于各類服裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為企業(yè)對生產(chǎn)過程碳排放進(jìn)行量化提供計(jì)算依據(jù)，為碳排放評估提供理論參考。

3)將碳排放與服裝生產(chǎn)組織理論相結(jié)合，指出了服裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放數(shù)據(jù)的量化關(guān)系，從而可以對服裝企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行節(jié)能減排。

[1] 趙榮欽, 黃賢金, 鐘太洋. 中國不同產(chǎn)業(yè)空間的碳排放強(qiáng)度與碳足跡分析[J]. 地理學(xué)報(bào)，2010，65(9)：1048-1057. ZHAO Rongqin, HUANG Xianjin, ZHONG Taiyang. Research on carbon emission intensity and carbon footprint of different industrial spaces in China[J].Acta Geographica Sinica, 2010, 65(9):1048-1057.

[2] CARBON Trust. Carbon footprint measurement methodology[J].The Carbon Trust, 2007(1)：27-34.

[3] 楊宏偉. IPCC能源清單指南進(jìn)展及其對中國的影響[J]. 氣候變化研究進(jìn)展，2006(6)：273-276. YANG Hongwei. Progress in IPCC guidelines for energy sector inventories and its impacts on China[J].Advanced in Climate Change Research, 2006(6)：273-276.

[4] 陳金燦.節(jié)能信念源于對后代的承諾[J]. 紡織服裝周刊，2013(37):12-14. CHEN Jincan. Saving faith stems from its commitment to future generations[J].Textile Apparel Weekly, 2013(37):12-14.

[5] 粘偉誠. 提高中國產(chǎn)業(yè)用紡織話語權(quán)[J]. 中國紡織，2011(4)：67. ZHAN Weicheng. Improve the right to speak of China′s textile industry[J]. Chinese Textiles, 2011(4)：67.

[6] 馮文艷,吳雄英,丁雪梅. LCA分配方法在紡織服裝碳足跡核算中的應(yīng)用[J].印染，2014(13)： 12. FENG Wenyan, WU Xiongying, DING Xuemei. Application of LCA allocation method to calculation of carbon footprint of textile and apparel products[J]. China Dyeing & Finishing, 2014(13)： 12.

[7] KL?PFFER W. Life cycle assessment (LCA)[J]. Environmental Science and Pollution Research，1994，1(4)：272-279.

[8] 王來力, 丁雪梅, 吳雄英. 紡織產(chǎn)品碳足跡研究進(jìn)展[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2013, 34(6):113-119. WANG Laili, DING Xuemei, WU Xiongying. Research progress of textile carbon footprint[J].Journal of Textile Research, 2013, 34(6):113-119.

[9] 屠莉華. 基于 PAS 2050 的牛仔褲生產(chǎn)碳足跡研究[D]. 上海：東華大學(xué)，2012:15-24. TU Lihua. The carbon footprint research of jeans production on the basis of PAS 2050 standard[D]. Shanghai: Donghua University, 2012:15-24.

[10] LEONTIEF W. The Structure of American Economy[M]. New York： IASP Publishing，1941: 1919-1929.

[11] HUANG Y A， MATTHEWS H S. Seeking opportunities to reduce life cycle impacts of consumer goods-an economy-wide assessment[C]. Electronics and the Environment，2008. ISEE 2008. IEEE International Symposium on. [s.l.]: IEEE，2008：1-6.

Calculation model of carbon emission in garment production processes

YU Lu， WANG Lichuan， CHEN Yan

(CollegeofTextileandClothingEngineering，SoochowUniversity，Suzhou,Jiangsu215021,China)

10.13475/j.fzxb.20150105704

2015-01-28

2015-06-17

江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2012115)

俞璐(1989—)，女，碩士生。主要研究方向?yàn)榉b生產(chǎn)管理。陳雁，通信作者，E-mail：yanchen@suda.edu.cn。

TS 01

A