服裝生產(chǎn)過(guò)程碳排放量核算

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(guò)程碳排放量核算

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)

為研究服裝生產(chǎn)過(guò)程碳排放量計(jì)算模型在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用以及服裝生產(chǎn)過(guò)程碳排放量對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，對(duì)量化模型進(jìn)行應(yīng)用分析。以男襯衫生產(chǎn)實(shí)踐為例，對(duì)該款男襯衫進(jìn)行流程分析、功能單位分析、數(shù)據(jù)搜集和碳排放量計(jì)算。碳排放量化計(jì)算結(jié)果表明，男襯衫生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)過(guò)程的碳排放量大于男襯衫所用面料產(chǎn)生的碳排放量，且縫制環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放量最高。給出的碳排放量計(jì)算流程和方法同樣適用于其他款式服裝的生產(chǎn)過(guò)程，可為服裝生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行碳排放監(jiān)督與評(píng)價(jià)提供依據(jù)與參考。

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

很多服裝企業(yè)尤其是中小企業(yè)的生產(chǎn)工藝處于較為落后的水平，能源、資源消耗以單位產(chǎn)品計(jì)高出發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)妆禰1]。為幫助一些服裝企業(yè)控制產(chǎn)品的碳排放量,引導(dǎo)企業(yè)向低碳生產(chǎn)的模式轉(zhuǎn)變,一些研究機(jī)構(gòu)和環(huán)保組織積極地研究了相關(guān)產(chǎn)品碳排放的評(píng)估和測(cè)算方法[2]。在國(guó)外相關(guān)研究中，英國(guó)服裝零售業(yè)發(fā)現(xiàn)從紗線(xiàn)生產(chǎn)到消費(fèi)者使用，包括紡紗、織造、染整、后整理、裁剪、縫制以及運(yùn)輸?shù)乃协h(huán)節(jié)，每公斤織物排放的CO2達(dá)到12.5 kg[3]。劍橋大學(xué)、瑪莎集團(tuán)等服裝公司對(duì)T恤、褲子等服裝產(chǎn)品進(jìn)行了碳排放量的核算、估算，研究發(fā)現(xiàn)一件質(zhì)量為250 g的純棉T恤在使用過(guò)程中大約排放7 kg二氧化碳,為其自身質(zhì)量的28倍。一件滌綸含量為10%的褲子,若使用壽命為2 a,整個(gè)生產(chǎn)消費(fèi)環(huán)節(jié)碳排放量約為47 kg,為其自身質(zhì)量的117倍[4-5]，并通過(guò)積極推行減碳措施，降低產(chǎn)品碳排放量。美國(guó)安維爾服裝公司對(duì)其生產(chǎn)的產(chǎn)品(anvil knitwear：anvil organic、anvil recycled及anvil sustainable)中的系列有機(jī)棉、回收棉T恤產(chǎn)品進(jìn)行了碳排放量估算，并通過(guò)回收技術(shù)以回收的有機(jī)棉和聚酯(PET)塑料瓶繼續(xù)作為生產(chǎn)原料。在國(guó)內(nèi)，楊自平、董艷紅等對(duì)紡織纖維產(chǎn)品原料種植、生產(chǎn)過(guò)程、消費(fèi)使用等進(jìn)行了碳排放的測(cè)量分析[6-7]。研究表明，后整理階段對(duì)環(huán)境的影響最大，紡紗階段最小。韓晨晨等人對(duì)棉紡廠(chǎng)碳足跡進(jìn)行計(jì)算研究，將棉紡廠(chǎng)能耗分為：主機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)、照明、空氣壓縮機(jī)和輔機(jī)的電能消耗。根據(jù)碳燃燒氧化為二氧化碳的化學(xué)方程式及分子量求出每消耗1 t碳排放的二氧化碳量、單位電耗(1 kW·h)所需的標(biāo)準(zhǔn)煤量，由此計(jì)算出單個(gè)工序及單個(gè)流程的二氧化碳排放量[8]。

上述研究成果主要集中于整個(gè)產(chǎn)業(yè)的碳排放核算，通常包括原料獲取、生產(chǎn)、消費(fèi)、使用等階段，或?qū)οM(fèi)、使用階段碳排放有詳細(xì)的分析，但對(duì)于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放量核算缺乏有力的計(jì)算模型及方法。本文根據(jù)服裝生產(chǎn)相關(guān)知識(shí)，以PAS 2050：2008《商品和服務(wù)在生命周期內(nèi)的溫室氣體排放評(píng)價(jià)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對(duì)服裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放計(jì)算模型進(jìn)行案例核算。

1 服裝生產(chǎn)碳排放量核算案例概況

本文研究采用一款普通長(zhǎng)袖男襯衫為例進(jìn)行碳排放量化分析計(jì)算，其款型為：翻領(lǐng)、長(zhǎng)袖、明門(mén)襟、下擺弧形、左側(cè)一口袋、肩育克兩條明褶、門(mén)襟五扣、袖口三扣。該款男襯衫正面、背面具體款式如圖1所示。

圖1 男襯衫款式圖Fig.1 Male shirt pattern. (a) Front; (b) Back

生產(chǎn)用面輔料參數(shù)及車(chē)間總體情況如表1所示。工人數(shù)量60人，其中裁剪6人、縫制42人、熨燙12人；此外，生產(chǎn)中所需設(shè)備及數(shù)量為驗(yàn)布機(jī)1臺(tái)、拉布機(jī)2臺(tái)、電剪2把、工業(yè)平縫機(jī)26臺(tái)、平頭鎖眼機(jī)2臺(tái)、釘扣機(jī)2臺(tái)、5線(xiàn)包縫機(jī)4臺(tái)、電熨斗7把、吸風(fēng)整燙機(jī)2臺(tái)、領(lǐng)角定型機(jī)1臺(tái)。

表1 生產(chǎn)要素構(gòu)成分析Tab.1 Overall situation of production workshop

將男襯衫生產(chǎn)線(xiàn)編排為26道工序，表2示出了該款男襯衫生產(chǎn)的工序種類(lèi)、所用設(shè)備功率及作業(yè)時(shí)間。

表2 男襯衫生產(chǎn)的工序表及對(duì)應(yīng)設(shè)備功率Tab.2 Process table and corresponding power of devices for male shirt production

根據(jù)表中的工序順序及分類(lèi)，將縫制環(huán)節(jié)中的工作地布置分為衣身、袖片、衣領(lǐng)、組合部件4個(gè)模塊。設(shè)備放置及傳遞路線(xiàn)如圖2所示。

圖2 男襯衫生產(chǎn)設(shè)備布置圖Fig.2 Layout of male shirt production equipment

生產(chǎn)設(shè)備詳細(xì)布置作業(yè)類(lèi)型分為平縫作業(yè)、熨燙作業(yè)及特種機(jī)器作業(yè)。圖中數(shù)字與表2中的工序一一對(duì)應(yīng)，箭頭方向表示部件及半成品的傳遞路線(xiàn)，路線(xiàn)距離分為橫向、縱向、斜向3種路徑，橫向路徑數(shù)量為25，縱向路徑數(shù)量為6，斜向路徑數(shù)量為12。在本案例中，橫向傳輸路徑計(jì)算長(zhǎng)度為1 m，縱向?yàn)? m，斜向?yàn)?.4 m。半成品及成品的傳遞遵循服裝生產(chǎn)流水線(xiàn)的基本原則，做到不重復(fù)、不繞路、不回頭的要求，在設(shè)備數(shù)量和位置一定的情況下盡可能選取較短的傳輸路程。

2 服裝生產(chǎn)過(guò)程及功能單位確定

過(guò)程圖的目的是盡可能地將服裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)整個(gè)周期中所涉及的原料、活動(dòng)和過(guò)程全部列出,為之后的計(jì)算做準(zhǔn)備。男襯衫生產(chǎn)過(guò)程可分為原料入廠(chǎng)、生產(chǎn)加工、檢驗(yàn)包裝、成品出廠(chǎng)，如圖3所示。功能單位是提供一個(gè)在數(shù)學(xué)意義上統(tǒng)一計(jì)量的輸入與輸出基準(zhǔn),是整個(gè)過(guò)程碳排放計(jì)算的基準(zhǔn)，本文研究中男襯衫生產(chǎn)過(guò)程碳排放計(jì)算采用的功能單位生產(chǎn)件數(shù)，為方便研究，本文采用日產(chǎn)800件男襯衫作為碳排放計(jì)算的功能單位。在上述的過(guò)程圖中包括了男襯衫生產(chǎn)環(huán)節(jié)所有的排放，但并不是所有排放都必須納入碳排放計(jì)算，邊界核查將對(duì)碳排放小的一些流程省略。由于后整理環(huán)節(jié)的運(yùn)輸與生產(chǎn)場(chǎng)地有關(guān)、檢驗(yàn)與產(chǎn)品種類(lèi)、人員數(shù)量與安排有關(guān)、預(yù)縮與產(chǎn)品種類(lèi)有關(guān)，因此將這3個(gè)部分產(chǎn)生的碳排放省略。

圖3 男襯衫生產(chǎn)過(guò)程圖Fig.3 Diagram of male shirt production process

3 數(shù)據(jù)收集

根據(jù)PAS 2050:2008計(jì)算某服裝生產(chǎn)過(guò)程的碳排放需要2類(lèi)數(shù)據(jù)：活動(dòng)水平數(shù)據(jù)和排放因子?；顒?dòng)水平數(shù)據(jù)是指服裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及到的所有原材料和能源。排放因子是將這些數(shù)量轉(zhuǎn)換成相當(dāng)?shù)臏厥覛怏w排放量，即單位活動(dòng)水平數(shù)據(jù)排放的溫室氣體數(shù)量。這2類(lèi)數(shù)據(jù)的來(lái)源主要為初級(jí)數(shù)據(jù)和次級(jí)數(shù)據(jù)。初級(jí)數(shù)據(jù)是在服裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)由企業(yè)或工廠(chǎng)內(nèi)部對(duì)能耗所做的直接測(cè)量(如縫紉設(shè)備工作時(shí)間及功率大小)；次級(jí)數(shù)據(jù)是指不針對(duì)具體環(huán)節(jié)的測(cè)量，但是一種對(duì)同類(lèi)過(guò)程或材料的平均或通用測(cè)量(如《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》)。

一般情況，優(yōu)先使用或搜集初級(jí)數(shù)據(jù)，因?yàn)槌跫?jí)數(shù)據(jù)來(lái)源于工廠(chǎng)生產(chǎn)一線(xiàn)，是最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，初級(jí)數(shù)據(jù)可使企業(yè)更好地了解內(nèi)部生產(chǎn)情況，對(duì)碳減排等可采取更有效的措施。凡無(wú)法獲得初級(jí)活動(dòng)水平數(shù)據(jù)或者初級(jí)活動(dòng)水平數(shù)據(jù)質(zhì)量有問(wèn)題時(shí)，采用其他來(lái)源的次級(jí)數(shù)據(jù)。在男襯衫生產(chǎn)過(guò)程中，一些初級(jí)數(shù)據(jù)較易獲得，例如生產(chǎn)過(guò)程使用的水電、設(shè)備功率及工序時(shí)間等，而一些次級(jí)數(shù)據(jù)較難獲得，例如原料中不同成分的排放因子，不同輔料的排放因子等，因此本研究一部分?jǐn)?shù)據(jù)是通過(guò)閱讀大量文獻(xiàn)得來(lái)，如部分材料的排放因子。在進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集時(shí)，無(wú)法獲得所有男襯衫生產(chǎn)中需要的所有材料的排放因子或?qū)τ谀撤N材料無(wú)法追溯其細(xì)分材質(zhì)種類(lèi)，則將該材料各種已知材質(zhì)下的數(shù)據(jù)結(jié)果求平均值作為該種材料的排放因子[9]。研究采用的水、電及其他部分生產(chǎn)相關(guān)材料的碳排放因子如表3所示。

表3 部分生產(chǎn)相關(guān)能源的碳排放因子Tab.3 Part of energy-related carbon emissions factors of production

注：kgCO2e表示消耗單位質(zhì)量的能源或材料釋放的CO2量。

4 碳排放計(jì)算

根據(jù)裁剪、縫制、后整理3個(gè)環(huán)節(jié)的碳排放量計(jì)算模型計(jì)算出男襯衫生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放量。

裁剪環(huán)節(jié)碳排放模型為

式中：CC為裁剪環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的碳排放量，kgCO2；Pi為設(shè)備的額定功率，W；ti為生產(chǎn)時(shí)間，h；fd為電能的碳排放因子，kgCO2e(e為emission的縮寫(xiě))；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)，次；Nr為相應(yīng)工種的工人數(shù)量，位；u、r為不同工序類(lèi)別。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(duì)應(yīng)的能源碳排放因子，kgCO2e；ηm為對(duì)應(yīng)布料種類(lèi)的排料效率，%?？p制環(huán)節(jié)碳排放模型為

式中：CF為縫制環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的碳排放量，kgCO2；fd為電能的碳排放因子，kgCO2e；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；Gq為生產(chǎn)單位產(chǎn)量的服裝所需的各類(lèi)輔料消耗量，kg；δq為相應(yīng)輔料的碳排放因子，kgCO2e；q為不同輔料種類(lèi)。K2為動(dòng)態(tài)工作情況下呼吸產(chǎn)生的碳排放量，kgCO2；dr、de為相鄰工位間隔距離，m；Nr、Ne為同一間隔距離的個(gè)數(shù)；vr為動(dòng)態(tài)工作情況下人傳遞速率，m/h；ve為機(jī)械傳遞速率，m/h;We為機(jī)械設(shè)備額定功率，W。

后整理環(huán)節(jié)的碳排放模型為

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。

根據(jù)上述模型計(jì)算的結(jié)果中K1、K2為人呼吸產(chǎn)生的碳排放量，為能夠?qū)⒔Y(jié)果進(jìn)行定量比較分析，設(shè)定人在靜止?fàn)顟B(tài)下每小時(shí)約呼吸1 200次，每次排出0.4 L空氣，其中二氧化碳約占4.4%，則人靜止?fàn)顟B(tài)下每小時(shí)約排出21.12 L的二氧化碳，通常情況下二氧化碳密度為1.96 g/L，因此約排出0.041 kg的二氧化碳，即本文中K1設(shè)定值為0.041。設(shè)定人在運(yùn)動(dòng)情況下每小時(shí)呼吸1 500次，每次呼吸排出0.5 L空氣，其中二氧化碳約占8%，則運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下每小時(shí)約排出60 L的二氧化碳，質(zhì)量為0.12 kg，即本文中K2設(shè)定值為0.12。代入模型中可得出男襯衫生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放結(jié)果如表4所示。

表4 男襯衫生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放計(jì)算結(jié)果Tab.4 Calculations of carbon emissions in male shirt production

由表4可見(jiàn)，男襯衫生產(chǎn)過(guò)程中縫制環(huán)節(jié)的碳排放量最大，是裁剪環(huán)節(jié)碳排放量的2倍多，而后整理環(huán)節(jié)的碳排放量最小，鋪料長(zhǎng)度1.2 m可套排 2件 男襯衫，則800件男襯衫所需布料總長(zhǎng)度約為480 m，所需面料面積約為720 m2，由布料的面密度計(jì)算可得面料總質(zhì)量約為74.5 kg，面料中80%為棉，20%為滌綸，根據(jù)棉和滌綸的排放因子計(jì)算得出面料所產(chǎn)生的碳排放量為1.024 tCO2。而生產(chǎn)男襯衫的過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放總量計(jì)算值為1.372 tCO2，比男襯衫所用面料產(chǎn)生的碳排放量還大。

5 結(jié) 論

1)男襯衫生產(chǎn)過(guò)程中裁剪、縫制、后整理3個(gè)環(huán)節(jié)的碳排放量超過(guò)1 t CO2，其中縫制環(huán)節(jié)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程碳排放的貢獻(xiàn)最大，約為裁剪環(huán)節(jié)的2倍，而生產(chǎn)男襯衫的過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放總量比男襯衫所用面料產(chǎn)生的碳排放量還大。

2)由計(jì)算結(jié)果可知，服裝縫制環(huán)節(jié)是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中能耗最大的環(huán)節(jié)，也是節(jié)能減排的關(guān)鍵，在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，對(duì)材料、設(shè)備的選擇、工作地及人員安排都會(huì)對(duì)縫制環(huán)節(jié)碳排放產(chǎn)生影響。

3)通過(guò)計(jì)算結(jié)果可制定相關(guān)低碳生產(chǎn)方案，生產(chǎn)低碳服裝產(chǎn)品，檢測(cè)監(jiān)督企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，也為制定相關(guān)碳減排政策提供依據(jù)。

[1] 2012年我國(guó)紡織業(yè)污染情況探討分析,中國(guó)行業(yè)研究網(wǎng)[EB/OL].[2012-07-20].http://www.chinairn.com/news/20 120710/084957.html. China′s textile industry pollution analysis in 2012,China Industry Research Network.[EB/OL].[2012-07-20]. http://www.chinairn.com/news/20120710/084957.html.

[2] Carbon Trust. Carbon footprint measurement method-

ology[J].The Carbon Trust, 2007(1)27 :34.

[3] ZAFFALON Valerio. Carbon mitigation and textiles[J]. Textile World, 2010(7): 35.

[4] 顧娟紅.低碳經(jīng)濟(jì)和低碳服裝[J].中國(guó)科技博覽, 2010(19):264. GU Juanhong. Low carbon economy and clothing[J]. China Science and Technology Review, 2010(19):264.

[5] Think Climate-wash your clothes at 30 ℃,Marks & Spencer Website.[EB/OL].http://plana.Marksand-spencer.com/we are doing climate change stories/35.

[6] 楊自平，張建春，張華等.基于PAS2050規(guī)范的大麻纖維產(chǎn)品碳足跡測(cè)量分析[J].紡織學(xué)報(bào)，2012,33(8):140-144. YANG Ziping, ZHANG Jianchun, ZHANG Hua, et al. Assessing of carbon footprint of hemp product according to PAS2050[J].Journal of Textile Research, 2012, 33(8): 140-144.

[7] 董艷紅，錢(qián)競(jìng)芳，薛文良.棉紡織品碳足跡的研究[J].上海紡織科技，2012，40(4)：1-2. DONG Yanhong, QIAN Jingfang, XUE Wenliang. Research on carbon footprint of cotton textiles[J]. Shanghai Textile Science & Technology,2012，40(4)：1-2.

[8] 韓晨晨,魏孟媛,薛文良.碳足跡計(jì)算在棉紡廠(chǎng)的應(yīng)用研究[J].棉紡織技術(shù)，2012,40(8):493-495. HAN Chenchen, WEI Mengyuan, XUE Wenliang. Application and research of carbon footprint calculation in cotton mill[J].Cotton Textile Technology, 2012,40(8):493-495.

[9] 明遠(yuǎn)會(huì). 對(duì)人體呼出氣體中氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定[J]. 化學(xué)教學(xué), 2007(6)：15. MING Yuanhui. Determination of volume fraction of gases nitrogen, oxygen, carbon dioxide human exhaled[J]. Chemistry Teaching,2007(6):15.

Accounting of carbon emission in garment production process

YU Lu, WANG Lichuan, CHEN Yan

(CollegeofTextileandClothingEngineering,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215021,China)

To study the application of the calculation model of carbon emission in the garment production process and the influence of the carbon emission in actual production on the environment, a quantitative model proposed in this study was applied and analyzed. Taking a male shirt as an example, flow analysis, functional unit analysis, data collection and calculation of carbon emission are performed on the male shirt. The results indicated that in the production process of male shirts, the amount of the carbon emission during the whole process is higher than that of the fabric used in production. The amount of the carbon emission generated from the sewing link is highest. This method can also be applied to the production of other styles of clothing, providing a basis and reference for carbon emission monitoring and evaluation for garment manufacturers in the production process.

male shirt; production processes; carbon emission; calculation model

10.13475/j.fzxb.20150105805

2015-01-28

2015-08-26

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