建筑陶瓷行業(yè)能耗現(xiàn)狀及碳排放因子分析*

郭 鴻

(中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)廈門宏業(yè)有限公司 福建廈門 361102)

2022 年4 月1 日起正式實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 55015-2021建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范要求:建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告、建設(shè)方案和初步設(shè)計(jì)文件應(yīng)包含建筑能耗、可再生能源利用及建筑碳排放分析報(bào)告。其中,碳排放分析報(bào)告的編制依據(jù)為GB/T 51366-2019建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。對于建筑碳排放計(jì)算而言,計(jì)算邊界、計(jì)算方法均是明確的,問題在于標(biāo)準(zhǔn)中僅提供部分常用的能源、建材、運(yùn)輸?shù)鹊奶寂欧乓蜃?無法對不同類型建筑進(jìn)行準(zhǔn)確、可信的碳排放分析計(jì)算。

筆者通過文件評審、實(shí)地調(diào)研、數(shù)據(jù)分析等手段,旨在明確目前建筑陶瓷企業(yè)在能源消費(fèi)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出節(jié)能減排建議,并進(jìn)一步按照最不利原則提出可以代表當(dāng)前行業(yè)情況的建筑陶瓷磚碳排放因子,為完善國家碳排放因子數(shù)據(jù)庫提供了參考依據(jù)。

1 建筑陶瓷企業(yè)能源消費(fèi)現(xiàn)狀

1.1 建筑陶瓷企業(yè)基本情況

筆者共實(shí)地調(diào)研了20家建筑陶瓷企業(yè),為響應(yīng)國家節(jié)能以及地方節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)政策,各企業(yè)自2012年以來陸續(xù)進(jìn)行了一系列改造:以天然氣替代自制水煤氣的輥道窯清潔工作;強(qiáng)化廢氣污染治理效果,確保廢氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo),排放的原有廢氣環(huán)保設(shè)施相應(yīng)的技術(shù)升級改造及增設(shè)環(huán)保設(shè)施等。在政府引導(dǎo)及市場干預(yù)的雙重推動(dòng)下,各企業(yè)的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)自動(dòng)化水平大致相同。生產(chǎn)工藝流程圖基本如圖1所示,各企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)、生產(chǎn)經(jīng)營管理方式的不同,生產(chǎn)工藝流程的優(yōu)化會(huì)有所側(cè)重。

圖1 建筑陶瓷磚生產(chǎn)工藝流程圖

由圖1可知,建筑陶瓷磚生產(chǎn)過程消耗的化石燃料主要為煙煤和天然氣。另外,柴油作為叉車、鏟車等移動(dòng)源化石燃料,較少使用汽油;電力為生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線自動(dòng)化提供動(dòng)力。生產(chǎn)能源消耗及對應(yīng)的重點(diǎn)耗能設(shè)備情況如表1所示。

表1 重點(diǎn)耗能設(shè)備及能源品種

1.2 能源消費(fèi)現(xiàn)狀分析

通過文件評審與現(xiàn)場核查,統(tǒng)計(jì)得到20家建筑陶瓷企業(yè)煙煤、天然氣、柴油、電力的能源消耗數(shù)據(jù),依據(jù)GB 21252-2013建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額中5.3節(jié)的計(jì)算方法統(tǒng)一折算成標(biāo)準(zhǔn)煤能耗。20家建筑陶瓷企業(yè)消耗煙煤、天然氣、柴油、電力折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的比例如圖2所示。

圖2 折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的能源消耗比例圖

從圖2可以看出,通過對能源消耗比例進(jìn)行平均值計(jì)算,天然氣能源消耗折算成標(biāo)準(zhǔn)煤占比最大,約為56%;煙煤能源消耗折算成標(biāo)準(zhǔn)煤占比次之,約為35%;電力消耗折算成標(biāo)準(zhǔn)煤占比排名第三,僅為9%;移動(dòng)源消耗的柴油折算成標(biāo)準(zhǔn)煤占比非常小,約為0。

GB 21252-2013建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額根據(jù)不同產(chǎn)品吸水率進(jìn)行劃分產(chǎn)品分類,給出了以千克標(biāo)準(zhǔn)煤每平方米(kgce/m2)為計(jì)量單位的陶瓷磚單位產(chǎn)品能耗的限定值、準(zhǔn)入值、先進(jìn)值,如表2所示。

表2 陶瓷磚單位產(chǎn)品能耗等級劃分(kgce/m2)

根據(jù)企業(yè)提供的產(chǎn)品檢測報(bào)告中的吸水率檢測結(jié)果,其中16家企業(yè)的產(chǎn)品分類為外墻磚(10%≥E＞0.5%),建筑陶瓷企業(yè)17家的產(chǎn)品分類為玻化磚(E≤0.5%),建筑陶瓷企業(yè)18家的產(chǎn)品分類為內(nèi)墻磚(E≥10%),建筑陶瓷企業(yè)19家和20家同時(shí)生產(chǎn)2種產(chǎn)品分類的陶瓷磚,分別為外墻磚(10%≥E＞0.5%)、?；u(E≤0.5%)和外墻磚(10%≥E＞0.5%)、內(nèi)墻磚(E≥10%)。

結(jié)合各企業(yè)合格產(chǎn)品的面積產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量產(chǎn)品產(chǎn)量以及綜合能耗,可計(jì)算得到單位面積產(chǎn)品綜合能耗與單位質(zhì)量產(chǎn)品綜合能耗。建筑陶瓷企業(yè)17～20家的單位面積產(chǎn)品綜合能耗分別為3.87 kgce/m2、2.69 kgce/m2、2.09 kgce/m2、3.60 kgce/m2,均在先進(jìn)值行列。筆者將產(chǎn)品分類同為外墻磚(10%≥E＞0.5%)的建筑陶瓷企業(yè)1～16家的單位面積產(chǎn)品綜合能耗與單位質(zhì)量產(chǎn)品綜合能耗繪制在圖3上進(jìn)行對比分析,并在圖3上示意了吸水率10%≥E＞0.5%的陶瓷磚的限定值、準(zhǔn)入值、先進(jìn)值水平線。

圖3 單位產(chǎn)品綜合能耗對比圖

由圖3可見,建筑陶瓷企業(yè)生產(chǎn)能耗水平差異較大,單位產(chǎn)品綜合能耗差距較大、能源管控水平參差不齊;部分企業(yè)的建筑陶瓷產(chǎn)品單位面積產(chǎn)品綜合能耗與單位質(zhì)量產(chǎn)品綜合能耗存在一定的關(guān)系;有些單位面積產(chǎn)品綜合能耗較小,而單位質(zhì)量產(chǎn)品綜合能耗卻較大,不存在明顯的關(guān)系。例如,建筑陶瓷企業(yè)11～14家的單位面積產(chǎn)品綜合能耗與單位質(zhì)量產(chǎn)品綜合能耗部分呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系,而建筑陶瓷企業(yè)16家的單位質(zhì)量產(chǎn)品綜合能耗處于平均水平,而單位面積產(chǎn)品綜合能耗遠(yuǎn)高出平均水平,接近能耗限定值。其原因在于影響建筑陶瓷產(chǎn)品能耗水平的因素有很多,除了產(chǎn)品吸水率,還有產(chǎn)品厚度、生產(chǎn)工藝、自動(dòng)化程度、釉料含量等[1～2]。

除建筑陶瓷企業(yè)16家外,其余建筑陶瓷企業(yè)的單位面積產(chǎn)品能耗均優(yōu)于能耗先進(jìn)值,最少比能耗先進(jìn)值降低了15.3%,最多比能耗先進(jìn)值降低了60.8%,平均值為2.09 kgce/m2。由此可見,建筑陶瓷企業(yè)經(jīng)過將近10年的生產(chǎn)技術(shù)迭代和管理模式更新等,陶瓷企業(yè)的單位產(chǎn)品綜合能耗水平相比GB 21252-2013建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額有了顯著降低,正朝著更節(jié)能更環(huán)保更低碳的方向發(fā)展。

2 建筑陶瓷磚碳排放因子

關(guān)于建筑陶瓷碳排放因子,GB/T 51366-2019建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)附錄D 未給出相應(yīng)的碳排放因子,值得注意的是混凝土磚、蒸壓粉煤灰磚等常用圍護(hù)結(jié)構(gòu)砌體材料的碳排放因子的計(jì)量單位為kg CO2/m3;東南大學(xué)與中建集團(tuán)聯(lián)合推出的“東禾建筑碳排放計(jì)算分析軟件2.0 版”中,未詳細(xì)描述產(chǎn)品規(guī)格型號,給出了3個(gè)碳排放因子,分別為1 400 kg CO2/t、730 kg CO2/t、3 850 kg CO2/m3;俞海勇等[3]研究分析建筑陶瓷生命周期碳排放,所選系統(tǒng)邊界內(nèi)的建筑陶瓷生命周期碳排放量為714 kg CO2/t。

依據(jù)《中國陶瓷生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南(試行)》對20家建筑陶瓷企業(yè)的碳排放總量進(jìn)行計(jì)算。陶瓷企業(yè)的碳排放總量包含化石燃料燃燒活動(dòng)產(chǎn)生的CO2排放、工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的CO2排放、凈購入生產(chǎn)用電蘊(yùn)含的CO2排放量。結(jié)合各陶瓷企業(yè)合格產(chǎn)品的面積產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量產(chǎn)品產(chǎn)量以及碳排放總量,可計(jì)算得到單位面積產(chǎn)品碳排放量與單位質(zhì)量產(chǎn)品碳排放量,如圖4所示。

圖4 單位產(chǎn)品碳排放量對比圖

由圖4可見,建筑陶瓷企業(yè)碳排放水平差異較大,單位產(chǎn)品碳排放量差距較大、能源管控水平參差不齊。與單位產(chǎn)品綜合能耗不同的是,單位產(chǎn)品碳排放量的來源除了化石燃料燃燒、電力消耗外,還有工業(yè)生產(chǎn)過程中原料所含碳酸鹽高溫分解產(chǎn)生的碳排放。因此,鑒于產(chǎn)品吸水率、產(chǎn)品厚度、生產(chǎn)工藝、自動(dòng)化程度、釉料含量等因素的影響,單位面積產(chǎn)品碳排放量與單位質(zhì)量產(chǎn)品碳排放量亦不存在明顯的關(guān)系,單位產(chǎn)品碳排放量與單位產(chǎn)品綜合能耗之間也不存在明顯的相關(guān)關(guān)系。20家建筑陶瓷企業(yè)中,單位面積產(chǎn)品碳排放量最大值和最小值分別為0.013 2 t CO2/m2、0.003 7 t CO2/m2;單位質(zhì)量產(chǎn)品碳排放量最大值和最小值分別為0.592 7 t CO2/t、0.232 3 t CO2/t;二者平均值分別為0.006 2 t CO2/m2和0.379 3 t CO2/t。

建筑陶瓷磚的建材碳排放因子為建筑陶瓷磚全生命周期碳排放量。建筑陶瓷磚全生命周期包括原材料開采階段、原材料運(yùn)輸階段、產(chǎn)品生產(chǎn)階段,這3個(gè)階段的碳排放比例分別為14.43%、4.34%、81.23%[3]。核算指南計(jì)算得到碳排放總量為建筑陶瓷磚產(chǎn)品生產(chǎn)階段的碳排放量。因此,按照最不利原則,選取單位產(chǎn)品碳排放量的最大值進(jìn)行計(jì)算,則建筑陶瓷磚的建材碳排放因子為0.016 3 t CO2/m2、0.729 7 t CO2/t。

3 總結(jié)與建議

(1)建筑陶瓷企業(yè)的單位面積產(chǎn)品綜合能耗與單位質(zhì)量產(chǎn)品綜合能耗不存在明顯的關(guān)系,大部分企業(yè)的單位面積產(chǎn)品能耗水平顯著低于能耗先進(jìn)值。建議重新修訂能耗限額標(biāo)準(zhǔn)時(shí),綜合考慮吸水率、產(chǎn)品厚度、釉料含量等建筑陶瓷產(chǎn)品內(nèi)部特性對能耗的影響,既鼓勵(lì)和引導(dǎo)建筑陶瓷輕型化以促進(jìn)節(jié)能減排,又不忽視建筑陶瓷產(chǎn)品多樣化和多功能化的市場需求;而生產(chǎn)工藝、自動(dòng)化程度等外部條件對能耗的影響,則可以通過技術(shù)迭代和節(jié)能改造等方式逐步改進(jìn)。

(2)按照最不利原則,建筑陶瓷磚的建材碳排放因子大概在16.3 kg CO2/m2、730 kg CO2/t的水平。目前,碳排放配額主要以面積計(jì)量單位(kg CO2/m2)作為主要依據(jù),質(zhì)量計(jì)量單位(kg CO2/t)作為參考。在進(jìn)一步建立統(tǒng)一的碳排放數(shù)據(jù)庫時(shí),應(yīng)細(xì)化建筑陶瓷磚的產(chǎn)品規(guī)格型號(長、寬、高等),便于不同計(jì)量單位碳排放量(kg CO2/m2、kg CO2/m3、kg CO2/t)之間的換算,使各項(xiàng)工作之間可以互通互認(rèn),從而減少重復(fù)的工作量。