碳效比-裝備產(chǎn)品低碳性能關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

何冠成，劉巖，母志鵬，王剛，羅梓才，劉國榮

（威凱檢測技術(shù)有限公司，廣州 510663）

引言

2020 年9 月22 日，習近平總書記在第75 屆聯(lián)合國大會中向國際社會作出“碳達峰、碳中和”鄭重承諾。2021 年10 月24 日國務(wù)院發(fā)布《2030 年前碳達峰行動方案》，明確各地區(qū)、各領(lǐng)域、各行業(yè)目標任務(wù)，確保如期實現(xiàn)2030 年前碳達峰目標。種種政策法規(guī)表明，綠色低碳發(fā)展已經(jīng)成為我國現(xiàn)代化強國建設(shè)的自覺和必然選擇。

目前，歐美地區(qū)一些發(fā)達國家走在“碳達峰、碳中和”前列，在碳排放管制方面做了探索，積累了經(jīng)驗，部分國家已建立碳認證制度，在消費品、食品等產(chǎn)品的標簽上標注碳足跡（CFP）。2006 年，英國推出蘊含低碳發(fā)展理念的一項重要政策工具——碳標簽[1]，并于2007 年率先開展了“碳減排標志計劃”[2]，截至2017 年，英國加貼碳標簽的產(chǎn)品已超過2500 種，涉及食品、服裝和日用品等方面[3]。目前，碳標簽已應(yīng)用在全球43 個國家或地區(qū)，分為數(shù)值型和減排承諾型2 類，一般采取政府主導、企業(yè)自愿參與、第三方認證的形式開展[4]。

但是這些發(fā)達國家已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化轉(zhuǎn)型和提升，制造業(yè)在國民經(jīng)濟中占比低。然而，中國制造業(yè)占國民經(jīng)濟達到27%，是中國經(jīng)濟實體經(jīng)濟的根基，而且制造業(yè)目前處于發(fā)展期、轉(zhuǎn)型期，國際上碳排放管制的經(jīng)驗未必適合我國裝備制造業(yè)，我們需要根據(jù)國家、行業(yè)的實際情況研究合適的技術(shù)參數(shù)來評價裝備產(chǎn)品的低碳性能，指導裝備制造行業(yè)實現(xiàn)碳達峰。

1 行業(yè)現(xiàn)狀和問題

裝備制造業(yè)實現(xiàn)碳達峰，首先要對產(chǎn)品的碳排放進行核算，并對其低碳性能進行科學評價。產(chǎn)品碳排放核算的主要依據(jù)是ISO 14067 標準，該標準解決了產(chǎn)品“碳足跡”具體計算方法，行業(yè)大多數(shù)采用全生命周期評價法計算產(chǎn)品的碳排放總量（也稱碳足跡，CFP）。產(chǎn)品CFP 在歐洲地區(qū)的能源、農(nóng)業(yè)、輕工、建材等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。

裝備制造業(yè)的產(chǎn)品如空調(diào)器、汽車、電機等多數(shù)為用能產(chǎn)品，其使用階段的碳排放數(shù)值很大，遠大于其他階段碳排放的總和，有研究[5]表明，空調(diào)產(chǎn)品在其使用階段碳排放約占總排放的95.06%，因此，采用全生命周期評價法計算裝備產(chǎn)品CFP 數(shù)值驚人。裝備制造產(chǎn)業(yè)曾嘗試使用碳排放總量(CFP)、減排量、節(jié)能量等技術(shù)參數(shù)來評價產(chǎn)品的低碳性能，由于上述技術(shù)參數(shù)均未考慮產(chǎn)品對社會的貢獻，不能反映低碳技術(shù)水平的高低，所以推廣困難。對此，我們需要根據(jù)國情、產(chǎn)業(yè)實際情況研究合適的技術(shù)參數(shù)來評價裝備產(chǎn)品的低碳性能，引導裝備制造行業(yè)實現(xiàn)碳達峰。

2 碳效比概念的提出和內(nèi)涵

碳效比（CER），是指實現(xiàn)某一功能單位所排放的二氧化碳當量，即碳排放總量與其功能單位總和之商，計算公式如下：

CER— 碳效比；

CFP— 碳排放總量；

TFU— 功能單位總和。

功能單位總和是指在評價系統(tǒng)邊界內(nèi)產(chǎn)品實現(xiàn)功能單位的總量，反映產(chǎn)品的功能貢獻。產(chǎn)品的功能單位通常根據(jù)產(chǎn)品的主要功能來定，以實現(xiàn)一定量的功能來衡量。例如，空調(diào)器的主要功能就是從房間轉(zhuǎn)移熱量，所以空調(diào)器的功能單位可以定義為“從房間轉(zhuǎn)移1 kWh 的熱量”；同理，熱泵熱水器的功能單位可以定義為“向水體提供1 kWh 的熱量”。

碳效比CER 既考慮了產(chǎn)品的碳排放總量，又考慮產(chǎn)品的功能貢獻，用于，是一個合理的評價裝備產(chǎn)品評價的低碳性能的技術(shù)參數(shù)。碳效比越小，實現(xiàn)等量功能單位的碳排放量越小，表示低碳技術(shù)水平越高。反之，碳效比越大，實現(xiàn)等量功能單位的碳排放量越大，表示低碳技術(shù)水平越低。

3 碳效比與碳足跡的比較分析

3.1 碳效比（CER）與碳足跡（CFP）的差異

同為產(chǎn)品碳排放的技術(shù)參數(shù)，碳效比（CER）、碳足跡（CFP）有以下區(qū)別：

定義不同：碳足跡（CFP）是指由企業(yè)機構(gòu)、活動、產(chǎn)品或個人引起的溫室氣體排放的集合，即在評價系統(tǒng)邊界內(nèi)，二氧化碳排放的總和。而碳效比（CER）是指實現(xiàn)某一功能單位所排放的二氧化碳當量，即碳排放總量與其功能單位總和之商，碳效比（CER）是在碳足跡（CFP）的基礎(chǔ)上引入功能單位總和（TFU）。

評價邏輯不同：評價碳足跡（CFP），是計算系統(tǒng)邊界內(nèi)二氧化碳排放的絕對值，碳足跡（CFP）與產(chǎn)品規(guī)格大小，壽命長短成正比，不考慮產(chǎn)品功能貢獻。評價碳效比（CER），是計算系統(tǒng)邊界內(nèi)二氧化碳排放的相對值，把產(chǎn)品碳足跡（CFP）平分到每一個功能單元中，與產(chǎn)品規(guī)格大小，壽命長短關(guān)系不明顯，與產(chǎn)品的碳利用效率直接相關(guān)，或成反比。

適用范圍不同：碳足跡（CFP）適用于功效難以量化、出廠前階段碳排放占比高，使用階段少耗能的產(chǎn)品，如：紡織品，農(nóng)產(chǎn)品，包裝等。碳效比（CER）適用于功效可以量化、使用階段占比高、持續(xù)用能的產(chǎn)品，如：空調(diào)器，充電設(shè)施，汽車等。

3.2 使用碳足跡（CFP）評價裝備產(chǎn)品低碳性能

碳足跡（CFP）僅提供裝備產(chǎn)品碳排放信息，只能比較產(chǎn)品碳排放量的大小，不反映產(chǎn)品的低碳性能。若使用碳足跡（CFP）評價產(chǎn)品低碳性能，會出現(xiàn)以下情況：

1）用能產(chǎn)品的使用壽命越短，碳足跡（CFP）越小，越低碳。用能產(chǎn)品的碳足跡與使用壽命幾乎成正比，按使用壽命10 年計算的碳足跡約為按使用壽命5 年計算的碳足跡壽命的2 倍，使用碳足跡（CFP）評價低碳性能將導致可靠耐用的產(chǎn)品被淘汰，快消品存活，增加生產(chǎn)資源的消耗。

2）用能產(chǎn)品的規(guī)格越小功能越差，碳足跡（CFP）越小，越低碳。裝備產(chǎn)品在實現(xiàn)功能單位時是需要消耗油、電、氣等能源的，而且功能越多，碳排放越大；技術(shù)含量高、功能強大的產(chǎn)品，其制造過程也是復雜的，也會增加碳排放。使用碳足跡（CFP）評價低碳性能將限制了規(guī)格大、技術(shù)高、功能強的產(chǎn)品使用，忽視了社會發(fā)展的需求。

3）用能產(chǎn)品的碳足跡（CFP）數(shù)值大，制造商不愿意標注，標注碳足跡（CFP）容易誤導使用者，以為出廠時產(chǎn)品碳排放量已經(jīng)很大，在使用時更不會注意節(jié)能減排。

3.3 使用碳效比（CER）評價裝備產(chǎn)品低碳性能

碳效比（CER）是在碳足跡（CFP）的基礎(chǔ)上引入功能單位總和（TFU），把產(chǎn)品碳足跡（CFP）平分到每一個功能單元中，更確切地產(chǎn)品的低碳性能。

碳效比（CER）與用能產(chǎn)品的使用壽命無直接關(guān)系，但使用壽命長的產(chǎn)品，低碳性能有優(yōu)勢。用能產(chǎn)品的功能單位總和與使用壽命成正比，使用壽命越長功能單位總和越大，在產(chǎn)品能效相同的情況下，使用壽命越長的產(chǎn)品，其原料、制造、運輸階段的碳排放將分攤到更多的功能單元中，碳效比更低，即生產(chǎn)階段的碳排放利用得更充分，符合預期。

碳效比（CER）是碳足跡（CFP）與其功能單位總和之商，是一個相對值，與用能產(chǎn)品的規(guī)格大小、功能強弱關(guān)系不大，企業(yè)可以根據(jù)市場需求，設(shè)計生產(chǎn)不同規(guī)格的產(chǎn)品。

碳效比（CER）評價范圍廣，不但可比較同類型不同規(guī)格的產(chǎn)品之間的低碳性能，也可以比較同功能不同類型的產(chǎn)品之間的低碳性能。例如熱泵熱水器、電熱水器、燃氣熱水器，三種產(chǎn)品的功能單位均為提供一定體積的熱水，可以使用熱水碳效比來評價。

碳效比（CER）在產(chǎn)業(yè)中有技術(shù)基礎(chǔ)，用能產(chǎn)品使用比值來評價產(chǎn)品的性能如能效等級、節(jié)能比較普遍，類似的技術(shù)參數(shù)有能效比、全年能效系數(shù)、百公里油耗、過濾效率等。本文以幾種裝備產(chǎn)品為例，對產(chǎn)品的碳排放、碳效比進行核算，比較其異同。

4 應(yīng)用案例

4.1 房間空氣調(diào)節(jié)器

有研究[6]指出，碳效比適用于評價房間空氣調(diào)節(jié)器的低碳性能，2 臺規(guī)格不同的空調(diào)器的信息如表3 所示，碳排放、碳效比核算結(jié)果如表4 所示。

4.2 電池

以2 種不同規(guī)格的鋰離子電池作為碳效比核算的案例對象，鋰離子電池參數(shù)見表5。碳排放、碳效比核算結(jié)果如表6 所示。

從碳足跡數(shù)據(jù)看，電池B 碳足跡是電池A 的3.45 倍。而從碳效比數(shù)據(jù)看，由于將生命周期內(nèi)循環(huán)輸出的總能量考慮進去，電池B 碳效比是電池A 的0.86 倍，反映在全生命周期中電池B 分攤到功能單位上的碳排放更低。綜合考慮排放和貢獻，顯然碳效比數(shù)據(jù)更科學，給消費者傳遞的信息更準確。

4.3 電機

選取2 套規(guī)格不同相同的三相異步電動機作為碳效比核算對象，電機A 功率為 2.2 kW，電機B 功率為22 kW。假設(shè)產(chǎn)品按每年運行3 000 h，以使用10 年、15 年分別核算，碳排放、碳效比核算結(jié)果如表7、表8所示。

按10 年使用壽命的核算結(jié)果，從碳排放量CFP 的角度來分析，電機B 的功率是電機A 的10 倍，碳排放總量是電機A 的8.98 倍。但從碳效比CER 的角度來分析，電機B 的功率單位總和是電機A 的10 倍，所以電機B 的碳效比是電機A 的90.2 %。兩種電機的功率規(guī)格相差10 倍，但碳效比相當，與電機能效水平的差距基本一致。

再比較相同電機10 年使用壽命與15 年使用壽命核算結(jié)果，從碳排放量CFP 的角度來分析， 15 年使用壽命的碳排放總量是10 年使用壽命的1.5 倍，產(chǎn)品越耐用越吃虧，壽命越長越不 “低碳”，不符合價值導向。但從碳效比CER 的角度來分析，功能單位總和與使用壽命成正比，15 年使用壽命的碳效比是與10 年使用壽命一樣。

4.4 充電設(shè)備

選取2 套生產(chǎn)商不同，規(guī)格不同的充電設(shè)備作為碳效比核算對象，充電設(shè)備的信息如表9 所示。

使用壽命按5 年和10 年的理論值來計算，對2 套交流充電樁進行碳排放和碳效比核算，核算結(jié)果如表10、表11 所示。

表1 產(chǎn)品碳認證制度

表2 裝備產(chǎn)品低碳技術(shù)參數(shù)及說明

表3 房間空氣調(diào)節(jié)器信息參數(shù)

表4 房間空氣調(diào)節(jié)器碳效比核算結(jié)果

表5 鋰離子電池信息參數(shù)

表6 鋰離子電池碳效比核算結(jié)果

表7 電機碳效比核算結(jié)果（10 年使用壽命）

表8 電機碳效比核算結(jié)果（15 年使用壽命）

表9 交流充電樁信息參數(shù)

表10 交流充電樁碳效比核算結(jié)果（5 年使用壽命）

表11 交流充電樁碳效比核算結(jié)果（10 年使用壽命）

按5 年使用壽命核算，從碳排放量CFP 的角度來分析，交流充電樁B 的功率是交流充電樁A 的2 倍，碳排放總量約為交流充電樁A 的1.87 倍。但從碳效比CER的角度來分析，交流充電樁B 的功能單元總和TFU 是交流充電樁A 的2 倍，碳效比CER 卻為交流充電樁A 的0.93 倍。交流充電樁功率越大，碳效比越??；符合產(chǎn)品基本相同條件下，貢獻越大越低碳的評價要求。

再比較相同交流充電樁5 年使用壽命與10 年使用壽命核算結(jié)果，從碳排放量CFP 的角度來分析，10 年使用壽命的碳排放總量是5 年使用壽命的2 倍。但從碳效比CER 的角度來分析，功能單位總和與使用壽命成正比，交流充電樁A 的10 年使用壽命碳效比較5 年使用壽命的下降7 %；交流充電樁B 更是下降了11 %。產(chǎn)品貢獻越大，越耐用，碳效比CER 就越低，說明低碳技術(shù)水平越高。

5 總結(jié)

本文創(chuàng)新性提出使用產(chǎn)品碳效比作為衡量裝備產(chǎn)品低碳性能的技術(shù)參數(shù)，并以房間空氣調(diào)節(jié)器、鋰離子電子、電機、充電設(shè)備等典型裝備產(chǎn)品為實例，驗證使用不同技術(shù)參數(shù)評價裝備產(chǎn)品低碳性能的優(yōu)差，為碳達峰理論探索提供數(shù)據(jù)驗證實例。在評價產(chǎn)品碳效比CER 應(yīng)注意以下幾個方面：①碳足跡CFP 是碳效比CER 的基礎(chǔ)，不能忽視；②功能單位應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的主要功能來定，功能單位總和TFU是指向產(chǎn)品的功能單位總和而不是規(guī)格；③評價碳足跡CFP 與功能單位總和TFU 時產(chǎn)品使用壽命應(yīng)一致；④碳效比適用于評價裝備產(chǎn)品低碳性能，碳效比CER 適用于越小，表示產(chǎn)品的低碳性能越好，低碳技術(shù)水平越高。