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)過程中消耗了大量能源，排放了大量的二氧化碳，同時預(yù)拌混凝土在生產(chǎn)和運輸過程中也消耗了相當(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)碳排放主要來源之一。建筑業(yè)節(jié)能減排的重點是[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)計方案；對建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，使建筑物在運行階段的能耗較低。以上兩點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)，用于評價預(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。

用于評價預(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)和運輸過程中的碳排放，原材料在廠內(nèi)的二次搬運產(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)計值為依據(jù)。

此外，還需要增加預(yù)拌混凝土運輸過程中的碳排放。

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)過程中產(chǎn)生的碳排放非常大，而且運輸距離長。砂、石的主要碳排放來源有砂、石的開采和運輸。粉煤灰和礦渣粉的碳排放的主要來源是粉煤灰和礦渣粉的二次加工和運輸。外加劑生產(chǎn)過程中單位質(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)和運輸產(chǎn)生的碳排放。生產(chǎn)混凝土用水大多為市政自來水，其碳排放主要為自來水處理和運輸碳排放，以及工廠內(nèi)的二次泵送消耗的電能產(chǎn)生的碳排放。

對于特定的預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)來說，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，同時運距和運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)量和運輸距離。對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，其計算公式如下。

針對每種材料的碳排放量匯總計算公式為：

式中：Di——對應(yīng)第i種原材料年總的碳排放量（kg）；

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

Mi,j——對應(yīng)j供應(yīng)商（廠家）的供貨量（t）；

Li,j——對應(yīng)j供應(yīng)商（廠家）的運距（km）；

qi——對應(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（主要是裝載機）消耗的柴油。可以統(tǒng)計計算總的碳排放量，再除以混凝土的年產(chǎn)量，就得到單方混凝土生產(chǎn)時的碳排放量。

計算公式為：

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 運輸碳排放的估算

由于預(yù)拌混凝土的運輸距離不同，不同運輸距離的預(yù)拌混凝土的碳排放量是不同的。一種辦法是統(tǒng)計年總運輸距離、用于運輸?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輸距離單方混凝土的碳排放量。在沒有統(tǒng)計年總運輸距離，只有年總用柴油量的情況下，可以計算單方混凝土的平均運輸碳排放量。

計算公式為：

式中：CE3.3——年總的運輸碳排放量（kg）；

M',柴油——年用于混凝土運輸?shù)目偟牟裼拖模↙）；

ce3.3——單方混凝土的運輸碳排放（kg·m-3）；

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

式中：L總運輸里程——年總的運輸里程；

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

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

3.4 平均碳排放水平的估算

在統(tǒng)計預(yù)拌混凝土的平均碳排放水平時，不考慮具體的預(yù)拌混凝土強度等級和配合比，只考慮預(yù)拌混凝土一年總的生產(chǎn)量。因此，在3.1計算原材料的碳排放時，只要考慮相對于不同材料品種的供應(yīng)商（廠家）、供貨量、運輸距離、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)計年總的生產(chǎn)碳排放量。在3.3中只要統(tǒng)計年總的運輸碳排放量。

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

不同工程對預(yù)拌混凝土的要求不同、運輸距離不同、澆筑方式不同、季節(jié)不同、原材料的質(zhì)量來源不同，即使混凝土強度等級相同，混凝土的配合比也不完全相同，用于實際生產(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)配合比相對較穩(wěn)定，因此，可以用基準(zhǔn)配合比來估算相對于不同強度等級的混凝土的碳排放量。

在估算不同強度等級的基準(zhǔn)配合比混凝土的碳排放量時，單方混凝土的生產(chǎn)碳排放量和運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)量來確定單方混凝土的生產(chǎn)碳排放量，混凝土運輸年總碳排放量除以年總產(chǎn)量來確定單方混凝土的運輸碳排放量。

需要注意的是，按照試驗室提供的實際生產(chǎn)的預(yù)拌混凝土配合比統(tǒng)計出來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)備的計量誤差引起的。

因此，要統(tǒng)計計算各種原材料的年實際進(jìn)貨量減去按照實際生產(chǎn)的配合比統(tǒng)計出來的年消耗量，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應(yīng)強度等級的基準(zhǔn)配合比計算得出的碳排放量，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。

則不同強度等級基準(zhǔn)配合比的混凝土碳排放量計算公式為：

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)拌混凝土的強度等級和配合比已知，要求估算正在供應(yīng)的預(yù)拌混凝土的碳排放量。這時預(yù)拌混凝土的原材料來源已知且單一，可以按照特定原材料來確定配合比已知的單方混凝土的碳排放量。

則實際生產(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確定的單位運輸距離單方混凝土的碳排放量×運輸距離（如工程現(xiàn)場與混凝土廠的距離為20 km，則運距取40 km）。其中，單方混凝土的生產(chǎn)碳排放、碳排放的調(diào)整量和單位運輸距離單方混凝土的碳排放取自往年的統(tǒng)計資料。

式中：l——運輸距離（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度等級的基準(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)威機構(gòu)在估算預(yù)拌混凝土的碳排放因子時，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)計分析，最后確定各個強度等級預(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

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、運輸距離和運輸方式，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、單方混凝土單位運輸里程的碳排放量為依據(jù)，其數(shù)據(jù)可以提供給某個特定的項目。

預(yù)拌混凝土的碳排放因子是政府或權(quán)威部門用來測算本地區(qū)預(yù)拌混凝土生產(chǎn)時的碳排放水平的，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)。