服裝生產過程碳排放計算模型

俞 璐， 王立川， 陳 雁

(蘇州大學 紡織與服裝工程學院， 江蘇 蘇州 215021)

服裝生產過程碳排放計算模型

俞 璐， 王立川， 陳 雁

(蘇州大學 紡織與服裝工程學院， 江蘇 蘇州 215021)

為監督與評價服裝企業生產過程中的碳排放，根據碳排放相關規則及定義，對服裝生產線進行分析，從生產設備、傳輸過程、廢棄物排放、人力損耗等方面,分別對裁剪、縫制、后整理等生產環節的碳排放因素建立對應的碳排放計算模型，將所有能耗轉換為二氧化碳當量進行核算，以便進行碳排放評估。該理論模型為服裝生產環節碳排放量化研究提供計算參考，還可用于企業碳排放跟蹤分析，以及作為生產組織方案優化的參考依據。

服裝； 生產環節； 碳排放； 計算模型

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

服裝行業發展日新月異，但仍然有許多新的問題亟待解決，尤其是對環境產生的影響使得企業越來越注重服裝生產中完善的加工和生產體系，不斷提高生產管理水平。對于紡織服裝領域碳排放現狀已有從不同層面進行了廣泛的研究[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，出臺了不少評價標準應用于企業和產品碳排放及碳足跡評價，如溫室氣體議定書GHG Protocol，PAS 2050:2008《商品和服務在生命周期內的溫室氣體排放評價規范》，溫室氣體系列標準ISO 14064：2006《溫室氣體核證》等。此外，眾多的企業和機構也紛紛尋找合適的碳排放評價方法，例如旭榮集團、海東青集團和上海出入境檢驗檢疫局對紡織服裝產品進行了碳排放相關的碳足跡、碳標簽認證等研究[4-6]。環境毒理學和化學學會1993 年提出生命周期評價方法的技術框架[7]，該評價方法雖然已經發展了數十年，但仍然存在一些不足之處：缺乏標準化的生命周期清單分析方法、缺乏有效的標準化數據庫等。也有相當一部分學者對行業內碳排放計算進行了相關模型的研究，王來力等[8]采用排放系數法計算全行業的碳排放，同時研究了紡織產品碳排放計算的拆分原則。屠莉華[9]對牛仔褲生產過程進行了碳排放研究，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設計進行了探究和分析。有美國經濟學家在1936年提出投入產出法[10]，將相關各部門在單位時期內的所有投入和產出列成表，運用數學模型，計算出消耗系數來進行經濟分析和預測，這也是目前比較成熟的分析方法。Matthews等[11]結合投入產出模型與生命周期評價法建立了投入產出—生命周期評價模型，可用于評價家庭、工業企業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踐研究方式，多是以部門模塊化的方式進行統計，所以無法得到某個產品的碳排放值，一般適用于組織或行業的碳排放的計算，并不適用單個產品的碳排放計算。而關于構建碳排放計算模型或者詳細進行碳排放評價的研究大都與行業整體相關，并沒有細化到具體環節和產品中，尤其在服裝生產環節的研究還存在著明顯的不足。本文根據服裝生產相關知識，以PAS 2050標準為依據，對服裝生產環節的碳排放建立計算模型。

1 裁剪過程碳排放模型

本文研究將排放源分為材料消耗、設備能耗和人力損耗3部分，材料及設備均采用對應的碳排放量轉換，由于目前對人力的碳排放沒有統一的排放系數。本文研究建立人力碳排放系數K來代入模型計算。將人力勞動狀態分為靜態和動態2種情況，靜態工作是指人靜坐或站立情況下產生的活動，動態工作是指人行走或奔跑情況下產生的活動。設定工人在靜態工作情況下每小時呼吸產生的碳排放量為K1，單位kg，K1(amin，amax)；在動態工作情況下每小時呼吸產生的碳排放量為K2，單位kg，K2(bmin，bmax)。amin、amax、bmin、bmax分別為靜態工作和動態工作情況下每小時呼吸產生的碳排放量的最小值與最大值。

驗布機、拉布機及裁剪設備大多為連續式工作設備，單位產量的耗電量估算公式為

(1)

式中：El為連續式工作設備耗電量，kW·h;P1為設備的額定功率，W;t1為生產時間，h。

此類生產設備在正常工作時，通常處于滿負荷狀態，因此，裁剪過程設備耗電量總量為驗布機、拉布機、裁剪機的耗電總和。根據PAS 2050標準中的規定，某一活動的碳排放量值為活動水平數據與排放因子的乘積，因此，連續式工作設備所產生的碳排放量是設備能耗乘以電能的排放因子之和。估算公式如下：

(2)

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

驗片、編號、捆扎在現在服裝企業中由人工完成，且屬于靜態工作，因此產生的碳排放量估算公式為

(3)

式中:CJ為生產單位產量服裝人在靜態工作時呼吸產生的碳排放總量，kgCO2；K1為人靜態工作時每小時呼吸產生的碳排放量，kgCO2；tu為工人做某項具體工序的時間，h；nr為生產單位產量服裝該工序重復的次數；Nr為相應工種的工人數量；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生的碳排放量有很大的關系。排料效率越高，布匹的利用率越高，廢布剩余就越少，相應的碳排放量就越小。廢棄布料的碳排放量估算如下：

(4)

式中：C2為單位產量服裝產生的廢棄布料碳排放總量，kgCO2；Em為生產單位產量該布料所需的第m種能源的消耗量，kg；fm為對應的能源碳排放因子，kgCO2；ηm為對應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，裁剪環節碳排放量會受到電能排放因子、設備數量、設備功率、作業時間、傳遞路線、廢棄材料等因素影響。

2 縫制過程碳排放模型

服裝生產的縫制過程中碳排放源主要有縫制設備的能耗、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。

在生產過程中，很多縫制設備僅在有樣品需要制作時工作，其余時間為空轉時間，例如平縫機、包縫機、自動剪線機等，這樣設備為間歇式生產設備，單位產量的耗電量估算公式為

(6)

式中：Ej為間歇式生產設備的耗電量，kW·h；Py為有效工作功率，W；ty為有效工作時間，h；Pw為空轉工作功率，W；tw為空轉工作時間，h。

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

(7)

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

輔料的消耗根據所生產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。根據所搜集的數據，輔料消耗碳排放估算公式為

(8)

式中：Cf為生產單位產量服裝所消耗輔料產生的碳排放總量，kgCO2；Gq為生產單位產量服裝所需的各類輔料消耗量，kg；δq為相應輔料的碳排放因子，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。

假設每個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數。

傳遞形式分為機械式傳遞與人力傳遞2種，人力傳遞產生的碳排放主要為人的呼吸，而機械傳遞產生的碳排放主要為機器所耗的電能，本文研究中人力傳遞碳排放量設定為K2，單位為kg/h，K2(bmin，bmax), 機械傳遞主要為推車，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，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械傳遞方向，Cd為人力傳遞所產生的碳排放量，kgCO2；K2為動態工作情況下呼吸產生的碳排放量，kg/h；Lr為人力傳遞總路程，m；vr為動態工作情況下人傳遞速率，m/h；We為機械設備額定功率，W；Le為機械傳遞總路程，m；ve為機械傳遞速率，m/h。

綜上所述，縫制環節的碳排放模型為：

(11)

由式(11)可以看出，縫制環節碳排放量會受到電能排放因子、設備數量、設備有效功率及空轉功率、作業時間、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

在裁剪與縫制環節之后，一項不可避免的環節即后整理環節。通常意義的服裝后整理包括整燙、檢驗及包裝，整燙環節主要的碳排放為蒸汽量，由于整燙機的電能轉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的耗電能量。除了整燙外，后整理過程也涉及到傳遞運輸，產生的碳排放量計算方式與上節相同，見式(9)、(10)。最終將合格產品進行包裝，所產生的碳排放主要為包裝材料，計算方法見式(8)。

綜上所述，后整理環節的碳排放模型為：

(12)

式中：CH為后整理環節產生的碳排放量，kgCO2；n為整燙機數量；Pz為整燙機功率，w；tz為機器工作時間，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、整燙設備數量及功率、作業時間、傳遞路線、包裝材料用量等因素的影響。

4 結 語

1)服裝生產過程碳排放計算模型的研究細化到每一工序，從更為微觀的角度對生產過程進行了分析。通過建模分析發現，整個生產環節碳排放量主要由電力排放因子，設備數量、設備功率、作業時間、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環節，為企業對生產過程碳排放進行量化提供計算依據，為碳排放評估提供理論參考。

3)將碳排放與服裝生產組織理論相結合，指出了服裝生產環節碳排放數據的量化關系，從而可以對服裝企業生產進行節能減排。

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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

江蘇省產學研前瞻性聯合研究項目(BY2012115)

俞璐(1989—)，女，碩士生。主要研究方向為服裝生產管理。陳雁，通信作者，E-mail：yanchen@suda.edu.cn。

TS 01

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