建筑陶瓷行業能耗現狀及碳排放因子分析*

郭 鴻

(中國建材檢驗認證集團廈門宏業有限公司 福建廈門 361102)

2022 年4 月1 日起正式實施的國家標準GB 55015-2021建筑節能與可再生能源利用通用規范要求:建設項目可行性研究報告、建設方案和初步設計文件應包含建筑能耗、可再生能源利用及建筑碳排放分析報告。其中,碳排放分析報告的編制依據為GB/T 51366-2019建筑碳排放計算標準。對于建筑碳排放計算而言,計算邊界、計算方法均是明確的,問題在于標準中僅提供部分常用的能源、建材、運輸等的碳排放因子,無法對不同類型建筑進行準確、可信的碳排放分析計算。

筆者通過文件評審、實地調研、數據分析等手段,旨在明確目前建筑陶瓷企業在能源消費現狀的基礎上,提出節能減排建議,并進一步按照最不利原則提出可以代表當前行業情況的建筑陶瓷磚碳排放因子,為完善國家碳排放因子數據庫提供了參考依據。

1 建筑陶瓷企業能源消費現狀

1.1 建筑陶瓷企業基本情況

筆者共實地調研了20家建筑陶瓷企業,為響應國家節能以及地方節能減排、環境保護政策,各企業自2012年以來陸續進行了一系列改造:以天然氣替代自制水煤氣的輥道窯清潔工作;強化廢氣污染治理效果,確保廢氣穩定達標,排放的原有廢氣環保設施相應的技術升級改造及增設環保設施等。在政府引導及市場干預的雙重推動下,各企業的生產工藝和生產自動化水平大致相同。生產工藝流程圖基本如圖1所示,各企業根據產品特點、生產經營管理方式的不同,生產工藝流程的優化會有所側重。

圖1 建筑陶瓷磚生產工藝流程圖

由圖1可知,建筑陶瓷磚生產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、鏟車等移動源化石燃料,較少使用汽油;電力為生產設備、生產線自動化提供動力。生產能源消耗及對應的重點耗能設備情況如表1所示。

表1 重點耗能設備及能源品種

1.2 能源消費現狀分析

通過文件評審與現場核查,統計得到20家建筑陶瓷企業煙煤、天然氣、柴油、電力的能源消耗數據,依據GB 21252-2013建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額中5.3節的計算方法統一折算成標準煤能耗。20家建筑陶瓷企業消耗煙煤、天然氣、柴油、電力折算成標準煤的比例如圖2所示。

圖2 折算成標準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行平均值計算,天然氣能源消耗折算成標準煤占比最大,約為56%;煙煤能源消耗折算成標準煤占比次之,約為35%;電力消耗折算成標準煤占比排名第三,僅為9%;移動源消耗的柴油折算成標準煤占比非常小,約為0。

GB 21252-2013建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額根據不同產品吸水率進行劃分產品分類,給出了以千克標準煤每平方米(kgce/m2)為計量單位的陶瓷磚單位產品能耗的限定值、準入值、先進值,如表2所示。

表2 陶瓷磚單位產品能耗等級劃分(kgce/m2)

根據企業提供的產品檢測報告中的吸水率檢測結果,其中16家企業的產品分類為外墻磚(10%≥E＞0.5%),建筑陶瓷企業17家的產品分類為玻化磚(E≤0.5%),建筑陶瓷企業18家的產品分類為內墻磚(E≥10%),建筑陶瓷企業19家和20家同時生產2種產品分類的陶瓷磚,分別為外墻磚(10%≥E＞0.5%)、玻化磚(E≤0.5%)和外墻磚(10%≥E＞0.5%)、內墻磚(E≥10%)。

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

圖3 單位產品綜合能耗對比圖

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

除建筑陶瓷企業16家外,其余建筑陶瓷企業的單位面積產品能耗均優于能耗先進值,最少比能耗先進值降低了15.3%,最多比能耗先進值降低了60.8%,平均值為2.09 kgce/m2。由此可見,建筑陶瓷企業經過將近10年的生產技術迭代和管理模式更新等,陶瓷企業的單位產品綜合能耗水平相比GB 21252-2013建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額有了顯著降低,正朝著更節能更環保更低碳的方向發展。

2 建筑陶瓷磚碳排放因子

關于建筑陶瓷碳排放因子,GB/T 51366-2019建筑碳排放計算標準附錄D 未給出相應的碳排放因子,值得注意的是混凝土磚、蒸壓粉煤灰磚等常用圍護結構砌體材料的碳排放因子的計量單位為kg CO2/m3;東南大學與中建集團聯合推出的“東禾建筑碳排放計算分析軟件2.0 版”中,未詳細描述產品規格型號,給出了3個碳排放因子,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,所選系統邊界內的建筑陶瓷生命周期碳排放量為714 kg CO2/t。

依據《中國陶瓷生產企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》對20家建筑陶瓷企業的碳排放總量進行計算。陶瓷企業的碳排放總量包含化石燃料燃燒活動產生的CO2排放、工業生產過程產生的CO2排放、凈購入生產用電蘊含的CO2排放量。結合各陶瓷企業合格產品的面積產品產量、質量產品產量以及碳排放總量,可計算得到單位面積產品碳排放量與單位質量產品碳排放量,如圖4所示。

圖4 單位產品碳排放量對比圖

由圖4可見,建筑陶瓷企業碳排放水平差異較大,單位產品碳排放量差距較大、能源管控水平參差不齊。與單位產品綜合能耗不同的是,單位產品碳排放量的來源除了化石燃料燃燒、電力消耗外,還有工業生產過程中原料所含碳酸鹽高溫分解產生的碳排放。因此,鑒于產品吸水率、產品厚度、生產工藝、自動化程度、釉料含量等因素的影響,單位面積產品碳排放量與單位質量產品碳排放量亦不存在明顯的關系,單位產品碳排放量與單位產品綜合能耗之間也不存在明顯的相關關系。20家建筑陶瓷企業中,單位面積產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;單位質量產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、原材料運輸階段、產品生產階段,這3個階段的碳排放比例分別為14.43%、4.34%、81.23%[3]。核算指南計算得到碳排放總量為建筑陶瓷磚產品生產階段的碳排放量。因此,按照最不利原則,選取單位產品碳排放量的最大值進行計算,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 總結與建議

(1)建筑陶瓷企業的單位面積產品綜合能耗與單位質量產品綜合能耗不存在明顯的關系,大部分企業的單位面積產品能耗水平顯著低于能耗先進值。建議重新修訂能耗限額標準時,綜合考慮吸水率、產品厚度、釉料含量等建筑陶瓷產品內部特性對能耗的影響,既鼓勵和引導建筑陶瓷輕型化以促進節能減排,又不忽視建筑陶瓷產品多樣化和多功能化的市場需求;而生產工藝、自動化程度等外部條件對能耗的影響,則可以通過技術迭代和節能改造等方式逐步改進。

(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量單位(kg CO2/m2)作為主要依據,質量計量單位(kg CO2/t)作為參考。在進一步建立統一的碳排放數據庫時,應細化建筑陶瓷磚的產品規格型號(長、寬、高等),便于不同計量單位碳排放量(kg CO2/m2、kg CO2/m3、kg CO2/t)之間的換算,使各項工作之間可以互通互認,從而減少重復的工作量。