钱威 钟毓宁

摘要：中小型企业节能减排项目的实施对我国整体节能减排目标的完成意义深远。本文利用系统动力学的基本原理与方法，构建了企业节能减排系统动力学模型，选取噪声的排放量作为节能减排模型的代表性目标，通过调整节能减排投资，定量分析了企业生产过程中的噪声排放量并加以控制，为企业节能减排项目的实施与推动提供了参考。

Abstract： The implementation of energy-saving emission reduction projects in small and medium enterprises is of far-reaching significance for China's overall energy conservation and emission reduction targets. In this paper， the basic principles and methods of system dynamics are used to construct the dynamic model of energy saving and emission reduction system， and the emission of noise is selected as the representative target of energy saving and emission reduction model. By adjusting the investment in energy saving and emission reduction， the noise emission in the process of production is quantitatively analyzed and controlled， which provides a reference for the implementation and promotion of energy saving and emission reduction projects in enterprises.

關键词：节能减排；噪声排放量；系统动力学

Key words： energy-saving and emission-reduction；noise emission；system dynamics

中图分类号：N941.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）10-0045-04

0 引言

节能减排是在经济发展与能源、环境矛盾日益尖锐的背景下提出来的，近年来，国家上下都越来越重视节能减排工作。国务院印发的《“十三五”节能减排综合工作方案》对企业水污染化学需氧、二氧化硫、固体废渣以及生产中的噪声等污染物都提出了明确的控制范围。国内外学者对如何引导企业加强节能减排管理和推动节能减排项目的实施进行了多方面的研究。刘丽娟等[1]构建了火电企业系统动力学模型，仿真分析了节能减排的各个环节对企业利润的影响；强瑞等[2]提出了企业节能减排的总模型，以某铸造厂为例，从污染物排放分析了节能减排效果；张华等[3]建立了钢铁企业系统动力学模型，分析了节能减排投资规模、分配方式对企业节能减排效果的影响；杨勇波等[4]利用系统动力学原理，分析了政府、企业、环境之间的动态关系，仿真研究了不同节能减排政策的影响效果；王喜平等[5]构建了火电企业节能减排投资系统动力学模型，强调了火电企业节能减排投资的重点应放在提高减排的技术水平和投资力度上。

通过上述研究情况，可以发现学者们对企业节能减排问题的研究层面非常广泛，但其对企业节能减排系统的控制目标只是限于水污染化学需氧量、二氧化硫的排放量和固体废渣的排放量，没有涉及到生产中噪声的排放量。而对于制造型企业，噪声的排放是通病，是节能减排必须考虑的问题。因此，本文在前人的基础上，构建企业节能减排系统动力学模型，把噪声排放量纳入节能减排的控制目标，通过调整节能减排投资，定量分析企业生产过程中的噪声排放量并加以控制。

1 模型的建立

系统动力学的研究对象为系统，主要考察系统内部各要素之间的关系，构建相关的系统动力学模型，借助计算机对模型进行仿真[6]，结合仿真结果对问题进行分析，进而提出相关的应对策略。现采用系统动力学Vensim PLE仿真软件，对企业节能减排投资系统进行系统动力学的模型构建与仿真。

1.1 节能减排系统因果回路图

因果回路图是由一系列原因和结果的闭合路径组成的，可以较为形象地表现出系统内部各要素之间的关系[7]。企业节能减排投资系统主要分为节能投资子系统和减排投资子系统：

①节能投资与企业总产值回路：节能减排投资→节能投资→节能设备改进/能源结构的优化水平→能源利用率→总能耗→企业总成本→企业总产值→节能减排投资。

②减排投资与企业总产值回路：节能减排投资→减排投资→污染物处理投资（噪声、废渣、废气、废液）→环境相对污染度→企业总产值→节能减排投资。

运用Vensim PLE软件绘制成的企业节能减排投资系统因果回路图如图1所示。

图1中带有箭头的线段连接着系统内部各要素，表明了各要素之间的因果关系。箭头处的“+”、“-”符号是具有影响性质的，“+”表明箭头指向的因素会随着箭头源的因素的增加而增加，减少而减少；“-”则表明因素间取与此相反的关系[8]。

1.2 节能减排系统存量流量图

系统动力学中用来表示反馈回路中的各变量相互联系形式及反馈系统中各回路之间互联关系的图示模型为存量流量图。在因果回路图的基础上构建的存量流量图，能很好地把系统中不同类型变量之间的区别表现出来，从而较为确切地描述出反馈系统的动态性能[9]。本文在前人的基础上，把企业生产过程中的噪声排放量纳入节能减排的控制指标，运用Vensim PLE软件绘制成的企业节能减排系统存量流量图如图2所示。

1.3 变量之间数学关系的建立

在对系统中的所有变量进行定义后，变量之间是相互独立的，此时的模型只是静态的，要使其成为一个动态的反馈结构，需在变量之间构建数学关系，该模型中主要的数学关系有：

①水平变量。水平变量表示系统中某些变量的累积水平，最终决定系统行为。

大气污染SO2存量=INTEGER（SO2改变量，初始值）

水污染COD存量=INTEGER（COD改变量，初始值）

固渣存量=INTEGER（固渣改变量，初始值）

噪声排放量=INTEGER（噪声改变量，初始值）

②速率变量。速率变量是直接影响水平变量值的变量，反映水平变量流入或流出的速度。

SO2改变量=SO2产生量-SO2消减量

COD改变量=COD产生量-COD消减量

固渣改变量=固渣产生量-固渣消减量

噪声改变量=噪声产生量-噪声消减量

③辅助变量。辅助变量是用来描述系统中水平变量和速率变量之间信息传递和转换过程的中间变量，其随着相关变量的变化而瞬时发生变化。

企业的总产值=企业实际生产总值（Time）

总能耗=企业总产值*千元产值企业能耗-节能投资*节能投资效果因子

节能减排投资=企业总产值*节能减排投资比例

节能投资=节能减排投资*节能投资比例

减排投资=节能减排投资*减排投资比例

SO2產生量=单位能耗SO2排放*总能耗

SO2消减量=废气排放投资量*减排投资效果因子1

废气排放投资量=减排投资*废气排放投资比例

废液COD产生量=单位能耗COD排放*总能耗

COD消减量=废液排放投资量*减排投资效果因子2

废液排放投资量=减排投资*废液排放投资比例

固渣产生量=单位能耗固渣产生量*总能耗

固渣消减量=废渣排放投资量*减排投资效果因子3

废渣排放投资量=减排投资*废渣排放投资比例

噪声产生量=噪声合成量（设备运转台数）

设备运转台数=企业总产值/单台设备所能创造的产值

噪声消减量=噪声排放投资量*减排投资效果因子4

噪声排放投资量=减排投资*噪声排放投资比例

④常量。常量是指在模型运行过程中保持不变或者变化甚微的量，一般是根据企业的实际统计数据对其进行设定。

⑤表函数。表函数是用来对某一变量发生变化而引起另一变量变化的描述，可以形象地反映两变量之间的非线性关系[10]。

实际生产总值，在模型中其表示的是企业该年的生产总值与年份之间的非线性关系。

噪声合成量，在该模型中其表示的是噪声合成量与设备运转台数之间的非线性关系。

2 模型的仿真与分析

模型建立后，运用 Vensim PLE 软件模型检验功能模块对模型进行校验，所得误差在可控范围内，故建立的模型能够较好地反映企业节能减排工作的实际情况，可以进行模拟仿真。

运用所建立的系统动力学模型对某中小型汽车零配件企业进行模拟，该企业有机加、冲压、制管和焊接四大工艺车间，生产车间污染物排放示意图如图3所示。

从图3中可以看出，噪声的排放是该汽配企业的诟病，故本文选取噪声的排放量为模型代表性指标，现将模型具体化如图4所示。

2.1 模型参数设置

模型时间设定为2013-2016年，2013年为基期，时间步长为1a，借助这几年企业的实际生产统计数据对模型的参数进行设置。

声压是表示声音强弱的物理量，通常用对数值来度量声压。在实际噪声环境中，往往有多个声源同时存在，若在某点分别测得几个声源的声压为P1，P2，…，Pn，该点总声压Pt满足

通过实际测量，该企业的噪声排放量主要集中在冲压车间，该冲压车间有20台型号相似的压力机，测得单台压力机生产作业产生的噪声平均为75dB，借助总声压级公式，可以得出运转不同台数的压力机，所合成的噪声如图5所示。

2.2 系统仿真

现阶段企业没有进行节能减排的投入，此时噪声排放处理投资为0。假设系统存量初始值为0，则企业的噪声排放量如图6所示。

从图6中可以看出，当企业没有进行任何节能减排投入时，企业的噪声排放量均高于85dB。根据标准化组织规定，当噪声达到85dB时，对于工人的身体健康会产生影响，同时在较高的噪声环境下工作，对工人的工作效率也会有影响，也不符合节能减排的要求。因此，企业决定以实际生产总值的2%作为节能减排的投入，制定了四种投资策略，如表1所示。

運用Vensim PLE软件仿真4种投资策略下噪声排放量的曲线如图7所示。

如图7所示，由于企业发展的深入，各种节能减排策略下，噪声排放量都呈累积上升的状态，但当节能减排投资规模和具体的投资分配情况不同时，噪声的排放量也不同，其中情况4中的噪声排放量增加最为缓慢，情况最优，较为合理地控制了噪声的排放。

3 结语

本文以企业节能减排投资系统为研究对象，用系统动力学的方法建模。利用某汽车零配件企业生产过程中的实际数据，选取噪声排放量作为节能减排模型的代表性目标，仿真企业拟定的不同投资策略下，节能减排的效果。从仿真得出，通过调整噪声排放处理投资，能够较好地把噪声控制在85dB，但随着企业发展的深入，生产产能必将进一步扩大，噪声的排放量也会增加。

因此，企业需要加大节能减排的投资力度，同时尽可能优化车间设备的配置结构，从而促进企业节能减排项目的实施。

参考文献：

[1]刘丽娟，王灵梅，杨春.火电企业节能减排的系统动力学仿真模型的建立[J].华东电力，2010，38（10）：1498-1500.

[2]强瑞，廖倩.企业节能减排的系统动力学研究[J].武汉理工大学学报，2010（4）：126-132.

[3]张华，陈凤银，王艳红.钢铁企业节能减排投资系统动力学研究[J].现代制造工程，2012（7）：22-25.

[4]杨勇波，陈缨，羊静.耗能企业节能减排政策模拟推演[J].系统仿真学报，2016，28（4）：972-978.

[5]王喜平，刘兴会，张锴.基于系统动力学的火电企业节能减排投资研究[J].黑龙江电力，2013，35（3）：200-202.

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[9]汪赋.系统工程在配送中心物流系统的应用研究[D].厦门大学，2006：18-19.

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[11]Qiang R， Liao Q， Wu J. Enterprise Energy Saving and Emission Reduction Project Quality Analysis Based on System Dynamics[J]. Advances in Information Sciences & Service Sciences， 2013， 5（2）：285-291.