预拌混凝土碳排放量的估算方法

2014-09-20

建筑施工 2014年5期

深圳市建工集团股份有限公司深圳 518048

1 概述

预拌混凝土是最主要最大宗的建筑材料，我国2010年预拌混凝土的生产量达到11.79 亿m3[1-3]。预拌混凝土的主要原材料之一水泥，其生产过程中消耗了大量能源，排放了大量的二氧化碳，同时预拌混凝土在生产和运输过程中也消耗了相当多的电能和柴油，间接或直接排放了相当可观的二氧化碳[4]。因此，预拌混凝土的碳排放成了建筑业碳排放主要来源之一。建筑业节能减排的重点是[5-8]：选择建筑材料消耗低，提高建筑材料使用寿命的建筑设计方案；对建筑进行节能设计，使建筑物在运行阶段的能耗较低。以上两点都有利于降低能源消耗，减少二氧化碳的排放。

预拌混凝土碳排放量的估算目的是：为建筑建造阶段的碳排放提供数据，用于评价预拌混凝土生产企业的碳排放水平。

2 碳排放量的估算指标及估算范围

2.1 估算指标

为建筑建造阶段的碳排放量估算提供预拌混凝土碳排放量数据，即预拌混凝土碳排放因子确定的估算。

用于评价预拌混凝土生产企业的碳排放水平的估算，分为单方混凝土的平均碳排放指标、基准配合比预拌混凝土的碳排放指标、相对于特定预拌混凝土配合比的碳排放指标。

2.2 确定碳排放因子的估算范围

预拌混凝土原材料的生产和运输过程中的碳排放，原材料在厂内的二次搬运产生的碳排放，预拌混凝土生产产生的碳排放（包括厂内生产用电用水），为生产服务产生的碳排放（包括维修和场地清洗产生的碳排放，也包括工厂内办公和生活产生的碳排放）。

预拌混凝土碳排放因子的估算不能以个别预拌混凝土厂家的数据为依据，而是以一定量的预拌混凝土厂家的数据统计值为依据。

此外，还需要增加预拌混凝土运输过程中的碳排放。

3 生产企业碳排放水平的估算

3.1 原材料的碳排放估算

生产预拌混凝土的主要原材料有水泥、砂、石子、粉煤灰、外加剂、矿渣粉和水。在这些原材料中单位质量的碳排放量最大的是水泥，水泥生产过程中产生的碳排放非常大，而且运输距离长。砂、石的主要碳排放来源有砂、石的开采和运输。粉煤灰和矿渣粉的碳排放的主要来源是粉煤灰和矿渣粉的二次加工和运输。外加剂生产过程中单位质量的碳排放不小，但是其掺量相当少，因此对单方混凝土的碳排放贡献不大，其主要的碳排放为生产和运输产生的碳排放。生产混凝土用水大多为市政自来水，其碳排放主要为自来水处理和运输碳排放，以及工厂内的二次泵送消耗的电能产生的碳排放。

对于特定的预拌混凝土生产企业来说，每年预拌混凝土的产量相当大，其原材料供应商不是一成不变的，每年有多个水泥生产企业或供应商提供水泥给该企业，同样其他原材料的供应商也有好多家。不同生产企业的管理水平不一样，其产品的碳排放水平也不一样，同时运距和运输方式也可能不一样，这给预拌混凝土原材料的碳排放估算带来困难。

组成预拌混凝土的原材料碳排放因子采用政府发布的碳排放因子，不同的生产厂家或供应商仅考虑供应量和运输距离。对于每种原材料可以取加权平均碳排放量作为该种材料的单位碳排放量，其计算公式如下。

针对每种材料的碳排放量汇总计算公式为：

式中：Di——对应第i种原材料年总的碳排放量（kg）；

fi,j——对应j供应商（厂家）单位运距单位质量的碳排放量（kg·km-1·t-1）；

Mi,j——对应j供应商（厂家）的供货量（t）；

Li,j——对应j供应商（厂家）的运距（km）；

qi——对应i种原材料的碳排放因子（kg·t-1）。

每种材料碳排放量的平均计算公式为：

3.2 生产碳排放的估算

预拌混凝土生产时的碳排放估算内容为年生产预拌混凝土所消耗的电能、年工厂内办公生活用电、年厂内辅助（维修电焊、冲洗场地和洗车等）用电和用水，混凝土原材料在工厂内的二次搬运（主要是装载机）消耗的柴油。可以统计计算总的碳排放量，再除以混凝土的年产量，就得到单方混凝土生产时的碳排放量。

计算公式为：

式中：CE3.2——年生产总的碳排放量（kg）;

q电——电的碳排放因子（kg·kW-1·h-1）；

M电——年总用电量（kW·h）；

q水——水的碳排放因子（kg·m-3）；

M水——作为混凝土原材料用水外的所有用水（m3）；

q柴油——厂内二次搬运用柴油的碳排放因子（kg·L-1）；

M柴油——柴油用量（L）；

ce3.2——生产单方混凝土产生的碳排放量（k g · m-3）；

M混凝土——混凝土的年产量（m3）。

3.3 运输碳排放的估算

由于预拌混凝土的运输距离不同，不同运输距离的预拌混凝土的碳排放量是不同的。一种办法是统计年总运输距离、用于运输的总的柴油消耗量和年预拌混凝土生产量，而柴油的碳排放因子是已知的，这样就可以求单位运输距离单方混凝土的碳排放量。在没有统计年总运输距离，只有年总用柴油量的情况下，可以计算单方混凝土的平均运输碳排放量。

计算公式为：

式中：CE3.3——年总的运输碳排放量（kg）；

M',柴油——年用于混凝土运输的总的柴油消耗（L）；

ce3.3——单方混凝土的运输碳排放（kg·m-3）；

ce'3.3——单方混凝土单位运输里程的碳排放量（kg·m-3·km-1）。

式中：L总运输里程——年总的运输里程；

Li,j——为第i辆车，第j次运输距离，如工程离混凝土厂家的距离为10 km，则运距为20 km；

ni、nj——分别为混凝土车数量、对应i车每年的运输次数。

3.4 平均碳排放水平的估算

在统计预拌混凝土的平均碳排放水平时，不考虑具体的预拌混凝土强度等级和配合比，只考虑预拌混凝土一年总的生产量。因此，在3.1计算原材料的碳排放时，只要考虑相对于不同材料品种的供应商（厂家）、供货量、运输距离、相应材料的碳排放因子，汇总得到总的材料碳排放。在3.2中只要统计年总的生产碳排放量。在3.3中只要统计年总的运输碳排放量。

式中：n——为所用原材料的种类数。

3.5 基准配合比预拌混凝土碳排放量的估算

不同工程对预拌混凝土的要求不同、运输距离不同、浇筑方式不同、季节不同、原材料的质量来源不同，即使混凝土强度等级相同，混凝土的配合比也不完全相同，用于实际生产的混凝土配合比就非常多，但是每家预拌混凝土生产企业都有其基准配合比，而其基准配合比相对较稳定，因此，可以用基准配合比来估算相对于不同强度等级的混凝土的碳排放量。

在估算不同强度等级的基准配合比混凝土的碳排放量时，单方混凝土的生产碳排放量和运输碳排放量仍然按照3.2、3.3的方式确定，即取混凝土生产的年总碳排放量除以年总产量来确定单方混凝土的生产碳排放量，混凝土运输年总碳排放量除以年总产量来确定单方混凝土的运输碳排放量。

需要注意的是，按照试验室提供的实际生产的预拌混凝土配合比统计出来的年原材料消耗量与原材料的进货量是不等的，这主要是由于设备的计量误差引起的。

因此，要统计计算各种原材料的年实际进货量减去按照实际生产的配合比统计出来的年消耗量，乘以相应材料的单位碳排放量，加上该种材料的运输碳排放量，再除以年总的生产量，得到单种原材料的单方混凝土的碳排放量的调整量，对各种混凝土原材料的调整量累加，得到单方混凝土总的调整量。

的年总的碳排放量（kg）。

基准配合比的混凝土的碳排放量为按照对应强度等级的基准配合比计算得出的碳排放量，加上单方混凝土的生产碳排放量，加上单方混凝土的运输碳排放量，加上单方混凝土碳排放量的调整量。

则不同强度等级基准配合比的混凝土碳排放量计算公式为：

式中：di——配合比中第i种原材料到厂后的单位重量碳排放（kg）；

Mi——配合比中第i种原材料的用量（kg/m3）。

3.6 实际生产混凝土碳排放量的估算

如正在为某工程供应预拌混凝土，预拌混凝土的强度等级和配合比已知，要求估算正在供应的预拌混凝土的碳排放量。这时预拌混凝土的原材料来源已知且单一，可以按照特定原材料来确定配合比已知的单方混凝土的碳排放量。

则实际生产混凝土碳排放量=单方混凝土的生产碳排放量+单方混凝土碳排放量的调整量+单方混凝土的配合比的碳排放量+3.3确定的单位运输距离单方混凝土的碳排放量×运输距离（如工程现场与混凝土厂的距离为20 km，则运距取40 km）。其中，单方混凝土的生产碳排放、碳排放的调整量和单位运输距离单方混凝土的碳排放取自往年的统计资料。

式中：l——运输距离（km）。

4 碳排放因子的估算

预拌混凝土碳排放因子的估算是以不同强度等级的基准配合比混凝土的碳排放估算为依据的，去除其中的单方混凝土的运输碳排放量。

不同生产企业的管理水平不同，按照基准配合比估算出来的单方混凝土的碳排放量是不同的。因此，政府部门或权威机构在估算预拌混凝土的碳排放因子时，需要在辖区内预拌混凝土生产企业中抽出有代表性的企业20～30 家，对这些企业的基准配合比单方混凝土的碳排放量进行统计分析，最后确定各个强度等级预拌混凝土碳排放因子，提供给建设方或施工方估算工程建造阶段产生的碳排放。