基于全生命周期法的供暖系统碳排放计算的核算体系研究.pdf

NORTHERNARCHITECTURE50第8 卷第2 期2 0 2 3年4月节能与环保方建北筑基于全生命周期法的供暖系统碳排放计算的核算体系研究祁金生（长春汽车工业高等专科学校，吉林长春132000)摘要：城市住宅集中供热系统存在温度失衡、供热效果差、调控不及时、热能浪费等问题，难于满足实际供热需求。随着能源危机和全球环境问题的日益严峻，全生命周期分析在供暖系统的碳排放计算应用上越来越受重视。针对目前集中供热管网存在的不平衡造成能源浪费严重的问题，本文通过全生命周期碳减碳量化处理方法对建筑模型进行设计，得出在热源及供热面积一致时，运行阶段应选用较高运行效率的供热设备，生产阶段应降低热电厂碳排放量的结论，以期为北方城镇住宅供热行业减碳量计算标准制定提供支持。关键词：全生命周期；碳排放；平衡供热；核算体系中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：2 0 9 6-2 118(2 0 2 3)0 2-0 0 50-0 5Research on the Accounting System of Heating System Carbon EmissionCalculation Based on the Whole Life Cycle MethodQI Jinsheng(Changchun Automobile Industry Institute,Changchun Jilin132000,China)Abstract:The urban residential central heating system has problems such as temperature imbalance,poor heatingeffect,untimely regulation,waste of heat energy,which are difficult to meet the actual heating demand.With theenergy crisis and the increasingly serious global environmental problems,the application of full life cycle analysisin the calculation of carbon emissions of heating systems has been paid more and more attention.In view of thesevious energy waste caused by the imbalance of the current central heating pipe network,this paper designs thebuilding model through the quantitative treatment method of carbon reduction in the whole life cycle,and drawsthe conclusion that when the heat source and heating area are consistent,the heating equipment with higher op-erating efficiency should be selected in the operation stage,and the carbon emission of the thermal power plantshould be reduced in the production stage,in order to provide support for the formulation of carbon reduction cal-culation standards for residential heating industry in northern cities and towns.Keywords:whole life cycle;carbon emissions;balanced heating;accounting system0引言我国黄河以北地区城镇住宅集中供暖需求约有150亿m,随着城镇化发展的推进，冬季城镇住宅集中供暖面积将达到2 0 0 亿m。城镇建筑冬季集中供暖平均耗热量为0.3GJ/m,为满足供暖需求，每年需提供约6 0 亿GJ的热量，各种规模的燃煤、燃气锅炉提供约占40%，产生CO2排放量近10 亿t。随着全球供暖技术的发展水平不断提升，供暖新技术注重热源的多样性，增强了电网和燃气网的耦合作用，使供热系统与可再生能源系统、工业余热系统等更好收稿日期：2 0 2 2-11-14基金项目：中国职业技术教育学会第五届理事会2 0 2 2 年度科研规划课题（ZJ2022B137）作者简介：祁金生（19 8 2 ），男，吉林省长春市人，正高级工程师，硕士，研究方向：智能控制。NORTHERNARCHITECTURE51第2 期祁金生：基于全生命周期法的供暖系统碳排放计算的核算体系研究地整合在一起，优化了整个供热系统行业的运行效率叫。一些较早发展集中供热的地区，例如俄罗斯、欧洲等，已经对供热系统的自动调节技术积累了丰富的经验，较好的实现了按需供热。我国供暖技术的发展起步较晚，在供热系统的设备研制与系统调控方面发展相对滞后2 。由于国家相关碳减排领域方面政策刚刚开始落实，城镇建筑供热领域碳排放数据量化方面没有明确规范定义，供热管理单位对能耗数据共享管理办法没有指导性意见，碳排放核算方法与标准体系不完备，整体建筑能耗统计与评价制度存在缺陷，上述原因制约了城镇住宅供热行业碳排放量化指标的分解，城镇建筑供热行业碳排放核算体系呕须建立健全。1全生命周期评价法供热行业的全生命周期评价(LCA)是对采暖行业生命周期有关的环境负荷过程分析，其中包括原材料的采购、产品生产与运输、设备使用、回收、运行维护及最终报废处置3。国际环境毒理学与化学学会将全生命周期评价划分为定义目标和范围、清单分析、影响评价、改善评价四个部分，如图1所示。根据全生命周期评价方法要求，本项目中将城镇住宅供暖行业整体碳排放阶段分为生产运输、安装、运行及拆除回收四个阶段。LCA应用产品开发目标和范围改产品改进誉评清单分析政策依据价影响评估图1LCA的技术框架2排放源因子与碳排放量核算2.1碳排放单元和排放源典型供热企业碳排放单元和排放源识别见图2。供热企业直接排放源为锅炉，间接排放源为水泵、风机等工辅设备，不包括办公楼、食堂等附属设施。碳排放分类见表1。直接排放包括化石燃料燃烧、石灰石脱硫环节生产过程产生的CO2排放。直接排放核算范围包括锅炉、脱硫装置等生产设施，不包括车辆、食堂灶具等辅助和附属生产设施5-6 。供热企业CO,排放排放单元锅炉1锅炉2锅炉3直接排放燃煤锅炉风机水泵燃煤锅炉风机水泵燃气锅炉石灰石石膏湿法脱硫-风机水泵石灰石石膏湿法脱硫.-.-.：间接排放排放源图2供热企业CO,排放源表1供热企业碳排放列碳排放分类排放源直接排放化石燃料燃烧燃煤、燃气锅炉工业生产过程石灰石-石膏湿法脱硫过程间接排放外购电力水泵、风机等公辅设备间接排放包括外购电力产生的CO2排放，此部分电力应为企业生产用电，不包括办公楼等非生产用电，若无法拆分，可将外购电力全部视为生产用电。外购热力部分亦视为全部生产用热。2.2碳排放因子化石能源燃烧产生的碳排放需要对开采、运输环节进行计算7，综合碳排放因子见表2。表2 化石能源LCA内综合碳排放因子kg-COze/kg能源名称CO2排放系数综合碳排放因子标煤2.663 02.8495原煤1.90032.0333天然气2.16222.3135电力供热碳排放因子OM（电量边际排放因子）值为 1.0 0 0 0 t COz/(MWh)。供暖行业中使用的材料的碳排放因子见表318 2.3碳排放量核算IS016064标准里的碳排放基本量化公式如下9：C=ADxEFxGWP(1)式(1)中：AD为活动数据，指的是某一项排放源的全年消耗量，比如用电总量、天然气使用量、汽油使用量等；EF为排放因子，指的是单位活动的排放量系数，kg/TJ;GWP为全球变暖潜值。温室气体排放量计算公式如下：C=ZZZEFij,hxActivityij.k(2)式(2)中：EF为排放因子，kg/TJ;Activity为燃料消费量，TJ;i为燃料类型，为部门活动，k为技术类型。NORTHERN ARCHITECTURE52第8 卷方建北筑表3材料碳排放因子g-COze/kg建材单位排放质量建材单位排放质量建材单位排放质量PU21 153沥青5 100钢铁3340PE9120面砖132铜7580混凝土485卵石50铝1263水泥1 180沙子20企业的化石燃料燃烧CO2排放量公式如下：44E燃烧co,=ZjZi(ADi,xCC,xOF.,(3)12式(3)中：i为化石燃料的种类；j为燃烧设施序号；AD；为燃烧设施j内燃烧的化石燃料品种i消费量（固体和液体燃料以吨为单位，气体燃料以标准状况下体积万Nm为单位）;CCi,为设施j内燃烧的化石燃料讠的含碳量（对固体和液体燃料以吨碳/吨燃料为单位，对气体燃料以吨碳/万Nm为单位);OFij为设施内燃烧的化石燃料i的碳氧化率，取值范44围为0 1为CO,与碳的相对分子质量之比。123供暖设备全生命周期碳排放计算3.1设备生产与运输阶段钢材和耐火材料是锅炉的主要组成材料，基本构成比例为2:3，钢材生产阶段碳排放为9.46 kg/m，耐火材料为5.45kg/m。材料货物的运输主要包括铁路、航空，水运，公路客运等方式10。本项目计算中设备及其零部件以公路运输方式，运输距离按50 0 km计算。3.2设备与管线安装采用简易估算模式对城镇建筑设备生命周期安装阶段的CO2排放量进行估算:设备安装CO,排放量（kg-COze）=楼地板面积(m)CO,排放元单位(kg-CO2ze/m)。CO2排放元单位=12.0 7 kg-COze/m。3.3供暖行业运行阶段供热行业运行阶段所产生的碳排放量，是用供热系统消耗的一次能源碳排放因子和二次能源的碳排放因子计算12 3.4设备及管线拆除阶段城镇建筑集中供热系统使用的大部分材料为金属和塑料，均为可回收材料，在生产过程中已经考虑到所节约的碳排放，拆除阶段此部分可以不加分析，只考虑系统中管道拆除和废弃设备运输的过程部分13-144以辽源市某小区2 0 2 1一2 0 2 2 年度碳排放量核算4.1建筑模型建筑供暖模型面积为10 0 m，层高2.6 m，墙体采用37 cm砖墙，外墙保温板采用6 0 mm保温苯板，传热系数0.42 W/（m?k）;屋顶为混凝土预制板，传热系数为0.8 W/（m k）;外门采用塑钢门，传热系数为2.6 8 W/mk)15;外窗使用塑钢窗，传热系数为2.8 W/（m k）；冬季供热室内设计温度为18，换气0.5次/h；燃煤锅炉的使用寿命为10 年。室外温度选取辽源地区2 0 2 1年11月1日至2022年5月1的平均室外温度，供暖耗热量计算结果见表4。4.2热源和末端相关参数使用燃煤锅炉的质量6 5kg，散热器采用钢制柱型散热器，地热管采用聚乙烯管。燃煤锅炉的效率值按40%进行计算，燃气锅炉的效率值按9 0%进行计算16 4.3计算结果根据以上的数据，计算出辽源地区供暖全生命表4东北地区典型城市典型住宅冬季负荷计算项目11月12月1月2月3月4月室外温度/0-9.8-14-11010温差/1827.83229188供暖负荷/W5 8789078104499.4705 8782.612单位面积供暖负荷/（Wm）58.7890.78104.4994.758.7826.12日供暖总耗热量（kWh）141.07217.87250.7227.28141.0762.69供暖季累计耗热量/（kWh）27 002(97 207.2 MJ)NORTHE