林育萍

(浙江省交通投資集團(tuán)有限公司， 浙江 杭州 310020)

生命周期評價(jià)(LCA)是利用物質(zhì)不滅定律、能量守恒原理計(jì)算產(chǎn)品生產(chǎn)及使用時(shí)能量消耗的方法。近年來，隨著對資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的重視，人們開始利用LCA研究瀝青路面建設(shè)過程中的能耗及碳排放問題。王小鳳等采用LCA計(jì)算了不同時(shí)間方案下路面全壽命周期內(nèi)費(fèi)用，建立了選擇最優(yōu)養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的效果費(fèi)用比模型。張童童等基于LCA建立能耗和碳排放評價(jià)體系，對溫拌再生技術(shù)的能耗及碳排放影響因素進(jìn)行了敏感性分析。李冠男等采用LCA分析高速公路瀝青路面的能耗與排放，認(rèn)為將交通延誤的環(huán)境影響計(jì)入養(yǎng)護(hù)維修階段具有重要意義。張海濤等對3種瀝青路面結(jié)構(gòu)類型的LCA碳排放進(jìn)行評估，分析了不同瀝青結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)參數(shù)對碳排放特征化結(jié)果的影響。隨著大摻量廠拌熱再生瀝青混合料應(yīng)用的不斷深入，其在整個(gè)生產(chǎn)和應(yīng)用過程中的能耗、排放及經(jīng)濟(jì)效益亟待研究。該文選用廢舊瀝青混合料(RAP)摻量分別為20%、30%、30%(機(jī)械發(fā)泡)的廠拌瀝青混合料與常規(guī)瀝青混合料進(jìn)行對比，測算瀝青路面養(yǎng)護(hù)過程中各環(huán)節(jié)的溫室氣體排放和能耗，并運(yùn)用LCA理念對路面養(yǎng)護(hù)過程進(jìn)行分解，分別考慮銑刨、原材料生產(chǎn)運(yùn)輸、混合料拌合、路面攤鋪和壓實(shí)等施工環(huán)節(jié)，對廠拌熱再生各環(huán)節(jié)進(jìn)行能耗、排放和經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)，研究環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的養(yǎng)護(hù)方案。

1 效益評價(jià)指標(biāo)

結(jié)合中國環(huán)境污染治理的節(jié)能減排和宏觀政策，以能耗及CO2排放為主要測算指標(biāo)，綜合考慮自然資源消耗和廢棄物循環(huán)利用等，確定效益評價(jià)指標(biāo)如下：1) 標(biāo)準(zhǔn)能耗(MJ/t)；2) CO2排放當(dāng)量(kg/t)，用于評價(jià)溫室氣體的排放情況。采用上述2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行量化評價(jià)，為循環(huán)利用和節(jié)能減排評價(jià)提供依據(jù)。

2 效益評價(jià)模型的邊界條件

研究范圍應(yīng)盡量保證研究的廣度、深度以實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)，主要包括系統(tǒng)功能、系統(tǒng)邊界和功能單位等?？紤]集料、瀝青等材料的生產(chǎn)過程，以瀝青路面建設(shè)養(yǎng)護(hù)的能耗為調(diào)查對象。由于瀝青的加工工藝較復(fù)雜，相關(guān)數(shù)據(jù)以引用為主。

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的建議，對環(huán)境影響小于1%的因素可忽略，但總共忽略的部分不應(yīng)超過5%。取舍規(guī)則如下：1) 根據(jù)LCA相關(guān)研究成果分析環(huán)境排放的影響，決定該數(shù)據(jù)是否忽略。2) 如果是原料消耗，收集其生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)后才能對其環(huán)境影響進(jìn)行判斷，較為耗時(shí)。實(shí)際操作中，一般先從可得數(shù)據(jù)庫中選用一個(gè)類似的原料數(shù)據(jù)估算其環(huán)境影響，如果影響較小，則可忽略；如果影響明顯，則需收集相應(yīng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。3) 只有在差異顯著和較為粗略的情況下，才可直接忽略摻量較小的原料。

根據(jù)上述原則測算的上面層廠拌熱再生瀝青路面施工能耗系統(tǒng)的邊界條件見圖1。瀝青路面建設(shè)和使用的全壽命周期包括施工能源的生產(chǎn)，施工機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)和運(yùn)輸，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，原材料的生產(chǎn)和運(yùn)輸，瀝青混合料的拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等，路面服役期的運(yùn)營管理，路面養(yǎng)護(hù)維修?？紤]到分析完整全壽命周期的工作量較大，僅分析全壽命周期中的部分環(huán)節(jié)。因采用的測算方法原理相同，后期對路面全壽命周期過程的分析中采用同樣的方法對其他環(huán)節(jié)能耗及碳排放進(jìn)行測算。

圖1 瀝青路面施工能耗的系統(tǒng)邊界

3 能耗及溫室氣體計(jì)算方法

3.1 能耗計(jì)算方法

瀝青路面施工包括原路面銑刨、原材料運(yùn)輸和混合料拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)，所消耗的能源包括電力、汽油、柴油、重油等。為便于分析工藝的能耗水平，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤、熱量值換算系數(shù)對各種能源類型進(jìn)行換算。假設(shè)在鋪筑某段瀝青路面時(shí)拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等過程消耗表1所示能源，根據(jù)各種能源折合標(biāo)準(zhǔn)煤的轉(zhuǎn)換系數(shù)，施工過程中消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量為：

表1 施工過程中能源消耗量

EM拌合=61.61×1.471 4+339.69×1.457 1+

15 031.81×1.428 6+9 290.65×0.122 9=

23 201.88 kg

ET運(yùn)輸=843.08×1.457 1=1 228.45 kg

EL攤鋪、碾壓=929.43×1.457 1=1 354.27 kg

根據(jù)各種能源折合發(fā)熱量的轉(zhuǎn)換系數(shù)，采用同樣的方法可計(jì)算得到施工過程中消耗的總熱量。按照上述方法將消耗的能源類型及用量折算為標(biāo)準(zhǔn)能耗，評價(jià)各施工工藝的能耗水平。

3.2 溫室氣體計(jì)算方法

溫室氣體主要包括CO2、HFCs、N2O等。為統(tǒng)一溫室氣體計(jì)算結(jié)果，采用CO2排放當(dāng)量為度量單位，CO2排放當(dāng)量=質(zhì)量×全球變暖潛能(GWP)。根據(jù)政府氣候變化專門委員會(IPCC)的評估報(bào)告，溫室氣體的GWP值見表2。

每日優(yōu)鮮的前置倉基本在100平米左右，在SKU的選擇上采取精選模式，每日優(yōu)鮮只精選不到1000個(gè)商品，大型超市的SKU數(shù)量在2萬左右，天貓、京東的生鮮數(shù)量也能在4000個(gè)左右，所以每日優(yōu)鮮SKU的數(shù)量還不足超市的1/20。因?yàn)榉稚⒌男∶娣e前置倉容納不下太多的商品數(shù)量，超過數(shù)量的SKU在小倉中是分揀不出來的，這樣一來顧客可供選擇的余地太小了。縮減SKU，在短期內(nèi)可以提高流通效率，但從長期來看，其實(shí)是將用戶推向擁有更豐富選擇的競爭對手。

表2 溫室氣體全球變暖潛能值

消耗能源釋放的溫室氣體主要有CO2、CH4、N2O。為便于統(tǒng)一能源質(zhì)量度量，將發(fā)熱量排放系數(shù)換算為相應(yīng)質(zhì)量排放系數(shù)。以原油為例，CO2排放數(shù)據(jù)為73 300 kg/TJ，平均低位發(fā)熱量系數(shù)為41 816 kJ/kg，計(jì)算得發(fā)熱1 TJ原油的質(zhì)量為23 914.291 kg。將其代入IPCC官方數(shù)據(jù)得到單位質(zhì)量原油CO2排放系數(shù)為73 300/23 914.291=3.065。如果是碳排放，則要乘以原子量系數(shù)12/44，為0.836。依據(jù)該方法得到的單位質(zhì)量CO2、CH4、N2O排放系數(shù)見表3。電力排放系數(shù)從LCA基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中選取。

表3 各種能源單位質(zhì)量溫室氣體排放系數(shù)

根據(jù)排放系數(shù)，可分別計(jì)算得到新鋪筑200 m2瀝青路面時(shí)瀝青混合料拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等施工過程中各種溫室氣體排放量。其中CO2排放為：

CM拌合=61.61×2.984 8+339.69×3.160 5+

1 5031.81×3.236 6+9 290.65×0.927=

58 521.87 kg

CT運(yùn)輸=843.08×3.160 5=2 664.55 kg

CL攤鋪、碾壓=929.43×3.160 5=2 937.46 kg

采用相同的方法計(jì)算甲烷和N2O的排放量并將各種溫室氣體排放量按GWP轉(zhuǎn)換為溫室氣體排放總量(CO2排放當(dāng)量)：

GM拌合=∑Gi×gi=58 521.87×1+27.30×

GT運(yùn)輸=∑Gi×gi=2 664.55×1+

0.107 9×25+0.021 58×298=2 673.68 kg

GL攤鋪、碾壓=∑Gi×gi=2 937.46×1+

0.118 9×25+0.023 79×298=2 947.52 kg

式中：Gi為某種溫室氣體的排放量(kg)；gi為某種溫室氣體的GWP值。

根據(jù)溫室效應(yīng)GWP值、氣體排放系數(shù)，將各環(huán)節(jié)施工消耗的能源類型和用量折算成CO2排放當(dāng)量，評價(jià)各施工工藝的碳排放水平。

4 效益計(jì)算過程與分析

4.1 研究對象

廠拌熱再生是將舊瀝青路面經(jīng)過翻挖后運(yùn)回拌和廠再集中破碎，根據(jù)路面質(zhì)量要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，確定RAP添加比例，將再生劑、新瀝青材料、新集料等在拌合機(jī)中按一定比例重新拌合成新的混合料，鋪筑形成再生瀝青路面。常規(guī)罩面是在原路面滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的情況下，為修復(fù)路面病害，改善路面使用性能，鋪筑一定厚度加鋪層的養(yǎng)護(hù)措施。常規(guī)罩面的各施工環(huán)節(jié)與新建瀝青路面一致，而廠拌熱再生相較于新建瀝青路面增加了原路面銑刨、銑刨料運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)。針對廠拌熱再生各施工環(huán)節(jié)作如下規(guī)定：

(1) 銑刨過程。根據(jù)調(diào)查，如采用典型的銑刨寬度為2 m的銑刨機(jī)對舊瀝青路面進(jìn)行銑刨，發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷油耗為124 L/h(柴油密度為0.84 kg/L)。假設(shè)銑刨機(jī)功率為80%，在銑刨深度為12 cm時(shí)，銑刨速度約4 m/min。

(2) 運(yùn)輸過程。將舊路面的銑刨料從施工現(xiàn)場運(yùn)輸至混合料拌合場(即RAP運(yùn)輸)，運(yùn)輸距離與新料運(yùn)輸距離相同，為80 km。

(3) 再生混合料生產(chǎn)過程。采用意大利進(jìn)口博納帝單滾筒再生設(shè)備，RAP與新集料共同加熱，故生產(chǎn)再生混合料與常規(guī)混合料的能耗基本無差別，以相同能耗計(jì)算。

(4) 混合料生產(chǎn)、攤鋪、碾壓。瀝青路面常規(guī)罩面施工中，瀝青混合料的生產(chǎn)、攤鋪、碾壓與新建路面相同。

4.2 環(huán)境效益分析

環(huán)境效益的原始數(shù)據(jù)為筑路過程中各環(huán)節(jié)(包括原材料生產(chǎn)、原材料運(yùn)輸、混合料拌合、新舊料運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、銑刨等環(huán)節(jié))消耗的能源和產(chǎn)生的排放。根據(jù)試驗(yàn)路情況作如下假設(shè)：廠拌熱再生混合料應(yīng)用于4 cm上面層，混合料類型為改性瀝青AC-13，油石比為4.8%，RAP料運(yùn)距為80 km，原材料運(yùn)距為150 km，混合料運(yùn)距為80 km。對20%、30%、30%(機(jī)械發(fā)泡)RAP摻量的廠拌熱再生和常規(guī)罩面的能源、溫室氣體排放進(jìn)行計(jì)算。

原材料包括改性瀝青、粗集料、細(xì)集料和銑刨料，其中原材料數(shù)據(jù)從歐洲瀝青協(xié)會的瀝青數(shù)據(jù)庫、中國CLCD數(shù)據(jù)庫等獲得?；旌狭习韬稀⑦\(yùn)輸、攤鋪和碾壓等環(huán)節(jié)中的能源消耗采用中國CLCD數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)通過調(diào)研獲得；施工過程的能耗參照相關(guān)資料計(jì)算得到。原材料及施工過程中燃料、設(shè)備的能耗和CO2排放當(dāng)量分別見表4、表5。

表4 原材料的能耗和CO2排放當(dāng)量

表5 施工設(shè)備及燃料的能耗和CO2排放當(dāng)量

根據(jù)原材料及施工各環(huán)節(jié)的能耗和CO2排放當(dāng)量原始數(shù)據(jù)，采用能耗和CO2排放當(dāng)量計(jì)算方法得到常規(guī)罩面、不同RAP摻量廠拌熱再生的能耗及CO2排放當(dāng)量(見表6、圖2、圖3)。

由表6可知：能耗、排放降低主要發(fā)生在原材料的生產(chǎn)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)。此外，使用機(jī)械發(fā)泡溫拌技術(shù)時(shí)，除原材料生產(chǎn)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)外，混合料拌合過程的能耗和CO2排放也有所降低。從LCA評估環(huán)境效益來看，相比常規(guī)罩面技術(shù)，廠拌熱再生技術(shù)具有更好的節(jié)能減排效益；在同等RAP摻量條件下，機(jī)械發(fā)泡溫拌技術(shù)的節(jié)能減排效益更明顯。

表6 各養(yǎng)護(hù)措施的能耗及溫室氣體排放

由圖2、圖3可知：相較常規(guī)罩面技術(shù)，廠拌熱再生技術(shù)的能耗及CO2排放當(dāng)量都有所降低；RAP料摻量為20%、30%時(shí)，其能耗分別降低7.21%、10.65%，CO2排放分別降低6.46%、9.48%。

圖2 不同養(yǎng)護(hù)措施所產(chǎn)生的能耗對比

圖3 不同養(yǎng)護(hù)措施所產(chǎn)生的CO2排放當(dāng)量對比

4.3 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算分析

為綜合評價(jià)不同RAP摻量廠拌熱再生技術(shù)的效益，對不同摻量廠拌熱再生技術(shù)進(jìn)行費(fèi)用測算分析。進(jìn)行費(fèi)用分析的基礎(chǔ)是各種原材料、人力資源的單價(jià)。通過養(yǎng)護(hù)施工定額確定資源、臺班消耗，從而測算單位面積路面的成本費(fèi)用。測算費(fèi)用的基礎(chǔ)價(jià)格數(shù)據(jù)來源于浙江省交通工程管理中心發(fā)布的交通建設(shè)材料指導(dǎo)價(jià)格(見表7)。

表7 浙江省交通建設(shè)材料指導(dǎo)價(jià)格(2021年10月)

針對采用廠拌熱再生技術(shù)的AC-13瀝青路面，根據(jù)各施工工序的臺班及單價(jià)定額、JTG/T B06-02—2018《公路工程預(yù)算定額》定額數(shù)據(jù)庫計(jì)算費(fèi)用組成。采用前述假設(shè)條件，根據(jù)常規(guī)施工工藝條件，計(jì)算不同RAP摻量下廠拌熱再生混合料的費(fèi)用(不包括人工費(fèi)用)，分析其經(jīng)濟(jì)性(見表8、圖4)。

表8 瀝青路面費(fèi)用分析 元/t

圖4 不同養(yǎng)護(hù)措施下瀝青路面費(fèi)用

由圖4可知：不同養(yǎng)護(hù)手段的養(yǎng)護(hù)成本費(fèi)用有一定差距，同時(shí)不同RAP摻量對成本費(fèi)用有一定影響。在合理RAP摻配范圍內(nèi)，廠拌熱再生相對于常規(guī)罩面具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益，RAP摻量為20%、30%時(shí)，其費(fèi)用成本分別降低1.20%、5.53%。

5 結(jié)論

基于LCA理念，結(jié)合廠拌熱再生技術(shù)的RAP摻量、混合料性能及試驗(yàn)路實(shí)體工程，從各施工環(huán)節(jié)分析不同RAP摻量廠拌熱再生技術(shù)的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。通過廠拌熱再生技術(shù)邊界條件、能量消耗及溫室氣體排放量的統(tǒng)計(jì)分析，論證該養(yǎng)護(hù)技術(shù)的環(huán)境效益；通過對常規(guī)罩面、不同RAP摻量(分別為20%和30%)廠拌熱再生及機(jī)械發(fā)泡(RAP摻量為30%)廠拌熱再生的能耗和溫室氣體排放的計(jì)算，對廠拌熱再生技術(shù)的節(jié)能減排效益進(jìn)行分析；通過測算單位面積路面的成本費(fèi)用，分析其經(jīng)濟(jì)效益。主要結(jié)論如下：

(1) 從LCA評估，廠拌熱再生技術(shù)相比常規(guī)罩面技術(shù)具有更好的節(jié)能減排效益和經(jīng)濟(jì)效益。

(2) RAP摻量從20%增加到30%時(shí)，廠拌熱再生的節(jié)能減排效益和經(jīng)濟(jì)效益更明顯。

(3) 同等RAP摻量條件下，機(jī)械發(fā)泡廠拌熱再生技術(shù)的節(jié)能減排效益明顯。