張 婧*

（甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院）

0 引言

熱交換器是化工、熱電等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的節(jié)能設(shè)備，但熱交換器本身也是高能耗設(shè)備，近年來，相關(guān)研究往往聚焦在開發(fā)節(jié)能降耗新型熱交換器，和能效提高等方面，而忽視了熱交換器生產(chǎn)和使用基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的碳排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整理和核算。對熱交換器等高耗能設(shè)備的碳足跡核算是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)必須要進(jìn)行的基礎(chǔ)工程。熱交換器企業(yè)在生產(chǎn)過程中，需要消耗大量的金屬、水、煤炭、等原材料，因此熱交換器產(chǎn)品的制造過程也是二氧化碳等溫室氣體的碳排放過程。對熱交換器生產(chǎn)制造企業(yè)基于碳足跡核算的碳管理是落實(shí)低碳綠色生產(chǎn)的基礎(chǔ)路徑，碳核算管理體系可為熱交換器生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能監(jiān)管提供有據(jù)可查、有法可依的流程化監(jiān)管依據(jù)，助力企業(yè)向低碳制造轉(zhuǎn)型。

1 生產(chǎn)過程中碳排放研究狀況

“綠色制造”模式是由英國布魯內(nèi)爾倫敦大學(xué)的Tridech S.和Cheng K.提出的，是結(jié)合環(huán)境保護(hù)、資源優(yōu)化利用及低碳制造為一體的綠色生產(chǎn)模式。其本質(zhì)是更新生產(chǎn)流程，最大程度地提高自然資源的利用率，降低能源、溫室氣體以及污染物的排放量，提高材料的循環(huán)利用率，“綠色制造”模式的核心是對生產(chǎn)過程進(jìn)行碳足跡核算[1-2]。麻省理工學(xué)院 Gutowski教授[3]利用能耗和物料模型關(guān)系對機(jī)械加工進(jìn)行了能耗的分析，依靠熱力學(xué)建立了機(jī)械加工能耗體系。英國曼徹斯特大學(xué)的Perry S.研究得出，僅僅依靠提高能效不能解決過度消耗的能源問題，將常規(guī)與可再生能源綜合使用可有效降低碳排放量。在“碳達(dá)峰、碳中和”的背景下，國內(nèi)眾多研究單位積極參與綠色制造的研究工作，推進(jìn)了國內(nèi)低碳制造的進(jìn)程。重慶大學(xué)的尹瑞雪等[4]建立了碳排放在機(jī)械制造中的特征函數(shù)，用特征函數(shù)表示機(jī)械制造整個過程中的碳排放和物料消耗，并建立機(jī)械制造碳排放特征函數(shù)評估體系，幫助企業(yè)科學(xué)規(guī)劃機(jī)械制造工序，有效降低了碳排放。中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的孫鋅教授對家用空調(diào)生產(chǎn)和使用全生命周期進(jìn)行了碳足跡研究，在全生命周期評價方法下得出空調(diào)在各個階段的碳排放情況，為家電行業(yè)綠色生產(chǎn)提供借鑒依據(jù)。

但需注意的是，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對低碳制造的研究往往僅關(guān)注單個零部件的碳排放量核算[5]，很少針對整臺設(shè)備制造環(huán)節(jié)和使用環(huán)節(jié)進(jìn)行碳足跡核算，尤其對于熱交換器等高耗能設(shè)備的研究更為稀少，該類設(shè)備生產(chǎn)過程工藝繁雜，使用過程中雖承擔(dān)著節(jié)能降耗任務(wù)但其本身也是能耗大戶，因故對熱交換器等高耗能設(shè)備的碳核算是推行綠色生產(chǎn)過程中首要解決的關(guān)鍵問題。因此，對熱交換器產(chǎn)品整個生產(chǎn)生命過程中進(jìn)行全面碳足跡核查研究，對換熱行業(yè)節(jié)能減排具有重要意義。

2 板式熱交換器產(chǎn)品碳足跡核算方法

近年來，溫室效應(yīng)、氣候變化已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，“碳足跡”也越來越受到重視。碳足跡研究基于項(xiàng)目、組織和產(chǎn)品三個層面[6]，熱交換器產(chǎn)品碳足跡核查是指以熱交換器產(chǎn)品為管理對象，從原材料生產(chǎn)、運(yùn)輸→零部件的加工制造→焊接過程→整機(jī)組裝→整機(jī)泄漏試驗(yàn)等，通過對整個熱交換器生產(chǎn)過程中二氧化碳（CO2）等主要溫室氣體的排放進(jìn)行核查，最終得到熱交換器生產(chǎn)過程中的碳排放量。

板式熱交換器生產(chǎn)過程中的碳足跡核查包含板式熱交換器完整的生產(chǎn)周期，因此首選使用全生命周期評價法（LCA）對其進(jìn)行碳排放核查，基于全生命周期評價法目前已廣泛使用的產(chǎn)品碳足跡評價方法有：（1）英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會編制的PAS2050：2011《商品和服務(wù)在生命周期內(nèi)的溫室氣體排放評價規(guī)范》[7]，該標(biāo)準(zhǔn)是目前最廣泛使用的產(chǎn)品碳足跡核算標(biāo)準(zhǔn)；（2）世界資源研究所編制的《溫室氣體核算體系：產(chǎn)品壽命周期核算與報告標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)可為生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體核算報告提供方法和依據(jù)；（3）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織編制并修訂的ISO 14067《2018 溫室氣體合格產(chǎn)品碳足跡 量化和信息交流的要求與指南》，該標(biāo)準(zhǔn)提供了服務(wù)于產(chǎn)品生命周期內(nèi)的碳足跡的量化制定原則，將產(chǎn)品的整個生命周期整合成一個整體系統(tǒng)，避免單個階段造成的碳足跡的潛在影響。

2.1 板式熱交換器產(chǎn)品生產(chǎn)生命周期流程分析

根據(jù)PAS2050：2011《商品和服務(wù)在生命周期內(nèi)的溫室氣體排放評價規(guī)范》，1 臺熱交換器產(chǎn)品生產(chǎn)流程如圖1 所示，其碳足跡評價模式為從商業(yè)到商業(yè)（B2B）評價包括從原料生產(chǎn)運(yùn)輸、產(chǎn)品制造、包裝、水壓試驗(yàn)等整個板式熱交換器產(chǎn)品生產(chǎn)過程。在本研究中，產(chǎn)品的系統(tǒng)邊界屬于“從搖籃到客戶”的類型，為了實(shí)現(xiàn)上述功能單位，產(chǎn)品的系統(tǒng)邊界可見表1。

表1 板式熱交換器生產(chǎn)生命周期流程分析

圖1 板式熱交換器生產(chǎn)工藝流程圖

2.2 取舍準(zhǔn)則

本研究以熱交換器生產(chǎn)過程中原材料的質(zhì)量投入占比為取舍準(zhǔn)則，具體規(guī)則如下：普通物料質(zhì)量＜1%產(chǎn)品質(zhì)量時，以及含稀貴或高純成分的物料質(zhì)量＜0.1%產(chǎn)品質(zhì)量時，可忽略該物料的上游生產(chǎn)數(shù)據(jù)；總共忽略的物料質(zhì)量不超過5%；生產(chǎn)設(shè)備、廠房、生活設(shè)施等可以忽略；在選定環(huán)境影響類型范圍內(nèi)的已知排放數(shù)據(jù)不應(yīng)忽略[8]。所有原輔料和能源等消耗都關(guān)聯(lián)了上游數(shù)據(jù)，部分消耗的上游數(shù)據(jù)采用近似替代的方式處理?；谠u價目標(biāo)的定義，本次評價只選擇了全球變暖這一種影響類型，并對產(chǎn)品生命周期的全球變暖潛值（GWP）進(jìn)行了分析，因?yàn)?GWP 是量化產(chǎn)品碳足跡的環(huán)境影響指標(biāo)。評價過程中統(tǒng)計了以二氧化碳為主的各種溫室氣體，并且采用了IPCC 第四次評估報告（2007 年）中提出的方法來計算產(chǎn)品生產(chǎn)周期的GWP 值。該方法基于100 年時間范圍內(nèi)其他溫室氣體與二氧化碳相比得到的相對輻射影響值（即特征化因子），該因子可用來將其他溫室氣體的排放量轉(zhuǎn)化為 CO2當(dāng)量。

2.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量要求

為了滿足數(shù)據(jù)質(zhì)量要求，主要考慮了以下幾個方面：（1）數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因環(huán)境、設(shè)備等條件影響的測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性以及準(zhǔn)確定程度；（2）數(shù)據(jù)的代表性，生產(chǎn)過程以及技術(shù)等因素的代表性；（3）模型的一致性，采用檢測及核算方法對系統(tǒng)邊界一致性的程度。在評價過程中優(yōu)先選擇生產(chǎn)過程中直接測得的初級數(shù)據(jù)，對經(jīng)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)取大量樣本后進(jìn)行平均。當(dāng)初級數(shù)據(jù)不可取時，選擇代表生產(chǎn)過程中平均技術(shù)條件以及特定下技術(shù)水平下的綜合次級數(shù)據(jù)，次級數(shù)據(jù)大部分選擇來自IPCC 數(shù)據(jù)庫；當(dāng)目前數(shù)據(jù)庫中沒有完全一致的次級數(shù)據(jù)時，采用近似替代的方式選擇IPCC 數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)的收集和主要排放因子

熱交換器產(chǎn)品的碳足跡核算過程就是對整個生產(chǎn)周期內(nèi)包括物料和能量輸入、輸出過程的量化數(shù)據(jù)的采集過程，即對產(chǎn)品生產(chǎn)活動水平數(shù)據(jù)的收集過程。通過碳排放因子整合單位生產(chǎn)活動水平溫室氣體排放數(shù)據(jù)。熱交換器生產(chǎn)主要消耗能源為電能，其電力排放因子主要包括外購原材料電力排放因子、生產(chǎn)過程中電力排放因子及泄漏試驗(yàn)中的電力排放因子。活動水平數(shù)據(jù)來自各個生產(chǎn)流程中現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)；排放因子采用IPCC 規(guī)定的缺失值。整個熱交換器生產(chǎn)周期內(nèi)的活動水平數(shù)據(jù)主要包括：原料煤消耗量、電力消耗量、蒸汽消耗量等。排放因子數(shù)據(jù)主要包括生產(chǎn)過程中電力排放因子、生產(chǎn)過程中其他排放因子和交通運(yùn)輸排放因子等。

3 結(jié)語

本文淺析了采用LCA 法進(jìn)行熱交換器生產(chǎn)過程碳足跡核算的方法，彌補(bǔ)當(dāng)前熱交換器生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中碳足跡核算方法的缺失，為熱交換器生產(chǎn)制造企業(yè)提供了一種科學(xué)的碳足跡核算方法，可促進(jìn)熱交換器生產(chǎn)制造企業(yè)重視其熱交換器生產(chǎn)過程中的碳排放帶來的污染及能源消耗問題。通過碳排放監(jiān)管優(yōu)化生產(chǎn)模式、整合生產(chǎn)資源，減少熱交換器生產(chǎn)過程中的碳排放，加速熱交換器企業(yè)綠色制造的轉(zhuǎn)型步伐。同時，該方法也能督促制造企業(yè)加大投入力度，努力研發(fā)綠色環(huán)保的生產(chǎn)加工工藝，為企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)綠色化提供參考。