建筑陶瓷生命周期碳排放研究分析-solarbe文库

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Sichuan Building Materials Vol.42，No.2 April，2016 第42卷第2期 2016 年 4 月建筑陶瓷生命周期碳排放研究分析俞海勇1,曾杰2 1.上海建科检验有限公司,上海 201108; 2.上海市建筑科学研究院集团有限公司,上海 201108 作者简介俞海勇,男,教授级高工,主要从事低碳建筑材料的研究。基金项目住建部资助项目2014 - H - 003,上海市科委资助项目 15DZ1204605,上海市国资委资助项目2015027。摘要从生命周期角度研究了建筑陶瓷的碳排放情况,具体边界涵盖原材料开采及运输、产品生产三个过程, 提出了碳排放计算方法,并对华东地区的建筑陶瓷碳排放进行了分析计算,讨论了减排方向。结果表明,建筑陶瓷生命周期碳排放为0. 714 kgCO2 / kg。其中,产品生产阶段的碳排放所占比重最高,为81. 23。关键词建筑陶瓷;生命周期;碳排放中图分类号 TU523/ X820. 3文献标志码 B 文章编号1672 -4011201602 -0130 -03 DOI10.3969/ j. issn.1672 -4011.2016.02.064 Carbon emission on Building Ceramics Life Cycle Process YU Haiyong1, ZENG Jie2 1. Shanghai Jianke Technical Assessment of Construction Co. , Ltd. ,Shanghai 201108,China;2. Shanghai Research Institute of Building SciencesGroupCo. ,Ltd. ,Shanghai 201108,China Abstract Based on the life cycle, building ceramics car- bon emission was analyzed and calculation method was put for- ward. The life cycle calculation method included three stages, namely the mining and transport of raw materials, production of products. The method was applied in building ceramics produc- tion in eastern China with suggestion on how to reduce the emis- sion. The results show that the carbon emission of building ce- ramics in life cycle scope is 0. 714 kgCO2 / kg. This study indi- cates that the carbon emission in production process take the highest proportion. This proportion is 81. 23. Key words building ceramics; life cycle; carbon emis- sion 0 前言我国是建筑陶瓷的生产大国,产量从1993年起一直位居世界首位。然而,建筑陶瓷的迅速发展也产生了诸多不可忽视的环境问题,已成为主要的工业CO2排放源[1 -2]。另一方面,建筑陶瓷广泛用于修饰墙面、铺设地面、装备卫生间等,是人们生活中不可或缺的装饰装修材料。因此, 建筑陶瓷工业的可持续转型势在必行。生命周期评价是以产品或服务在全生命周期内对区域或全球的环境影响进行量化计算,以此寻求改进方向,在经济发展的同时促进环境的可持续发展[3]。本文以生命周期评价思想为基础,以建筑陶瓷为研究对象,对其生命周期过程的碳排放进行分析,以期为建筑陶瓷生产的低碳化转型提供方向。 1 方法基础 1． 1 目标与范围对华东地区4家典型建筑陶瓷生产企业进行调研,整理了生产企业的相关数据,并对无效数据进行剔除。边界范围选取“从摇篮到大门”,向上追溯至一次能源的开采。评价的功能单位取为1 kg建筑陶瓷。 1． 2 数据收集用于碳排放计算分析的数据有两种来源 ①原材料配置、生产耗能、运输情况等与研究关系密切的数据,由生产企业提供; ②能源的开采等基础数据,采用国家或地方的统计数据[4 -8]。 2 计算方法消耗能源产生的碳排放计算公式见式1。 Cfi Mi Ei Qi Ri 4412 1 式中,Cf为消耗能源产生的碳排放;i为能源种类;M为所消耗的能源量;E为低位热值;Q为单位热值含碳量;R为氧化率。另外,能耗产生的碳排放还可按照式2进行计算。 Cfi Mi Fi 2 式中,F为二氧化碳排放因子。式1 ～ 2没有实质性区别,主要根据数据收集情况选择。原料中的碳酸盐,在高温煅烧时产生的碳排放按照式 3计算。 Crj Mj Fj 3 式中,Cr为碳酸盐分解排放的二氧化碳;M为碳酸盐原料的消耗量;F为碳酸盐原料的二氧化碳排放因子。依据本文要求的计算边界,结合式1 ～ 3,得出建筑陶瓷生命周期的碳排放计算公式如式4。 C∑ n i 1 Mi Ei Qi Ri 4412 Mi cei∑ m j 1 Mj Fj 4 式中,C为计算边界内建筑陶的碳排放总量,ce为能源的上游阶段碳排放。除了式4,建筑陶瓷碳排放还可用式5计算。 C ∑ n i 1 Mi Fi Mi cei ∑ m j 1 Mj Fj 5 式4和5没有实质性的差别,计算时结合实际情况合理选择。 3 建筑陶瓷碳排放分析建筑陶瓷的评价目标范围如图1所示。 ·031· Sichuan Building Materials Vol.42，No.2 April，2016 第42卷第2期 2016 年 4 月能源开采、生产、运输长石、高岭土、石英等原料生产原料破碎烧成配料干燥球磨施釉喷雾干燥成型建筑陶瓷生产建筑陶瓷使用及废弃运输运输图1 建筑陶瓷生命周期碳排放目标范围 3． 1 能源上游阶段分析建筑陶瓷生产涉及的能源主要包括天然气、原煤、柴油、电力等。结合统计数据和计算公式,得出天然气、原煤、柴油、电力的上游排放,如表1所列。表1能源上游生产碳排放情况种类天然气/ kg· m -3原煤/ kg· kg -1柴油/ kg· kg -1电力kg· kWh -1 CO2排放量0. 154 0. 0811 0. 766 0. 862 3． 2 建筑陶瓷生命周期碳排放计算分析 1原材料开采阶段。建筑陶瓷生产用原材料种类较多,包括叶腊石、泥条、长石、高岭土、石灰石以及少量辅助化工原料等。考虑到辅助化工原料用量非常少,故在本文中不予评价。建筑陶瓷生产用原材料大致可以分为塑性材料、熔剂材料两大类。鉴于同类材料开采过程类似, 碳排放相近,故在每大类材料中选取一种材料作为代表进行计算。高岭土为塑性材料的代表,数据来自文献[9]; 长石为熔剂材料代表,数据来自Simapro5. 1数据库。石灰石为碳酸盐原料,故单独考虑,数据同样来自Simapro5. 1 数据库,见表2。表2原材料开采能耗清单能源种类高岭土石灰石长石原油/ kg· kg -1 0. 04 0. 003 47 0. 003 47 原煤/ kg· kg -1 0. 004 35 天然气/ m3· kg -1 0. 000 325 2原材料运输阶段。根据调研结果,用于建筑陶瓷生产的原材料主要采用水路进行运输,少数原材料采用公路运输,见表3。表4是不同运输方式下的单位能耗[4]。本文根据目前陆路运输的实际情况,设定建筑陶瓷原材料陆路运输所采用的工具为柴油车。表3原材料运输数据原材料泥条叶腊石白泥镁质泥高岭土长石透辉石硅灰石石灰石距离/ km 1 500 620 300 620 400 400 730 300 620 运输方式海运河运陆运河运河运河运河运陆运河运表4不同运输方式的单位能耗[4] MJt· km -1 运输方式单位运输能耗公路运输柴油车 2. 055 公路运输汽油车 3. 038 海运0. 216 河运0. 468 3建筑陶瓷生产原材料消耗清单。各种规格的建筑陶瓷成分均不相同,为使评价结果更加合理,对建筑陶瓷生产企业一整年消耗的原材料求平均,得到表5中的数据。表5生产1 kg建筑陶瓷的资源消耗kg 原材料泥条长石叶腊石透辉石白泥镁质泥硅灰石高岭土石灰石质量0. 24 0. 18 0. 13 0. 12 0. 12 0. 07 0. 07 0. 09 0. 04 建筑陶瓷生产过程消耗的能源包括电力、天然气、柴油、原煤等,每kg产品消耗能源的数量见表6。产品生产过程的排放主要来自两方面其一是消耗能源带来的排放, 第二是碳酸盐原料的烧成分解过程带来的排放。建筑陶瓷生产消耗的碳酸盐原料主要是石灰石,计算时其排放因子采用上海市发改委公布的数据 0. 43 kg/ kg[10]。表6建筑陶瓷生产的能耗清单能源种类天然气/ m3· kg -1电力/ kWh· kg -1原煤/ kg· kg -1柴油/ kg· kg -1 消耗量0. 080 1 0. 240 0. 089 2 0. 001 24 依据上文提出的计算方法,和表6中的相关数据,计算得出在计算边界内,建筑陶瓷的碳排放为0. 714 kgCO2 / kg。 4 各个环节对碳排放的贡献值图2为原材料开采及运输、产品生产3个阶段碳排放占建筑陶瓷生命周期碳排放的比重。由图2可知,原材料开采部分的碳排放占生命周期碳排放的比重为14. 43,原材料运输阶段的比重为4. 34,产品生产阶段的比重为 81. 23。产品生产环节的比重最大,是影响建筑陶瓷碳排放的最主要因素,所以,建筑陶瓷的低碳化生产转型就是产品生产阶段的低碳优化。除了建筑陶瓷产品的生产环节, 其他环节的碳排放也不容忽视。总的来说,生产工艺不断优化,选择合适的上游供应商以及合理的运输模式,都是显著降低碳排放的方法。此外,提高生产废料的回收利用, 也是降低产品碳排放的重要途径。建筑陶瓷生产，81.23 原材料开采， 14.43 原材料运输， 4.34 图2 建筑陶瓷生产各阶段的碳排放比重 5 结论 1在本文选取的系统边界内,建筑陶瓷生命周期碳排放为0. 714 kgCO2 / kg。 2本文以生命周期评价方法为基础,对建筑陶瓷的碳排放进行量化计算,通过寻找生产各阶段的碳排放比重, 提出减排的重点方向,为打造低碳建筑陶瓷奠定基础。在本文研究的建筑陶瓷产品,碳排放比重最大的是产品生产阶段,占到81. 23。因此,理论上,生产企业可以重点针对建筑陶瓷生产环节进行优化设计并改进,以减少温室气体的排放,降低产品生产过程对环境的负荷。 [ID 002664] 下转第133页 ·131· Sichuan Building Materials Vol.42，No.2 April，2016 第42卷第2期 2016 年 4 月 4． 2 挂篮拼装挂篮的拼装工序非常繁杂,具体来说,首先应清理梁段顶面,然后利用1∶2的水泥砂浆将铺枕部位找平,放出轨道定位线,进行钢枕、滑道、前后支座的安装,并在前支座下铺放聚四氟乙烯滑板,进行单片主桁件对准前后支座的吊装,找到后支点连接锚轮组,在桁架两侧用3 ～ 5 t 倒链和型钢控制其空间位置,将主桁架调节好,然后利用同行的方式进行另外一片主桁架的吊装,并调整好两片主桁架之间的位置和水平,安装前、中、后三根横梁和前后吊带,进行底模架、底模板、外模板的吊装,并注意在前上横梁上吊挂工作平台,最后将工作平台焊接到底模后横梁上,对立模标高和模板做最后的调整和固定。 4． 3 挂篮的移动与拆除 1锚固挂篮轨道,并将镀锌铁皮、涂润滑油放置在轨道表面。将底模拆掉以后,调整内外模前后的锚杆,确认模板已经和混凝土脱离,注意将内模和内模架降低,而外模板落在底模走行纵梁上;将主桁架后锚杆拆除以后,使后支座受力,将底模前的吊带放松。 2走行前进行安全检查,将检查工作的重点放在挂篮两轨道是否与桥轴线平行、轨道锚固情况、支垫情况、挂篮上是否有人员在作业等方面上。 3利用导链牵引来带动挂篮底模和内模一同前移,滑行过程中应对接缝进行相应处理,重点在于对拉杆头的处理,以避免混凝土表面受到锈水污染。还要注意,修补和处理时不能移动挂篮。 4． 4 挂篮变形误差控制针对挂篮非弹性变形对施工控制质量的影响,对挂篮预压提出以下要求 ①挂篮预压荷载应该比实际荷载增大 10 ～20,同时注意对作用到挂篮上的临时荷载进行考虑; ②挂篮预压要留出足够的时间,这样挂篮在预压荷载的影响下其变形才能顺利完成; ③挂篮在预压、卸载期间, 要在较短的间隔时间内多次观测其变形,使其达到要求。 4． 5 挂篮调整及锚固挂篮就位后,先进行主桁梁上锚固转换给梁体的锚筋上和底篮后锚安装转换在梁体上,然后通过测量仪器对模板进行中线、高程测量、定位,通过千斤顶进行标高调整, 经过检查确定合格后,最后进行全面锚固。 5 挂篮施工的注意事项 5． 1 挂篮施工挂篮是箱梁悬臂施工的主要承重结构,其工作状态是非常重要的,前移过程中的安全性也非常关键,因此,必须对挂篮设计加以注意,一旦出现问题,应及时向相关人员反映。箱梁悬臂施工过程中,因为挂篮施工作业面比较窄,多数情况下为联合作业,因此,存在很多不安全问题, 必须及时采取措施加强安全防护,注意在挂篮上下四周挂设安全网,同时上下步梯要保证牢靠性。此外,相邻悬臂应同步施工,现浇完成后应立即抢先合龙。 5． 2 挂篮提升锚固安全注意事项在提升挂篮之前,应对需要提升的各部位进行检查, 具体来说检查的内容包括千斤顶是否能正常工作、精轧螺纹钢是否完好、连接器部位是否牢固、桁架连接是否安全、横向连接是否到位等方面。提升挂篮的过程中应注意南北两侧一同进行。千斤顶顶升要保持同步进行,提升过程中要安排专人对千斤顶的操作进行指挥控制,这样才能最大程度上避免出现提升速度不一致的问题,避免出现吊杆受力不均的现象。待提升到位以后,还要严格按照设计图纸中的要求将挂篮锚固在0块上,准备预压。 5． 3 挂篮降落安全注意事项挂篮在降落之前,应仔细检查各个部位,具体来说, 应对降落用千斤顶、精轧螺纹钢、连接器部位、各工字钢垫梁等部件是否按照要求工作进行检查。应注意两侧挂篮一定要同时落地,降落的过程中同侧的挂篮千斤顶注意要同步进行,这样才能做到不同吊杆受力均匀,此外,应注意降落挂篮的过程中,其下方严禁站人。 6 结语总之,挂篮施工近年来在大跨度桥梁中得到了广泛应用,这方面的研究一直都没有间断。本文结合碗厂大桥左线桥梁工程实例,针对大跨度悬臂施工中挂篮设计与选型的一些应用及设计技巧展开分析,希望本文的研究可以为以后的桥梁工程挂篮施工提供一些帮助。 [ID 002783] 参考文献 [1] 盛兴旺,刘海涛.沪宁城际铁路京杭大运河大跨度连续梁施工监控关键技术研究[J].工业建筑,2010,471031 -35,45. 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