纺织产品工业碳足迹模块化核算方法研究及其软件开发

摘要

全球气候变化的首要原因是以二氧化碳为主的温室气体排放过多导致的。如果不加控制，可能会导致北极冰层融化、极地地层变暖、海陆循环模式变化、海平面上升等严重后果。
　　作为我国国民经济的传统支柱产业和重要的民生产业，纺织工业也是温室气体重要的排放源。据资料表明，纺织工业生产全过程（从纤维加工成服装产品）的能耗约为4.84t标煤/t纤维，约占全国工业总能耗的4.4％。为了在纺织行业实现节能减排，首要任务是准确地核算出纺织产品的工业碳足迹。然而，由于纺织产品品种繁多、生产工序链复杂、关联产业密集、涉及物料种类繁多、管理粗放以及缺少足够精细的数等原因，在采用国际上现有产品碳足迹核算方法及标准核算时，无法解决核算清单中量化计算与分解的核心问题。
　　据此，本文运用模块化理论，以碳足迹构成结构简单、边界清晰、数据准确可控为原则，将影响因素众多的工业碳足迹拆分成若干单元并定义为碳足迹单元，以理清纺织产品工业碳足迹核算时所面临的各种复杂影响因素及相互关系。首先将工业碳足迹分为组织层面、产品层面和工序层面工业碳足迹。其次组织层面和工序层面工业碳足迹模块化分解为不同的能源与物料碳足迹单元，而产品层面工业碳足迹模块化分解为第一层次、第二层次和第三层次工业碳足迹。其中第一层次碳足迹模块化再次分解为不同的生产工序碳足迹单元；第二层次工业碳足迹按照不同的公用设备进行模块化划分成照明灯碳足迹单元、电脑碳足迹单元等；第三层次工业碳足迹按照不同的能源和物料种类来模块化分解成电力碳足迹单元、蒸汽碳足迹单元、工业用水碳足迹单元等，最终建立起工业碳足迹模块化层级结构和细化的产品核算模型，提高数据清单精度。
　　核算方法主要采用排放因子法，分配方法主要是按照纺织产品的产量进行分配。通过某企业调研（印染企业），获取一手数据，实例论证了核算方法与分配方法的可行性。结果表明2014年10月-12月组织层面工业碳足迹逐渐上升，12月达到最大值。主要由于10-12月为工厂旺季，产量大，再加上天气寒冷，蒸汽和天然气耗用量增加等原因所导致，蒸汽所引发的工业碳足迹占比最大，超过一半以上；产品层面工业碳足迹（真丝双绉印花布）中第一层次工业碳足迹占比98.12％，第一层次工业碳足迹中印花和蒸化工序所引发的工业碳足迹最多，占比68.53％；工序层面中蒸汽所引发的工业碳足迹最大，占比约为62.1％。
　　由于目前多数国内纺织生产企业缺乏三级计量系统，无法准确地获得核算数据，所以本文引用了参数化核算方法，即通过设备和工艺设置参数便可从理论上核算出生产设备单位时间产品，然后依据额定功率与工作时间的乘积，计算出各个设备理论耗电量，最终核算出工业碳足迹。本文列举了纺纱阶段、织造阶段、印染阶段和服装加工阶段所使用耗电设备的参数化方法，并通过实例论证了纺纱阶段的生产设备的耗电量。结果表明通过参数化核算出生产设备单位时间的产量与实际产量是一致的，但耗电量与实际耗电差别较大（额定功率与实际功率不同）。为了将参数化耗电量接近于实际耗电量，本文引入修正系数的概念，最终使得参数化核算出的工业碳足迹接近于实际工业碳足迹。既解决了三级计量数据获取的难题，又使得参数化核算出的工业碳足迹具有实际意义。
　　由于碳足迹单元具备模块的独立性、通用性和系列化等特点，便可通过匹配设备和工艺参数来直接调用或者部分修改调用碳足迹单元，来实现快速地核算出同系列纺织产品的工业碳足迹。模块化调用方法既提高了数据的重复使用率，又节约了人力和物力成本。
　　基于以上研究理论，建立模块化数据库，以便储存与调用碳足迹单元。并开发出DHU-LCA核算软件，用于核算纺织产品工业碳足迹。为了比较与现有的SimaPro和GaBi俩款LCA核算软件的区别，使用此三款软件同时对印花布的工业碳足迹进行核算。结果表明工业碳足迹核算结果差异较大，原因在于排放因子的不同。因此需要建立统一的、合理的排放系数数据库，方便产品碳标签的实施以及纺织产品工业碳足迹的相互比较。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 基础理论研究

1.3 纺织产品碳足迹研究现状与不足

1.4 研究目的和创新点

1.5 本文的基本框架

第二章 纺织产品工业碳足迹模块化核算方法

2.1 模块化理论研究与应用

2.2 工业碳足迹模块化分解

2.3 工业碳足迹模块化核算方法

2.4 案例分析

2.5 本章小结

第三章 纺织产品工业碳足迹参数化核算方法

3.1 参数化理论研究

3.2 参数化思想应用到工业碳足迹中的益处

3.3 参数化思想在棉纺织品工业碳足迹的应用

3.4 修正系数

3.5 案例分析

3.6 本章小结

第四章 工业碳足迹模块化数据库与模块化调用

4.1 工业碳足迹模块化数据库的建立

4.2 工业碳足迹模块化数据库的作用

4.3 碳足迹单元模块化调用

4.4 案例分析

4.5 本章小结

第五章 工业碳足迹核算软件开发及其应用比较

5.1 LCA核算软件概述

5.2 DHU-LCA核算软件开发

5.3 DHU-LCA核算软件应用比较

5.4 工业碳足迹的核算差异性探讨

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 不足与展望

参考文献

攻读学位论文期间发表的论文与参与的主要科研项目

致谢