典型沥青路面施工期能耗及碳排放定额测算研究

'◎典型沥青路面施工期能耗及碳排放定额测算研究钱琳琳，景晶晶，刘强(江苏中路工程技术研究院有限公司，江苏南京211806)摘要：在我国节能减排和环境保护宏观政策的背景下，参考全寿命周期分析指标，建立了用于沥青路面节能减排评价的技术指标体系，包括标准能耗和二氧化碳排放当量，提出了该指标体系的计算方法。基于公路工程施工定额数据，并对江苏省高速公路沥青路面实际施工数据进行了调查，选取了典型沥青路面结构，对其施工期的能耗及温室气体排放情况进行了测算，为沥青路面全寿命周期分析奠定了基础。关键词：沥青路面；施工期；能耗；温室气体排放；定额0引言值等统一度量指标，以便于评价分析各种工艺的能沥青路面能耗及排放的定额测算是交通运输领耗水平。其中，沥青路面施工(沥青混合料拌和)过域节能减排统计分析工作的理论基础和数据支撑。程中常用的重油就是一种燃料油，可依据燃料油标根据各环节的能耗排放情况，制定节能减排考核管准进行换算。理标准，可以为施工工艺水平的提升或设备的改造1．2．2温室气体计算方法升级提供量化指标，科学地选择建设方案，体现绿色沥青路面施工能源消耗所产生的温室气体主要环保的理念。包括三种，分别是二氧化碳(CO)、氧化亚氮(NO)、本文主要以高速公路沥青路面建设施工期的能耗甲烷(CH)。为统一度量温室效应，考虑到CO是人及排放为研究对象，同时考虑沥青、集料等原材料的生类活动最常产生的温室效应气体，因此以二氧化碳产过程，在江苏省典型沥青路面类型选择的基础上，结当量为度量的基本单位。二氧化碳当量的计算方法合生产施工工艺等方面的差异性，建立典型沥青路面如下：能耗排放标准数据库。G=∑E×ci×gi(1)式中：G为二氧化碳当量(kg)；E为某种能源消耗量1测算指标体系构建(kg)；ci为该能源的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮排放系1．1测算指标体系数，各种能源的单位质量温室气体排放系数见表l；gi结合我国节能减排和治理环境污染的宏观政策，为温室气体(二氧化碳、甲烷、氧化亚氮)的全球暖化潜本文提出能耗及温室气体排放的测算指标体系：势(见表2)。(1)标准能耗：(单位：MJ／t)，体现对能源的消耗表1各种能源的单位质量温室气体排放系数情况；(2)温室气体：二氧化碳(CO。)排放当量(单位：能源发热1TJ的C02排放CH4排放N2O排放类型能源质量／kg系数系数系数kg／t)，体现温室气体的排放情况。1．2指标体系计算方法汽油23218．022．98481．2921E一42．5842E一51．2．1能耗计算方法柴油23445．563．16051．2796E一42．5591E一5在沥青路面的施工过程中，使用的能源类型主重油23914．293．23661．2545E——42．5090E——5要包括煤炭、电力、柴油、汽油以及重油等，在能耗统(华东)0．927kg／kW·h2．73E一31．44E一5计中，需要将各种能源类型换算为标准煤或者热量电力(全国)0．899kg／kW·h2．75E——31．41E一5收稿日期：2015-12—09No．12016上冯姥1 ◎s一⋯一s表2各种温室气体的全球暖化潜势5．2和6．0％。寿命特定的时间跨度的全球变暖潜能值(GWP)2．1原材料生产气体名称}2O年100拒500拄沥青路面所使用的原材料主要为沥青结合料与碎CO2111石。对于沥青结合料，由于国内尚无相应的能耗及排放(Hl272257．6数据库_】]，本文主要采用欧洲沥青协会的数据库(Eurobi—NzOll4289298l53tumen2011)，对于碎石，采用中国本地化LCA基础数据库CLCD所提供的能耗及排放情况，数据如表3所示。2施工期能耗及碳排放测算沥青路面施工环节主要包括：原材料生产过程、沥表3各种原材料生产的能耗及温室气体排放系数青混合料生产过程、材料运输过程、路面摊铺碾压过原材料／h普通沥青改性沥青乳化沥青碎石CICD程。通过定额规范文件中的数据计算，可以得到热拌能耗／MJ·t2830．765412．2232O9．9731．82沥青混合料施工过程中的能耗情况，但其代表的是全C()z当量／kg·t_。l89．119323．O35219．7462．425国平均水平，也没有区分不同层位沥青路面的类型。本文以江苏省高速公路沥青路面为研究对象，根2．2．1沥青结合料据《江苏省高速公路沥青路面施工规范》，选取的高速根据《公路工程预算定额》中提供的沥青面层各种公路典型沥青路面类型包括：下面层为普通沥青混合混合料材料组成的定额数据，结合生产过程中的能耗料AC一25或Sup一25，油石比为4．4；中面层为改性沥及温室气体排放数据，可以计算得到单位质量沥青路青混合料A一20或Sup一20，油石比为4．8；上面层为面实体建设中原材料生产部分消耗的能量及排放的温改性沥青混合料AK13或SMA一13，油石比分别是室气体结果，如表4所示。表4原材料生产过程的能耗及温室气体排放每吨路面实体原材料能耗及沥青碎石沥青混凝土抗滑表层沥青玛蹄生产温室气体粗粒式中粒式细粒式粗粒式巾粒式细粒式砂粒式中粒式细粒式脂碎石C()2当量／kg6．556．997．548．068．669．3810．7214．74l5．47l8．31沥青能耗／MJ98．10104．68ll2．8O120．60l29．65140．43l60．48246．9O259．2O306．83CO2当量／kg2．342．342．332．322．312．3O2．292．3l2．312．29集料能耗／MJ3O．723o．6430．5530．463O．3630．2430．023O．373O．3O3O．O22．1．2碎石可以看出，计算所得的单位质量碎石(机制砂、在《公路工程预算定额》中，对路用碎石生产过程石屑、碎石)生产的平均能耗为36．39MJ／t，与CLCD中的材料、机械设备用量具有详细的定额，《公路工程计算值31．99MJ／t基本接近，平均碳排放水平相当。机械台班费用定额》规定了各机械台班动力燃料定额，由于各种混合料中各档集料的比例变化不大，不同将机械台班定额乘以对应的台班动力燃料定额，可以集料的变化对最终能耗及碳排放结果影响相对较计算得到l】100m。堆方碎石生产过程中的能源消耗小，为简化计算，后续可直接采用CLCD值作为计算量。对于石料爆破开采中使用的硝铵炸药，爆炸时释放标准。的能量约为4．19MJ／kg，碎石密度定额1500kg／m。。2．2混合料生产引用以上相关数据，可得到每吨碎石生产过程中的能目前国内热拌沥青混合料的生产工艺主要采用间源消耗量以及温室气体排放量，如表5所示。歇式拌合楼，本文对江苏省内11家具有代表性的施工单位及拌合楼进行了调研，拌合楼均为间歇式。表5碎石生产过程能源消耗及温室气体排放量t在沥青混合料的生产工艺中，使用的机械设备有：能耗碎石装载机、皮带传输机、加热滚筒、骨料提升机、振动筛、及温室气体排放机制砂石屑1．5mm碎石2．5mm碎石沥青储存加热罐、沥青泵送机、粉料提升机、除尘设备、能耗／MJ·t28．0642．0l40．1235．35搅拌锅等(见图1)。需要的总能耗包括装载机油耗、CO2当量／kg·t7．515．935．474．31拌合楼的电能和燃料油耗。2．t-咯N。．12016 SHANGHAIH一◎定的差别，本文取其平均值9．54MJ／t作为计算标准，二氧化碳当量排放为2．58kg／t。改性沥青SMA混合料的拌和时间较长，生产效率较低，约为普通沥青混合料的85；因此，其电能消耗水平约为11．22MJ／t，二氧化碳当量排放为3．04kg／t。对于燃料油消耗，所调研的沥青混合料拌合楼，使用的燃料油主要有180号重油和煤焦油调和油两种。拌合楼的油耗受到燃料油品质、集料含水量、原材料加热温度及气温等因素的影响，相同产量混合料的生产能耗有所差异，本文的调查结果主要为年平均水平。图1热拌沥青混合料拌和工艺流程图调查显示，普通沥青混合料的重油平均消耗为2．2．1装载机能耗6．82kg／t，改性沥青混合料的拌和温度比普通沥青混调查发现，沥青混合料拌合场通常采用常林、柳合料高出约10℃，油耗水平也较高，为7．45kg／t。工、龙工、厦工等类型5t装载机进行装料，各种装载汇总前文测算结果，典型沥青混合料生产所需的机均使用柴油作为燃料，油耗水平基本相当，约为能耗如表7所示。20L／h，产量为150t／h，换算成单位生产量的油耗为表7典型沥青混合料生产过程中的拌合楼能耗及碳排放0．112kg／t。按照柴油的转换系数，最终折算为标准典型沥青能耗及碳排放上面层中面层下面层能耗为4．78MJ／t，二氧化碳当量排放为0．355kg／t。混合料类型2．2．2沥青加热能耗重油油耗／kg·t_。7．457．456．82AC、AK、电能／MJ结合沥青混合料施工温度，根据沥青的比热容，可·t9．54L、Uperpave以采用理论计算的方法分析沥青加热所需的理论能耗混合料面层能耗／MJ·t一1321．07321．07294．73CO2当量／kg·t26．7726．7724．72值。在DB32／T1246—2008(江苏省高速公路沥青路重油油耗／kg·t7．45面施工规范》中，建议的沥青混合料施工温度如表6SMA混合料电能／MJ·t11．22所示。上面层能耗／MJ·t322．75表6沥青混合料施工温度℃CO2当量／kg·t27．22普通沥青混合料改性沥青混合料工序A(25、AC一2O、2．3材料运输SMA～13Sup一25Sup一20、AK一13材料运输主要包括原材料运输和混合料运输2个沥青加热160～170165～175165～175环节。集料加热170～185175～18518O～1902．3．1原材料运输混合料出厂150～165170～180170～180原材料运输能耗是指沥青、碎石等原材料从加工厂运输至沥青混合料拌合场过程中所消耗的能量。采液体沥青的比热容为1．34kJ／kg℃，集料的比热用不同运输方式，以及不同运距所发生的能耗有所不容为O．83kJ／kg℃，则每吨普通沥青从常温30℃加同，参考中国本地化LCA基础数据库CLCD，以30t热至高温160℃所需的能耗为174．20MJ／t。每吨改重型柴油货车公路运输5Okm为标准，得到每吨路面性沥青从3O℃加热到170℃的能耗为187．60MJ／t。实体原材料(沥青碎石、沥青混凝土、抗滑表层、沥青玛2．2．3拌合楼能耗蹄脂碎石)运输过程中的能耗为40．2MJ／t及二氧化沥青混合料拌合楼的能耗包括拌合楼电能消耗和碳排放当量为3．74kg／t。燃料油消耗两部分。2．3．2混合料运输对于电能消耗，可以直接根据拌合楼整机功率和混合料运输能耗是指将混合料从拌合场运输至施生产效率进行换算。根据调研情况，采用不同类型及工现场过程中所消耗的能量。以2Ot自卸汽车公路运型号的拌合楼，单位产量沥青混合料的电能消耗有一输2Okm为标准，得到每吨路面实体混合料运输过程中No．12016上踢堍3 ◎的能耗为16．08MJ／t及二氧化碳排放当量为1．5kg／t。3测算结果汇总分析2．4摊铺碾压汇总沥青路面施工期各阶段的能耗及碳排放测算典型沥青路面结构上、中、下面层厚度分别为结果，最终得到的每吨典型沥青路面施工过程中的能4cm、6cm、8cm。参考《高速公路施工标准化技术指耗及碳排放如表9。南》并结合实际施工经验，选取单幅两车道10．5m宽表9典型沥青路面施工期能耗及碳排放沥青路面施工为典型案例。能耗典型沥青路面类型由于施工单位通常不会根据沥青路面类型的不施工过程及温室气体上面层中面层下面层SMA路面同，对摊铺、碾压等不同工艺环节分别统计能源消耗情沥青COz当量／kg·t15．9714．8O7．9718．29况，因此本文采用计算的方法分析摊铺碾压过程中的原材料能耗／MJ·t一267．52247．89119．3O306．35能耗情况，对常用的摊铺机、压路机类型及生产效率进生产COz当量／kg·t2．312．312．322．29集料行调查，同时，结合施工中的设备组合方式。能耗／MJ·t30．253O．3630．483O．O2原材料运输COz当量／kg-t_。3．74机械设备的燃油消耗量计算方法：(50km)能耗／MJ·t_140．2OGt=ge×Ne(2)CO2当量／kg·t_127．8127．8125．7028．26式中：G为每小时燃油消耗量(kg／h)；ge为燃油消耗混合料拌和能耗／MJ·t_¨334．99334．99307．80336．67率(g／kW·h)；Ne为功率(kW)。混合料运输COz当量／kg·tl|50根据调查数据，以9～10m宽度的摊铺机为标准摊(2Okm)能耗／MJ·t_l16．O8铺机，各类型摊铺机的平均油耗为27．52kg／h；以12tCO2当量／kg·t0．980．660．551．18摊铺双钢轮压路机为标准钢轮压路机，各类型钢轮压路机的能耗／MJ·t一13．228．817．3415．86路面施工平均油耗为2l_52kg／h；以26t胶轮压路机为标准胶轮COe当量／kg·r0．980．930．771．38碾压压路机，各类型胶轮压路机的平均油耗为22．84kg／h。能耗／MJ·t13．2312．4810．3918．60以单幅两车道沥青路面(10．5m宽)施工为例，AC、由测算结果可以看出：AK、Superpave混合料面层按照3m／rain的施工速度，(1)SMA沥青路面的总能耗最高，约为760MJ／t。混合料压实密度按照2．35t／m。计算，则上、中、下面层主要是由于SMA混合料中改性沥青的生产需要更多施工速度分别折算为177．66t／h，266．49t／h，355．32t／h。的能耗，同时，其施工效率较低，单位工程量需要更高SMA混合料上面层按照2．5m／rain的施工速度，混的能量。合料压实密度按照2．35t／m。计算，施工速度折算为(2)下面层沥青路面的总能耗最低，约为530MJ／t。148．05t／h。据此，可以分别推算出上、中、下面层摊由于下面层沥青混合料采用普通沥青，且施工效率较铺、碾压过程中机械设备的燃油消耗量，按下式计算：高，因此单位工程量需要的能量及排放的温室气体均Ee—Gt／Ct(3)最低。式中：Ee为单位施工量的油耗(kg／t)；Gt为每小时燃同时，将现场调查测算结果和定额数据结果进行油消耗量(kg／h)；Ct为每小时施工量(t／h)。比较，以改性沥青SMA路面施工为例，对拌和、摊铺每吨典型沥青路面摊铺碾压过程中的能耗及碳排碾压等施工环节进行分析，能耗及碳排放的测算情况放的计算结果如表8所示。如图2与图3所示。表8典型沥青路面摊铺碾压过程中的能耗及碳排放AC、AK、Superpave混合料面层SMA混合料上面层施工过程能耗／MJ·t一cO当量／kg·t能耗／MJ·t—lC当量／kg·t上面层13．220．9815．861．18摊中面层8．810．66铺下面层7．340．55上面层13．230．9818．601．38碾中面层12．480．93拌和摊铺碾压压下面层10．390．77图2现场调查与定额数据的能耗结果对比4上踢么魄No．12016 ◎加如mO果影响很大，然而我国目前还没有相关的调查数据，在l·定额数据结果I后续研究中有必要针对我国的原材料生产工艺，进行l·现场调查结果l能耗及气体排放的统计调查，形成基础数据库。耀删参考文献：ll[1]朱浩然，张志祥，卢勇，等．沥青路面热再生能耗及温室气体—■■■排放计算分析[c]／／第六届中国公路科技创新高层论坛论拌和摊铺碾压文集：上册．北京：人民交通出版社，2013．r2]IPCC．2006IPCCGuidelinesforNationalGreenhouSeGas图3现场调查与定额数据的碳排放结果对比Inventories[M]，IPCC，2006．由比较结果可以看出，现场调查与定额数据的测[3]TheTransportAuthoritiesGreenhouseGroup．Greenhouse算结果总体上比较接近，从而互相验证了测算结果的gasassessmentworkbookforroadprojects[R]，Australia，2011．准确性。E4]中国生命周期基础数据库(ChineseLifeCycleDatabase，现场调查数据所得的测算结果相对略高，可能造CLCD)．四川大学&亿科环境．成的原因包括定额中计量方法与现场调查采用的统计E5]GB20891～2007非道路移动机械用柴油机排气污染物排方法之间的差别、定额中的施工工艺与当前施工工艺放限值及测量方法[s]．2007．之间的差异、全国工艺与江苏省工艺特点之间的不同[6]公路工程施工定额(2009版)[s]．009．等因素。由于现场调查数据更能够反映当前施工工艺[7]JTG／TB06—02—2007公路工程预算定额[s]．2007．和水平，也能够体现江苏省的工艺特色，因此，以现场[8]JTG／TB06—03—2007公路工程机械台班费用定额调查的测算结果为标准更为合理。[S]．2007．[9]DB32／T1246—2008江苏省高速公路沥青路面施工技术规4结语范[S]．2008．[1O]U．S．EnvironmentalProtectionAgency(USEPA)．Emis—本文以公路工程施工定额数据为基础，对江苏省sionsFactors&AP42．CompilationofAirPollutantE—高速公路沥青路面实际施工数据进行了调查，对典型missionFactors[R]．fifthedition，1995．沥青路面施工各环节的能耗及碳排放进行了测算，测[11]NAPA’SQIP一126．EnergyConservationinHot—MixAs—算结果具有一定的准确性与可靠性。作为沥青路面的phaltProduction[R]．NationalAsphaltPavementAssoci—原材料，沥青及集料生产过程中的能耗数据对最终结ation，Maryland，2007．种物理量及参数等，应使用现行有效的国家标准，《上海公路》投稿须知行业标准和规范规程。4参考文献应是国内外正式公开发表的并且在文中确1文稿必须包括中英文题名、中英文作者姓名、中文作切引用的专著、期刊、论文集、学位论文、报告、报纸文者单位名、中文单位所在城市名及邮政编码；必须包章、国家(国际)标准等，请按文中引用的先后顺序括中英文摘要、中英文关键词(3～5个)。英文内容单编号。独放在正文末尾。中文题名一般不超过2O个汉字。5来稿文责由作者(第一作者)自负，对刊用稿件，本刊有权作论文摘要尽量写成报道性摘要，即应包括研究目的、文字性修改和删节，如不同意，请事先声明；另请作者自觉遵方法和过程、结果和结论(中文一般不少于200字)，采守职业道德，请勿一稿多投；本刊审稿周期一般为2～3个用第三人称写法，不要使用“本文”、“作者”等作为主月，如3个月后，未接本刊通知，作者有权将来稿另行处理，语。英文摘要应与中文摘要文意一致。中文关键词凡未刊用的稿件，一律不退，请作者自行留底。选词要规范。6本刊已许可本刊合作单位以数字化方式复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文，相关著作权使用费与本刊稿酬一次性2正文篇幅一般在6000字以内，文中有关量与单位必须给付。作者向本刊提交文章发表的行为视为同意我刊上述符合国家标准和国际标准。正文章节编号采用三级声明。标题顶格排序。一级标题形如1，2，3，⋯排序；二级标7在文稿末尾除写明作者简介(包括：姓名，出生年份，性别，职题形如1．1，1．2，1．3，⋯排序；三级标题形如1．1．1，称，最后学历)。如果论文涉及的是有关基金项目的研究内1．1．2，1．1．3，⋯排序；引言为0。容，须特别写明：基金或资助机构的名称，项目编号。同时勿3量的名称、量的单位名称及单位符号一律按《中华忘留下通信地址及联络方式。人民共和国法定计量单位》规定；专业名词术语，各8来稿一律采用电子投稿方式，投稿邮箱：shgl@shts．org。No．12016上冯么堍5'