第35卷第8期合肥工业大学学报(自然科学版)V01．35No．8OFHEFEIUNIVERSITY0FTECHNOI。oGY2012年8月 JOURNALAug．2012Doi：10．3969／j．issn．1003—5060．2012．08．008基于生命周期的家电产品碳排放计算方法研究王吉凯， 刘志峰， 鲍宏， 卞本羊(合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009)摘要：文章在收集某款家电产品的主流生产水平数据的基础上，采用GaBi数据库中的温室气体排放相关数2050准则开展家电产品碳排放评估的研究，制据，依据Is014040制定的生命周期评价理论框架，采用PAS订了碳排放评估模型；以豆浆机产品为例，讨论不同生命周期过程对碳排放产生的影响。结果表明，豆浆机在使用阶段的温室气体的排放量最大。关键词：生命周期疡E电；碳排放中图分类号：THl22 文献标识码：A文章编号：1003～5060(2012)08—1043一06emissionResearchonmethodofcarboncomputingofhomebasedonLCAappliancesproductsWANG LIUBAO BIANJi—kai， Zhi—feng， Hong，Ben-yang(Schoolof andAutorrlobileof230009，China)Machinery Engineering，HefeiUniversityTechnology，Hefeioncollectionlevelo{aelectricalhomethedataofthemainstreamAbstract：BasedproductionparticulartherelevantdataoftheemissionsinGaBidatabaseandtheapplianceproduct，usinggreenhousegas1emissionofthelifeonISOcarbontheoreticalframeworkof assessment(LCA)based4040，thecycleaforcar—homeisevaluated toPAS2050standardandmodelelectricalaccordingappliancesproductsemissionevaluationisset themilkmachineasaninfluenceofbonup．Takingsoya_beanexample，theshow theemissionofdifferentlifeonthecarbonemissionis Theresults thatcyclestudied．processwhenthemilkmachineisinisuse．gases1argestsoya—beangreenhousewords：lifeemissionKeycycle；homeappliance；carbon随着人类工业化进程的不断加快，各种环境碳足迹的影响；文献[3]利用MRIO模型证明全问题层出不穷，减少碳及相关污染物的排放，在科球72％的碳排放是由于家庭消费引起的，而投资学界被公认为是解决各种环境问题的主要方法。
和政府消费分别为18％和10％；文献[4]使用生对产品进行生命周期低碳设计，降低碳的排放，已命周期评价方法，结合情景分析手段，研究转炉钢经成为全球关注的热点之一。渣内部综合利用在消解粗钢产品生命周期碳排放碳排放量化评估是产品进行低碳设计方法的上的作用；文献[5]利用生命周期评价和全生命周基础，国内外的相关机构和学者对此进行了研究。期成本方法，对2×300MW燃煤电厂和改造后文献[1]结合过程分析和投入产出分析2种方法的O：／CO。循环燃烧电厂进行技术和经济分析，计算了英国学校的碳足迹；文献[2]运用区域间投 分别计算了全生命周期内的cO。排放量、成本费入产出分析模型(MRIO)和生命周期评价方法，用、发电成本以及减排成本；文献[6]以电力、煤结合消费支出调查，分析了国际贸易对美国家庭炭、燃油、运输等基础性产品为核心，初步建立了02收稿日期：201215；修回日期：2012一04—12基金项目：国家自然科学基金资助项目；广东省重大科技专项资助项目(2011A080804017)作者简介：王吉凯(1987)，男，山东德州人，合肥工业大学硕士生；刘志峰(1963一)，男，陕西宝鸡人，博士，合肥工业大学教授，博士生导师． 万方数据1044合肥工业大学学报(自然科学版)第35卷可扩展的中国基础工业系统的生命周期模型，收2．1国内外相关标准集了单元过程的全国平均清单数据，通过模型计目前涉及评估温室气体排放量的标准主要有PAS2050、ISO算获得了这些基础性产品的生命周期清单数据。
14040等，见表1所列。其中ISO产品碳排放量化评估技术涉及的行业跨度14040阐述了生命周期的原则与框架，涵盖了生命大，需要调用的计算公式和排放因子相关辅助数周期评价(崛气)研究和生命周期清单(I妇)研究，据量繁多，数据更新速度快。如何提高产品碳排但未详述I胜技术，也未对Ij0A各阶段的方法学放量化评估与计算方法的通用性与准确性，是发进行规定[7川]。展产品碳排放评估技术迫切需要解决的问题。本考虑到生命周期评估方法的复杂性、与下游和文在广泛调研的基础上，开展家电产品碳排放量消费者交流的必要性，以及同类产品的相互比较等化评估方法研究，建立通用性的产品碳排放量化方面的因素，ISo、BSI和wⅪ已制定或正在制定评估信息平台，并以豆浆机产品为研究对象进行组织和产品碳足迹核算的标准，专门用于碳足迹计验证。算的标准。这些标准的建立都依据文献[7]制定的生命周期评价方法，并作了一定的简化。而国内有1生命周期评价理论关碳排放评价的标准体系尚未建立，技术基础较为生命周期评价(LifecycleAssessment，简称薄弱。LCA)是一种客观评价产品、过程或者活动的环境负荷的方法，该方法通过识别与量化所有物质表1国外相关标准和能量的使用及环境排放，评价由此造成的环境标准名称发布单位及年份影响，评估和实施相应的改善环境表现的机会。
IS014040IS0生命周期评价包括产品或活动从原材料加工、生《环境管理生命周期评价原 (国际标准化组织)产、运输、销售、使用、再循环到最终处置的整个生则与框架》2006年命周期[7]。如图1所示，LCA包括目的与范围的确定、wRI(世界资源研究所)和GHGProtocolWB(焉D(世界可持续发展清单分析(LifeCycleInventory，简称LCI)、影响《温室气体议定书》工商理事会)[8]评价、结果解释4个步骤。每个阶段的结果解释2006年可以指导开发潜在的改进措施，这些改进措施反过来又影响LCA的各个阶段，因而LCA是一个反复交互的过程[7]。。!黧黧黧，期内蒙拳桃舱’ 一的温室气体排放规范》生命周期评价框架本文以PAS2050为参考标准进行论述，该直接应用：产品开发与改标准规范建立在现有的生命周期评价方法之上，战略规划公共策略制订评价产品的温室气体排放时使用LCA技术，对营销其他如何确定系统边界、该系统边界内的与产品有关的温室气体排放源、完成分析所需要的数据要求图1 IS014040生命周期评价框架以及计算方法作了明确的规定[9]。产品的碳排放量化评估就是建立产品的生命2．2碳排放量化评估模型2050评周期清单LCI，然后对其中归类于全球变暖的数依据上述生命周期评价理论和PAs据进行特征化，最终得出碳排放结果。
因此，进行估标准，碳排放量化评估模型建立分为启动阶段、产品碳排放量化评估可以按照Iso标准进行‘7|。计算阶段和后续阶段，具体步骤如图2所示。启动阶段通常确定产品碳排放评估的目标是减少2碳排放量化评估方法GHG的排放，但是某些情况下可在减排目标下目前已有的C02量化评估方法大都以全生命设定各项具体目标，产品的选择应直接源自开始周期评价K、A方法为基础，崛～的核心是通过对 时约定的目标。全生命周期的研究，估算该产品对环境的影响。进行碳排放计算时首先要确定功能单位，功 万方数据第8期王吉凯，等：基于生命周期的家电产品碳排放计算方法研究1045能单位实际上反应了产品被最终用户实际消费的了计算产品的碳排放，需要收集活动水平数据，即000产品生命周期中所有量化数据，如物质输入输出、方式，如1 h的灯光照明；其次是系统边界的确定，即哪些生命周期阶段应该包含在评价范围能量使用、交通、排放因子数据和全球变暖潜值内，哪些输入和输出应该包含在评价范围内。为(GWP)等㈨。—』塑坠f——二丝塑—一广—五皴趾—一至圃图2碳排放量化评估模型2．3碳排放的计算方法温室气体的排放量可以用二氧化碳排放当量PASCo。
。表示，它们的关系可以表示为：2050将产品的生命周期定义为“从摇篮到大门”或是“从摇篮到坟墓”2种。■乙c02。一∑GHG。×GwP。如果是生产中间产品的商业到商业(B2B)模z一1式，则产品的生命周期为“从摇篮到大门”；如果是其中，GHGi为第i种温室气体质量；GWP。为第i种温室气体全球变暖潜值；i为温室气体种类。生产最终成品的商业到消费者(B2C)模式，则产品的生命周期为“从摇篮到坟墓。在进行产品的碳排放总量应为产品生命周期各个阶段，即碳排放计算时必须要确定产品的生命周期边界，原料取得阶段、生产制造阶段、使用阶段、运输阶to段及回收再利用阶段所有碳排放的总和。一般零件的系统边界是B B，而产品的系统边to产品碳排放量化计算模型如下：界是B C。其中对气候变化影响最大是CQ。由于不同I．生。■的温室气体对温室效应的贡献不一样，如1k氧i=0l一0—生化亚氮对温室效应的贡献相当于298k二氧化∑(tDi×口i3)+日。×EF：4+碳。按照100a的全球变暖趋势，联合国政府间气i—O，■T．卫候变化专门委员会(PcC)以C02为基准给出了温 ∑(E×EFi5)一∑(魄×EFn)，室气体的全球变暖趋势(G、ⅣP)，部分数据见表2其中，G为产品碳排放总量；M为生产活动中消所列。
耗的第i类物质实物量；EFn为第i类材料排放因子；E。为生产活动中消耗的第i类能源实物量；表2部分温室气体的全球变暖潜值EF，：为第i类能源生产排放因子；t为第i类交通工具运输产品或者材料的质量；Di为第i类交通工具的运输距离；口，。为第i类交通工具排放因子；E为产品升耗电量；Tw为产品平均运行时间(工作循环)；EF“为产品使用地区电网平均电力排放因子；E。为回收生产活动中消耗的第i类能源实物量；EF，。为第i类能源生产排放因子；帆为产品可回收利用的第i类物质实物量。 万方数据1046合肥工业大学学报(自然科学版)第35卷据获取隋况，本文采用了PAS2050生命周期B2C3实例分析模式，确定豆浆机产品的碳排放系统边界为原材料以某款豆浆机产品为例，对本文提出的方法和能源获取、零部件及产品生产、运输、使用、回收进行验证。目前豆浆机产品在家庭中得到广泛使5个阶段。系统边界主要包括原料生产和制造加用，其使用寿命长，在生命周期阶段产生C02e排工过程的各个步骤，其生命周期边界如图3所示。放。通过对豆浆机产品进行碳排放量化评估，依本文案例的时间范围被界定在2007—2010据碳排放评估结果，对产品进行针对性的生命周年。
原材料获取阶段、制造阶段、运输阶段的数据期低碳设计，提高产品低碳排放性能具有较强的为2007年的数据；使用阶段为2007—2010年度现实意义。数据；回收和处置阶段的填埋和焚烧的数据都是3．1 系统边界与数据收集2010年的数据。系统边界是指产品数据收集的范围包含哪些豆浆机主要由塑胶件、五金件、电器件等几类生命周期阶段的数据。根据企业实际调研中的数材料构成，见表3所列。愿材料壅塾险塑。笙主险璧、。鋈自墼鱼堡险壁回收阶段使用阶段图3豆浆机产品主要系统边界表3某款豆浆机主要零部件材料清单g名 称材料数量 总质量 名 称材料数量 总质量大身ABSl 500 防溢探头组件不锈钢+PP 1 5．91 45 刀组件不锈钢1 26．55底座ABS量杯AS1300 开关磁阻电机组件1 3275滤网PPl 12．3控制板组件1 410杯盖PPl 50 变压器组件1 111 20．121 1759搅拌杆PC大杯玻璃2 110 连接头组件橡胶2 25．7杯座ABS含油轴承支架不锈钢1 72 密封圈硅胶5 33．1发热管不锈钢+铜法兰 1 32．15 万方数据第8期王吉凯，等：基于生命周期的家电产品碳排放计算方法研究1047原材料获取阶段主要考虑钢、铁、铜、玻璃、塑在运输阶段，其运输方式界定为铁路与公路，料等材料生产时的能耗导致的间接排放和温室气000平均运输距离为1 km；在使用阶段，该产品体直接排放。
生产制造阶段的工序如图4所示， 耗电量为150w·h／L，使用寿命为1300工作循主要考虑各系统主要零部件制造、发热管安装、电环；回收处理阶段边界确定为破碎、焚烧填埋、材机安装、防溢出、防干燥电极安装、电器件安装、固料回收等过程。有关豆浆机产品的活动数据包括定件安装和搅拌组件安装、老化测试和其他测试、初级数据和次级数据。初级数据通过向供应商和传送带传送以及各工序问衔接等过程的电能消耗企业调研的形式搜集，次级数据主要源于GaBi及温室气体直接排放。数据库。玻璃生产／ 钢铁生产ABs生产／PP生产橡胶生产／ PA生产钢铁生产PA生产玻璃生产／ 硅胶生产PVC生产／PVC生产磊孬7厂丽钢材生产／广一／ 钢铁生产大身、底盖、固定架、密封发热管安装图4豆浆机产品的生产工序3．2碳排放结果表4豆浆机生命周期各阶段碳排放结果kgC02e根据豆浆机各部分功能的不同，可将其分为温控系统、破碎系统、杯体系统、包装系统等几个模块单元。通过企业调研得到碳排放相关基础数据，将豆浆机生产制造和回收阶段的电能来源均设定为华东电网，可以得出豆浆机产品的生命周期各阶段的CO。排放量，见表4所列。其中豆浆机产品在使用阶段CO。
e的排放量则达到了177．35kg，约占生命周期CO。e排放总量的84．42％；运输阶段CO：e排放量最少，仅占到2．28％。回收阶段的能源消耗导致了CO。e 万方数据1048合肥工业大学学报(自然科学版)第35卷排放，但通过对豆浆机部分零部件或材料的回4结 论收利用，减少了产品生命周期内9．3艇的C02e排放。在各功能系统中，温控系统的C02e的排(1)使用阶段为豆浆机产品碳排放的主要来放量最多，约占到整个豆浆机C02e排放量的源，碳排放占到产品系统总排放的80％以上，其68．04％，远远高于其他系统，这也与使用中的他依次为运输阶段、原材料生产加工阶段及生产加热过程能耗远大于破碎过程能耗的事实相 制造阶段，而在回收阶段可以减少产品生命周期符合。内温室气体的排放。3．3结果分析(2)对产品进行节材设计，优先使用CO：排基于模型和获得的数据，对3种情景进行敏 放影响低的材料和提高产品的回收利用率，可以感性分析，见表5所列，其中情景1代表了最理想 减少产品生命周期内温室气体排放。的情况。在此情景下，假设豆浆机生命周期各阶(3)对产品进行碳排放量化评估，可为设计段采用轮船进行运输，同时材料的循环利用率为人员针对降低产品碳排放量进行设计改进提供有kw／L， 针对性的指导，并可以推广到其他行业。
85％，均高于其他情景，产品能耗为130为设定情境中最低，能源结构设为混合式发电。由此发现，影响或改变碳排放量最重要的因素是[参考文献]产品的能耗。比较4种运输方式，水路运输所产schoolscarbonforsustain生的CO。e最少，其他依次为铁路、公路和航空。 [1]sEI．uKfootprintscopingstudyablecommission action材料的回收利用率对产品cO。e的排放有着显著development byglobal plan[R]．StockholmEnvironmentInstitute。2006．影响，通过提高产品回收利用率，可以减少产品的Hthe anddisL，weber[2]christopher S．QuantifyingglobalC02e的排放。tributionalofAmericanhouseholdcarbonaspectsf00tprintEconomics，2008(66)：379—391．口]．Ec0109ical表5豆浆机不同情景碳排放敏感性分析HertwichE GP．carbon ofG，Petersnations：A[3]footprintScience&基本global，trade_linkedanalysis[J]．Environmental项 目 磊焘情景1情景2情景3情景4Technology，2009，43(16)：6414—6420．[4]陈波，杨建新，欧阳志云．钢渣内部综合利用碳减排效果运输方式铁路 水路 铁路 公路 航空的生命周期评价[J]．中国人口，·资源与环境，2010，20回收利用率／％80 85 80 80 75(10)：30—34．产品能耗150 130 150 150 170[5]王云，赵永椿，张军营，等．基于全生命周期的02／C02循204．2178．3186．2201．2227．6 环燃烧电厂的技术一经济评价[J]．中国科学，2011，41(1)：碳排放总量／kgC02e119—128．注：产品能耗的单位为w·h／L。
[6]刘夏璐，王洪涛，陈建家庭碳排放计算器 edf，等．中国生命周期参考数据库的建综上所述，在进行产品低碳设计时应考虑以立方法与基础模型[J]．环境科学学报，2010，30(10)：2136—2144．下几方面的内容：Is0[7] 14040：2008，环境管理生命周期评价原则与框架[s]．(1)设计时应充分考虑豆浆机使用阶段的能The[8]wRI．greenhousegasprotocol：acorporateaccounting耗，使用阶段的能耗是造成产品CO：e排放的主andstandard(RevisedreportingEd“ion)[R]．Geneva，要原因，是改进重点。Switzerland：WorldBusiness(buncilforSustainableDevel—andWorldResource(2)在设计过程中应注意节材，在保证产品opmentInstitute家庭碳排放计算器 edf，2006．[9]PAS2050：2008，商品和服务在生命周期内的温室气体排放性能的前提下，优先使用CO。e排放影响低的规范[s]．材料。；[10]付金沐，李琦，储国定，等．安徽省能源消费碳排放足迹(3)在设计中应该考虑提高产品的回收利用的动态变化及因素分解[J]．合肥工业大学学报：自然科学率，通过材料的再利用减少产品整个生命周期过版，2011，34(11)：1726—1730．程的Coze排放。(4)鉴于水路运输的局限性，在产品生命周(责任编辑吕杰)期阶段的运输过程中应尽量使用铁路运输代替公路运输。 万方数据
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