棉织产品碳足迹监测模型的构建方法与流程

本发明涉及纺织织造技术领域，具体涉及一种棉织产品碳足迹监测模型的构建方法。

背景技术：

纺织行业作为我国传统的优势产业，目前还没有摆脱高能耗、高排放的现状，是制造业中能源消耗较大的行业之一，也是温室气体重要的排放源。“碳足迹”来源于一个英语单词“carbonfootprint”，是指一个人的能源意识和行为对自然界产生的影响，简单的讲就是指个人或企业“碳耗用量”。其中“碳”，就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源；碳耗用得多，导致全球变暖的元凶二氧化碳也制造得多。我国对于碳足迹的研究还处于萌芽阶段，各方面还不成熟。作为碳排放最大行业之一的纺织业，对于碳足迹的认识和研究还远远不足，因此开展纺织业碳足迹数据的计算和监测研究对促进我国纺织业的发展具有重大意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够跟踪和监测棉织企业各车间各工序活动水平碳足迹的棉织产品碳足迹监测模型的构建方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种棉织产品碳足迹监测模型的构建方法，包括下列步骤：

(1)依据棉织产品的织造工序，进行碳足迹归类：耗电量、浆料耗用量和蒸汽耗用量；

其中，各工序的耗电量包括：整经机耗电量、浆纱机耗电量、穿经机耗电量、织机耗电量、验布机耗电量、刷布机耗电量、打包机耗电量、空压机耗电量、空调耗电量和照明耗电量；

(2)确定待监测棉织产品的坯布织造工序的用电折合率z，即待测棉织产品坯布的耗电定额与对应的坯布标准品的耗电定额之比；

其中，所述坯布标准品的规格为纯棉14.6tex×14.6tex，523.5根/10cm×283.5根/10cm，幅宽160cm；

待监测棉织产品坯布的规格表示为：

长度l(m)，幅宽m(cm)，经纱特数ntt，纬纱特ntw，经密pt，纬密pw，经纱织缩率αt，纬纱织缩率αw；

经纱总根数：

纬纱总根数：w＝pw×l×10；

经纱长度：

(3)根据步骤(2)确定的用电折合率z，由下述方法获取待监测棉织产品坯布各工序的耗电量、浆料耗用量和蒸汽耗用量：

①整经机耗电量：

其中：n为经轴数；pzj为整经机的功率；vzj(m/min)为整经速度；

②浆纱机耗电量：

其中：pjs为浆纱机功率，vjs(m/min)为浆纱速度；

③浆料耗用量：

其中：m0(kg)为每锅浆料固体用量，v(l)为浆锅体积，c(l/1000m)为实际浆液用量；

④穿经机耗电量：

其中：pcj为穿经机功率，vcj(根/10cm)为穿经速度；

⑤织机耗电量：

其中：wzj为织机运转功率，r(r/min)为织机转速；

⑥验布机耗电量：

其中：pyb为验布机的功率，vyb(m/min)为验布机的运转速度；

⑦刷布机耗电量：

其中：psb为刷布机的功率，vsb(m/min)为刷布机的运转速度；

⑧打包机耗电量：

其中：pdb为打包机的功率，vdb(m/min)为打包机的运转速度；

⑨空压机耗电量：

其中：p总为该工厂某段时间内的折标后总产量；w空压为该段时间空压机总耗电量；

⑩空调耗电量：

其中：p总为该工厂某段时间内的折标后总产量；w空调为该段时间空调总耗电量；

照明耗电量：

其中：p总为该工厂某段时间内的折标后总产量；w照明为该段时间照明总耗电量；

蒸汽耗用量：

式中：p总为该工厂某段时间内的折标后总产量；m蒸汽为该段时间蒸汽总耗用量；

(4)根据相关排放因子，得到各消耗的碳足迹计算方式：

电消耗产生的碳足迹＝实际耗电量(kwh)×电力排放因子，所述电力排放因子即每度电产生的co2当量；

浆料消耗产生的碳足迹＝浆料耗用量(kg)×浆料排放因子；所述浆料排放因子即每千克浆料产生的co2当量；

蒸汽消耗产生的碳足迹＝蒸汽耗用量(kg)×蒸汽排放因子；所述蒸汽排放因子即每千克蒸汽产生的co2当量；

各排放因子见下表1所示：

表1生产过程相关排放因子

(5)根据步骤(3)中所得的各工序的耗电量、浆料耗用量和蒸汽耗用量和步骤(4)中的相关排放因子，得到各工序消耗的碳足迹：

耗电产生的碳足迹为

浆料消耗产生的碳足迹为

耗蒸汽产生的碳足迹为

生产该棉织产品的棉织厂总的碳足迹为：

优选的，在步骤(2)中所述棉织产品织造工序的用电折合率z为：

其中：z为坯布用电折合率；

pw为坯布纬密；

m为整经总根数；

cm、cg、cd、cw分别为织机筘幅系数、织物紧密度系数、多臂织机系数、纬纱系数。

优选的，所述织机筘幅系数为：

cm＝(wk÷160)×0.85+[(0.5+0.5×wk÷160)×0.15]

其中wk为坯布筘幅，单位为cm。

优选的，织物紧密度系数c根据下列方法来确定：

首先按下列公式计算织物组织系数：

式中：cf为织物组织系数；

aj为完全组织内经向经纬纱交织点数；

aw为完全组织内纬向经纬纱交织点数；

rj为完全组织内经纱根数；

rw为完全组织内纬纱根数。

然后根据织物组织系数来计算织物相对紧度，计算公式为：

式中：pj、pw分别为坯布经、纬向密度，单位：根/10cm；

tj、tw分别为经、纬纱线密度，单位：tex；

最终根据下表2中的织物相对紧度h选择对应的织物紧密度系数c：

表2织物紧密度系数

优选的，多臂织机系数的选择：凸轮织机为1，多臂织机为1.35；

纬纱系数的选择：纬纱为长丝纱线的，纬纱系数如下表3，纬纱为其它原料的，纬纱系数为1。

表3纬纱系数

优选的，在步骤(3)中，所述该工厂某段时间内折标后总产量p总的获取方法为：

首先，根据用电折合率计算标准品产量：p＝p0×z；

其中：p为坯布织造工序标准品产量，单位米；

p0为坯布织造工序实际产量，单位米；

z为织造工序用电折合率；

然后，对该工厂某段时间内生产的所有坯布进行折标计算、汇总得到：

其中：p总为该工厂某段时间内折标后总产量；

pi为该工厂某段时间内某种坯布实际总产量；

zi为对应的该种坯布的用电折合率。

本发明的有益效果在于：

1.本发明在对棉织企业各车间各活动水平碳足迹进行长期研究的基础之上，对各车间以及各种能源消耗的碳足迹建立检测模型，分别测算整经、浆纱、穿经、织造、验布、折布、码布等工序的电能、蒸汽、浆料等消耗量，对该产品当月的所有产品进行折标，进而科学测算出这几部分的单耗，根据ipcc公布的这三种活动水平的碳排放因子，换算折标出各车间各种能源的碳排放量，得到企业碳排放的分布及总情况。

2.本发明能够根据棉织企业各车间的所采集的原始生产数据，结合监测模型进行分析计算，使企业的碳排放数据能够被准确测算出来，能够实现对企业碳足迹进行可靠准确的监测。同时可以对企业各车间以及各活动水平的碳足迹情况进行有效监控，通过这些信息可以让企业做出正确的决策，优化生产方案，提高生产率，提高经济效益，与此同时实现节能减排。在为企业创造利益的同时，促进纺织行业低碳经济的发展。

3.本发明能够将棉织企业碳足迹进行准确合理的划分和测算，将企业生产过程的碳足迹用明确、量化的数据表示出来，能够为管理者作出正确决策提供依据，在为企业创造出经济效益的同时，还能够缓解日益严重的环境问题，对纺织行业的节能减排具有现实的指导意义。

附图说明

图1为棉织企业各车间碳足迹示意图；

图2为实施例中各工序耗电饼图；

图3为实施例中各月耗电及碳排放曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的检测及测算方法如无特别说明，均为常规方法。

实施例1：一种棉织产品碳足迹监测模型的构建方法，包括下列步骤：

(1)某棉织企业各车间碳足迹示意图参见图1，主要包括耗电量、浆料耗用量和蒸汽耗用量三部分，其中，各工序的耗电量包括：整经机耗电量、浆纱机耗电量、穿经机耗电量、织机耗电量、验布机耗电量、刷布机耗电量、打包机耗电量、空压机耗电量、空调耗电量和照明耗电量。

(2)确定待测棉织产品坯布织造工序的用电折合率z，即待测棉织产品坯布的耗电定额与对应的坯布标准品的耗电定额之比。

织造工序用电折合率即是坯布产量在织造工序折成标准品产量的系数。标准品规格为纯棉14.6tex(40支)×14.6tex(40支)，523.5根/10cm(133根/英寸)×283.5根/10cm(72根/英寸)，幅宽160cm(63英寸)。

棉织产品织造工序的用电折合率z为：

其中：z为坯布用电折合率；

pw为坯布纬密；

m为整经总根数；

cm、cg、cd、cw分别为织机筘幅系数、织物紧密度系数、多臂织机系数、纬纱系数。

该织机筘幅系数为：

cm＝(wk÷160)×0.85+[(0.5+0.5×wk÷160)×0.15]

其中wk为坯布筘幅，单位为cm。

织物紧密度系数是根据织物的相对紧度来确定的，而织物的相对紧度又是根据织物组织系数来确定，因此应先求得织物组织系数。织物组织系数的计算公式按来下公式计算，计算结果保留小数点后一位。

式中：cf——织物组织系数；

aj——完全组织内经向经纬纱交织点数；

aw——完全组织内纬向经纬纱交织点数；

rj——完全组织内经纱根数；

rw——完全组织内纬纱根数。

织物相对紧度的计算按下公式，计算结果保留小数点后三位。

式中：pj、pw——坯布经、纬向密度，(根/10cm)；

tj、tw——经、纬纱线密度，特克斯(tex)。

最终对应的织物紧密度系数c根据上表2中的织物相对紧度h进行选择。

多臂织机系数的选择为：凸轮织机为1，多臂织机为1.35。

纬纱系数的选择：纬纱为长丝纱线的，纬纱系数见上表3，纬纱为其他原料的，纬纱系数为1。

将待测棉织产品坯布的规格表示为：

长度l(m)，幅宽m(cm)，经纱特数ntt，纬纱特ntw，经密pt，纬密pw，经纱织缩率αt，纬纱织缩率αw；

经纱总根数：

纬纱总根数：w＝pw×l×10；

经纱长度：

(3)根据步骤(2)确定的用电折合率z，计算待测棉织产品坯布各工序的耗电量、浆料耗用量和蒸汽耗用量：

①整经机耗电量：

其中：n为经轴数；pzj为整经机的功率；vzj(m/min)为整经速度。

②浆纱机耗电量：

其中：pjs为浆纱机功率，vjs(m/min)为浆纱速度。

③浆料耗用量：

其中：m0(kg)为每锅浆料固体用量，v(l)为浆锅体积，c(l/1000m)为实际浆液用量。

④穿经机耗电量：

其中：pcj为穿经机功率，vcj(根/10cm)为穿经速度。

⑤织机耗电量：

其中：wzj为织机运转功率，r(r/min)为织机转速。

⑥验布机耗电量：

其中：pyb为验布机的功率，vyb(m/min)为验布机的运转速度。

⑦刷布机耗电量：

其中：psb为刷布机的功率，vsb(m/min)为刷布机的运转速度。

⑧打包机耗电量：

其中：pdb为打包机的功率，vdb(m/min)为打包机的运转速度。

⑨空压机耗电量：

其中：p总为该工厂某段时间内的折标后总产量；w空压为该段时间空压机总耗电量。

⑩空调耗电量：

其中：p总为该工厂某段时间内的折标后总产量；w空调为该段时间空调总耗电量。

照明耗电量：

其中：p总为该工厂某段时间内的折标后总产量；w照明为该段时间照明总耗电量。

蒸汽耗用量：

式中：p总为该工厂某段时间内的折标后总产量；m蒸汽为该段时间蒸汽总耗用量。

其中，该工厂某段时间内折标后总产量p总的计算方法为：

首先，根据用电折合率计算标准品产量：p＝p0×z；

其中：p为坯布织造工序标准品产量，单位米；

p0为坯布织造工序实际产量，单位米；

z为织造工序用电折合率；

然后，对该工厂某段时间内生产的所有坯布进行折标计算、汇总得到：

其中：p总为该工厂某段时间内折标后总产量；

pi为该工厂某段时间内某种坯布实际总产量；

zi为对应的该种坯布的用电折合率。

由上式可以测算出各工序耗电量后可作出工序耗电饼图。以某棉织企业产品规格为t/c13/13523.5/283160(t/c45×45133×7263)府绸面料为例，图2是该织物百米各工序耗电情况，可以看出织造和其它耗电较多，整经、浆纱和后整理耗电较少，可视化结果和实际情况一致，由此可直观的发现电耗较多点及节能点。

(4)根据相关排放因子，得到各消耗的碳足迹计算方式：

电消耗产生的碳足迹＝实际耗电量(kwh)×电力排放因子，所述电力排放因子即每度电产生的co2当量。

浆料消耗产生的碳足迹＝浆料耗用量(kg)×浆料排放因子；所述浆料排放因子即每千克浆料产生的co2当量。

蒸汽消耗产生的碳足迹＝蒸汽耗用量(kg)×蒸汽排放因子；所述蒸汽排放因子即每千克蒸汽产生的co2当量。

各排放因子见表1所示。

(5)根据步骤(3)中所得的各工序的耗电量、浆料耗用量和蒸汽耗用量和步骤(4)中的相关排放因子，得到各消耗的碳足迹：

耗电产生的碳足迹为

浆料消耗产生的碳足迹为

耗蒸汽产生的碳足迹为

生产该棉织产品的棉织厂总的碳足迹为：

同时还可分别计算各工序的碳足迹(各工序的示意图见图1)：

①整经车间的碳足迹为：

②浆纱车间的碳足迹为：

③穿经车间的碳足迹为：

④织造车间的碳足迹为：

⑤后整理车间的碳足迹为：

⑥其它工序(空压机耗电、空调耗电、照明耗电、蒸汽消耗)的碳足迹为：

⑦根据各工序的碳足迹计算棉织厂总碳足迹：

根据以上所得数据可绘制出各月耗电及碳排放曲线图，以某棉织企业产品规格为t/c13/13523.5/283160(t/c45×45133×7263)府绸面料为例，其各月耗电及碳排放曲线图见图3，由此可以直观地看出耗能及碳排放过高月，可视化结果和实际情况一致，有利于掌控各月情况，有利于节能减排。

本发明构建的棉织产品碳足迹监测模型具有良好的操作性、准确性，通过试点棉织产品碳足迹测算模型研究项目的实施，可以将应用扩展到纺织行业，也可以作为其他行业实现节能减排提供有益的借鉴证明。本发明棉织产品碳足迹监测模型及特别适合耗能设备分布独立、类型多样、复杂环境的应用，通过自动化采集耗能设备信息，并进行可视化显示，可以减少用工，及时发现漏洞，调整工艺及实现精细化管理，降低单位产品综合能耗，可以改善人工工作环境，降低对人身安全伤害的程度，可以及时发现异常信息，及时排除故障，降低污染、减少浪费，提高工作效益，为企业管理层提供及时、便捷的辅助决策支持。

通过本发明棉织产品碳足迹监测模型的构建，有助于纺织企业对能源消耗信息的掌握与管控，降低了人工采集数据对环境引发的环境污染、能源消耗等，益于纺织企业节能减排和改善环境。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。