沥青路面碳排放计算方法与流程

本发明涉及道路工程施工节能减排，具体为一种沥青路面碳排放计算方法。

背景技术：

1、全球污染化、能源消耗严重，交通运输行业作为重要污染及耗能模块，公路建设过程又作为交通运输行业的能碳排放突出贡献者，对“双碳”目标的实现有很大的影响，因此，从道路工程建设这一源头进行碳排放量化研究刻不容缓，沥青路面由于其舒适度、视觉效果、养护维修方便性方面具有显著优势，在我国高速公路路面中占比达到90％以上，在其他等级公路也同样系主要的路面类型，而沥青路面的建设过程中，需要大量的土石、沥青、骨料、化学添加剂，这些材料生产及施工和养护维修过程大量机械设备的使用都将产生大量的温室气体，为此，我国在交通工程领域逐步开始推广节能施工技术，采用能耗低的工程施工机械；在建设材料生产领域，推广具有低碳环保特征的混合材料，加大建筑废弃物的循环利用率，节约资源，减少温室气体排放量，取得良好的社会经济效益，然而，仅仅采取推广节能施工技术、施工过程中进行设备节油，采用新型材料等措施，并没有对道路建设行业提出针对性的、科学的环境效益评估方法，导致道路建设期的总体环境影响不明确、节能减排针对性不强、节能减排效果不明显等问题。

2、在道路建设过程中往往消耗大量的资源和能源，排出大量的二氧化碳，严重阻碍了道路建设的可持续发展，道路工程本身是一个资源消耗量很大的产品系统，其碳排放量数目是相当可观的，因此为降低公路建设过程的碳排放量，实现“双碳”目标，针对道路工程的碳排放综合核算方法研究刻不容缓，然而，目前国内尚未有公路建设过程中碳排放的相关规定，关于道路工程碳排放量化计算的依据仍然处于缺失状态，这将会对道路建设阶段的碳排放管控带来极大困难。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种沥青路面碳排放计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种沥青路面碳排放计算方法，首先依托以往道路建设的实体工程，基于结算工程量清单充分调研建设期施工工艺，明确道路建设期内环境影响类型及相关排放污染物类别，确定道路建设期内的能源消耗与环境排放清单，对道路建设期的施工过程进行划分，并调查各个施工过程的机械信息，包括车辆型号、发动机类型、发动机功率、工作台班、综合油耗等信息，形成道路工程的机械信息库，为碳排放核算提供科学合理的数据依据；

5、然后依据生命周期评价方法(lca)，将复杂的道路工程建设融入lca的产品评价系统，对道路工程的清单数据进行分类收集，确定原材料的生产过程能耗及排放因子，调查各施工机械设备能耗参数，结合施工机械现场油耗测试，综合确定机械设备能耗及排放因子制定沥青路面建设的材料、设备清单数据；

6、其次融合多环境传感器和环境监测辅助设备采集多通道数据，利用物联网和大数据技术，建立道路建设期实时监测与跟追系统，借助生命周期(lca)理论，采用基于生命周期评价方法，确定原材料产运、施工阶段、交通影响三个阶段的碳排放评价模型系统边界，根据建立的系统边界范围，建立碳排放评价模型结构，分析关键因素对碳排放的影响情况，所述碳排放评价模型结构采用三级结构，三级从上至下为总量模型、阶段模型和过程模型，总量模型和阶段模型均为下一级模型计算结果的累加模型，在这个模型结构基础上，建立基于生命周期的道路工程碳排放计算模型，同时在此基础上对沥青路面各阶段碳排放计算模型设计适用的计算方法；

7、其具体计算方法包括以下步骤：

8、步骤一：原材料生产和原材料运输两个过程中产生的碳排放；

9、步骤二：施工阶段的碳排放；

10、步骤三：交通影响的碳排放；

11、步骤四：沥青路面碳排放为步骤一、步骤二和步骤三计算之和；

12、步骤五：数据的验证和分析，其包括建立层次结构模型、构造判断矩阵和一致性检验。

13、优选的，所述步骤一中原材料生产阶段为铺筑路面所用原材料在生产阶段产生的碳排放总和以及沥青混合料生产、运输至施工现场所产生的碳排放，以上路面材料所涉及的原材料包括沥青、水泥和集料以及矿粉，其计算公式如下：

14、

15、mij＝vj·ρj·ωij

16、式中：g—原材料生产阶段碳排放总量，kg；

17、gi—第i类原材料每吨生产碳排放量，kg/t；

18、mij—第j层路面材料所需第i类原材料用量，t；

19、vj—第j层路面结构实体体积，m2；

20、ρj—第j层路面材料压实干密度，t/m3；

21、ωij—第j层路面材料第i类材料的质量占比。

22、优选的，所述步骤一中混合料生产阶段的碳排放又细分为拌和站内设备能耗排放，拌和站是固定排放源，以电能为动力，不同类型混合料拌和能耗有所不同，其中沥青混合料拌和站还包含燃烧化石燃料的集料干燥筒

23、燃烧器，其计算方法如下：

24、g＝∑gi

25、

26、式中：g—混合料拌合碳排放总量，kg；

27、gi—第i类混合料x碳排放量，kg；

28、vi—第i类混合料路面实体体积，m3；

29、ti—所用拌和站1000m3第i类混合料路面实体台班数，个；

30、efe、efg—电网平均碳排放因子及拌合站所用燃料碳排放因子。

31、优选的，所述原材料运输阶段碳排放包括原材料运输及混合料运输产生的碳排放，原材料运输过程采用各运输方式单位周转量碳排放乘以运输距离进行估算，其计算公式如下：

32、

33、式中：g—原材料运输碳排放总量，kg；

34、mi—第i层路面材料所需第i类原材料用量，t；

35、α1、α2、α3—各运输方式单位周转量碳排放量，kgco2/t·km；

36、si1、si2、si3—第i种材料各运输方式的运输距离，kgco2/t·km；

37、混合料运输过程碳排放计算从混合料拌和完成后通过拌合站储料斗下料至运货卡车起算，以运输至施工现场为止，其计算公式如下：

38、g＝∑gi

39、

40、式中：g—混合料运输碳排放总量，kg；

41、mi—第i类混合料用量，t；

42、qi空、qi满—空载时和满载时车辆单耗，l/100km；

43、efi—第i类材料运输车辆油碳排放因子。

44、优选的，所述施工阶段碳排放包括原路面处置、路面摊铺和路面碾压碳排放。

45、优选的，所述原路面处置碳排放是沥青路面结构层铣刨以及废料运输回收产生的碳排放，其计算方式如下：

46、

47、式中：g—原路面处置过程碳排放，kg；

48、s、h—铣刨面积、深度，m2、m；

49、t1、t2—铣刨机械工作台班、废料运输车辆工作台班，个；

50、g1、g2—铣刨机械、废料运输车辆油耗量，kg；

51、efi、ef2—铣刨机械、废料运输车辆油耗量碳排放因子。

52、原路面处置过程中路面参数包括路面铣刨面积和铣刨深度，取值根据实际工程需要确定，而铣刨机械和废料运输车辆的工作台班定额及每台班能耗定额。

53、优选的，所述路面摊铺碳排放是摊铺机在摊铺过程中燃料消耗产生的碳排放，摊铺机由主机和熨平装置两大部分组成，主机提供摊铺需要的动力，褽平板具有自加热、自找平、路拱调节功能，其计算方式如下：

54、g＝∑gi

55、

56、式中：g—路面摊铺碳排放总量，kg；

57、mi—第i类混合料用量，t；

58、vi—第i结构层实体体积，m3；

59、ti—摊铺机工作台班，个；

60、ci—分层铺筑次数，次；

61、efg—摊铺机所用燃料碳排放因子。

62、路面摊铺过程碳排放模型路面参数为第i结构层实体体积(vi)，两项参数根据路面结构设计内容计算取值,路面摊铺相关定额包括摊铺设备摊铺单位路面台班数(t)和摊铺机械每台班耗油量(g)。

63、优选的，所述路面碾压碳排放是压路机的燃油消耗所引起的排放，其计算方式如下：

64、g＝∑gi

65、

66、式中：g—路面碾压碳排放总量，kg；

67、mi—第i类混合料用量，t；

68、vi—第i结构层实体体积，m3；

69、tj—所采用第j种压路机工作台班，个；

70、ci—分层铺筑次数，次；

71、efg—压路机所用燃料碳排放因子。

72、碾压过程碳排放模型的参数与摊铺过程相似，路面摊铺相关定额包括摊铺设备摊铺单位路面台班数(t)和摊铺机械每台班耗油量(g)。

73、优选的，所述交通影响阶段的碳排放计算范围主要包括车辆围挡延误与交通绕行，运营期工作所产生的直接排放以及消耗能源所带来的间接排放。

74、(三)有益效果

75、本发明提供了一种沥青路面碳排放计算方法，有益效果在于：

76、本发明通过从施工活动和交通影响两个方面，量化道路建设实体工程的碳排放，为减排技术的研发和应用提供科学依据。

77、本发明计算方法能够分析出道路全寿命周期各阶段的能耗大户和碳排放主要来源，能够找出影响环境的主要因子，能够得出公路绿色材料的使用与路面结构的优化设计，能够获取道路施工工艺低碳化的改善途径，为高速公路的绿色优化提供基础。