一种基于盾构施工的碳排放量测算方法

1.本发明涉及碳排放技术领域，具体涉及一种基于盾构施工的碳排放量测算方法。


背景技术：

2.隧道工程作为大型的基础设施，发挥了缩短交通行程，创造地下空间等作用，随着近些年，我国隧道盾构技术的进一步发展，我国已经成为世界上隧道盾构技术应用最多的国家。但隧道工程也存在诸多问题，例如建造耗费大量的材料和能源，是巨大的碳排放源。将大型交通基础设施工程纳入国家碳排放的核算与控制工作中已是一种趋势，对于盾构施工碳排放方面的研究，无论是碳排放现状，碳排放预测领域，对节能减排潜力分析都是以碳排放量为基础的，针对构隧道工程施工发展适合的碳排放计量方法具有重要意义。
3.目前，国内外对盾构施工碳排放的研究较少，而传统用于建筑领域的测算方法由于与盾构施工的领域差距较大，难以适用于盾构施工，从而导致在盾构施工过程，无法有效的控制碳排放量。
4.综上所述，急需一种基于盾构施工的碳排放量测算方法以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种基于盾构施工的碳排放量测算方法，具体技术方案如下：
6.一种基于盾构施工的碳排放量测算方法，包括：确定盾构施工过程中的工程量清单，根据工程量清单寻找盾构施工过程的碳排放源；整理分类为燃料碳排放源、建材碳排放源、逸散碳排放源、废弃物处理碳排放源以及外购电力碳排放源，分别计算各个碳排放源的碳排放量；汇总得到盾构施工过程的总碳排放量。
7.优选的，所述燃料碳排放源的碳排放量计算具体是：通过燃料燃烧量及其含碳量确定排放到大气中的总碳量，通过监测排放废气中各污染物的排放浓度，将总碳量根据排放浓度分配至各污染物中，通过全球暖化潜热得到各污染物的折算后的碳排放量，最后进行汇总得到燃料碳排放源的碳排放量。
8.优选的，所述燃料碳排放源的碳排放量表达式如下：
[0009][0010]
其中，q
1a
表示燃料碳排放源的碳排放量，q
1i
表示第i种燃料的燃烧量，cci表示第i种燃料的平均含碳量，cj表示第j种污染物的浓度，ηj表示第j种污染物的排放浓度，表示第j种碳原子相对原子质量相对于污染物相对分子质量的比值，gwpj表示第j种污染物的全球暖化潜热。
[0011]
优选的，所述建材碳排放源的碳排放量计算表达式如下：
[0012][0013]
其中，q
2a
表示建材碳排放源的碳排放量，n表示建材类别的总数；mn表示盾构施工过程中所需使用的第n种建材的消耗量；μn表示第n种建材的碳排放系数，a1表示建材在运输过程中的耗损率，a2表示建材在盾构施工过程中的耗损率。
[0014]
优选的，所述逸散碳排放源包括设置在盾构施工场地的空调设备以及co2灭火器，分别计算空调设备以及co2灭火器的碳排放量，加和得到逸散碳排放源的碳排放量。
[0015]
优选的，所述空调设备的碳排放量的计算表达式如下：e1＝v
1a
×n1a
×
λa×
ηe×
gwpe；
[0016]
其中，e1表示空调设备的冷媒逸散折算后的碳排放量，v
1a
表示空调设备中冷媒的原始填充量，n
1a
表示空调设备的总数量，λa表示空调设备中冷媒的逸散系数，ηe表示冷媒中第e种成分的占比，gwpe表示冷媒中第e种成分的全球暖化潜热；
[0017]
所述co2灭火器的碳排放量的计算表达式如下：
[0018]
其中，e2表示co2灭火器的碳排放量，v
2a
表示每具co2灭火器的填充量，n
2a
表示co2灭火器的总数量，表示二氧化碳的全球暖化潜热。
[0019]
优选的，所述废弃物处理碳排放源包括废水以及固体废弃物，分别计算废水以及固体废弃物处理过程中产生的碳排放量，加和得到废弃物处理碳排放源的碳排放量。
[0020]
优选的，将废水经过无氧处理，产生甲烷以及氧化亚氮，通过全球暖化潜热将甲烷以及氧化亚氮的排放量转化为碳排放量；得到废水的碳排放量表达式如下：
[0021][0022][0023][0024]
其中，ea表示废水的碳排放量，表示废水中甲烷的排放量，表示废水中氧化亚氮的排放量，tow
x
表示第x类废水中可降解的有机材料总量，表示甲烷的排放因子，r
x
表示废水产生的甲烷的回收量，x表示废水的总类别数量；n表示含氮废水量，表示氧化亚氮的排放因子；
[0025]
对固体废弃物进行焚烧和填埋，所述处理固体废弃物产生的碳排放量的表达式如下：其中，eb表示固体废弃物的碳排放量，表示固体废弃物焚烧产生的碳排放量，表示固体废弃物填埋产生的碳排放量；
[0026]
所述固体废弃物焚烧产生的碳排放量表达式如下：
[0027][0028]
其中，iwy表示第y类废弃物的焚烧量，y表示待焚烧的固体废弃物的总类别数量，ccwy为第y类待焚烧的固体废弃物中的碳含量，fcfy表示第y类待焚烧的固体废弃物中矿物在碳总量中的比例，efy为固体废弃物焚烧炉的燃烧效率；
[0029]
所述固体废弃物填埋产生的碳排放量表达式如下：
[0030][0031][0032][0033]
其中，表示固体废弃物填埋产生的甲烷的排放量，表示固体废弃物填埋产生的氧化亚氮的排放量，mi、ni分别表示待填埋的含碳固体废弃物的量和含氮固体废弃物的量，分别表示甲烷和氧化亚氮的排放因子，ri表示固体废弃物填埋产生甲烷的回收量。
[0034]
优选的，所述外购电力碳排放源的碳排放量的表达式如下：
[0035][0036]
其中，q
5a
表示外购电力碳排放源的碳排放量，i表示燃料的总类别数量，fci表示电网发电系统第i种燃料的年消耗量，lhvi表示电网发电系统第i种燃料的平均低位发热量，efi表示第i种燃料的污染物排放因子，c表示单位换算系数。
[0037]
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
[0038]
(1)本发明提供了一种基于盾构施工的碳排放量测算方法，通过盾构施工过程中的工程量清单，寻找盾构施工过程的碳排放源，并按照燃料碳排放源、建材碳排放源、逸散碳排放源、废弃物处理碳排放源以及外购电力碳排放源分类分别计算各自排放源的碳排放量，最终汇总得到整个盾构施工的碳排放量，因此在盾构施工过程中，能根据计算结果有效的控制碳排放量。
[0039]
(2)本发明在进行碳排放量计算时，引入了全球暖化潜热，通过排放因子法和质量平衡法准确预估燃料碳排放源、建材碳排放源、逸散碳排放源、废弃物处理碳排放源各自的碳排放量。
[0040]
(3)本发明提供的碳排放量测算方法，不仅考虑例如燃料、建材等常规材料的碳排放量，也考虑出于安全施工考虑而设置的例如空调设备以及co2灭火器等器材的逸散碳排放量。
[0041]
(4)本发明提供的碳排放量测算方法，综合考虑了在盾构施工过程中产生的各类污染物，通过浓度、相对分子质量等参数，统一折算为碳排放量，有效的提高了整个盾构施工过程的碳排放量计算的准确性。
[0042]
(5)本发明提供的碳排放量测算方法不仅核算了二氧化碳的排放量，并核算了盾构施工过程其他气体折算后的碳排放量，例如一氧化碳、氧化亚氮等等，相比于现有技术仅仅考虑二氧化氮的排放，本技术提供的测算方法得到的测算结果更为准确。
[0043]
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0044]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0045]
图1是本发明优选实施例1中碳排放量测算方法的流程示意图；
具体实施方式
[0046]
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0047]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0048]
实施例1：
[0049]
参见图1，一种基于盾构施工的碳排放量测算方法，包括：确定盾构施工过程中的工程量清单，根据工程量清单寻找盾构施工过程的碳排放源；整理分类为燃料碳排放源、建材碳排放源、逸散碳排放源、废弃物处理碳排放源以及外购电力碳排放源(人工产生的碳排放量较小，因此忽略不计)，分别计算各个碳排放源的碳排放量；汇总得到盾构施工过程的总碳排放量q＝q
1a
+q
2a
+q
3a
+q
4a
+q
5a
，其中，q表示盾构施工过程的总碳排放量，q
1a
表示燃料碳排放源的碳排放量，q
2a
表示建材碳排放源的碳排放量，q
3a
表示逸散碳排放源的碳排放量，q
4a
表示废弃物处理碳排放源的碳排放量，q
5a
表示外购电力碳排放源的碳排放量。
[0050]
燃料碳排放源包括推土机、装载车、吊车、挖掘机等，燃料中的碳元素经燃烧后最终变为co2、co、ch4等污染物，所述燃料碳排放源的碳排放量计算具体是：通过燃料燃烧量及其含碳量确定排放到大气中的总碳量，通过监测排放废气中各污染物的排放浓度，将总碳量根据碳排放浓度按比例分配至各污染物中，得到各污染物的折算后的碳排放量，最后进行汇总得到燃料碳排放源的碳排放量。
[0051]
所述燃料碳排放源的碳排放量表达式如下：
[0052][0053]
其中，q
1a
表示燃料碳排放源的碳排放量，q
1i
表示第i种燃料的燃烧量，cci表示第i种燃料的平均含碳量，cj表示第j种污染物的浓度，ηj表示第j种污染物的排放浓度，表示第j种碳原子相对分子质量相对于污染物相对分子质量的比值，gwpj表示第j种污染物的全球暖化潜热，燃料产生的污染物包括二氧化碳、一氧化碳、甲烷，其全球暖化潜热根据ipcc第五次评估报告分别取值为1、1.8、30。
[0054]
建材碳排放源指的是指在盾构施工过程中所用建材生产过程中所释放的污染物，所述建材包括隧道管片、钢筋混凝土构件以及由砂、膨润土、粉煤灰、石灰等材料构成的浆液等，所述建材碳排放源的碳排放量计算表达式如下：
[0055][0056]
其中，q
2a
表示建材碳排放源的碳排放量，n表示建材类别的总数；mn表示盾构施工
过程中所需使用的第n种建材的消耗量；μn表示第n种建材的碳排放系数，a1表示建材在运输过程中的耗损率，a2表示建材在盾构施工过程中的耗损率。
[0057]
所述逸散碳排放源包括设置在盾构施工场地的空调设备以及co2灭火器，分别计算空调设备以及co2灭火器的碳排放量，加和得到逸散碳排放源的碳排放量q
3a
＝e1+e2。
[0058]
所述空调设备的碳排放量的计算表达式如下：
[0059]
e1＝v
1a
×n1a
×
λa×
ηe×
gwpe；
[0060]
其中，e1表示空调设备的冷媒逸散折算后的碳排放量，v
1a
表示空调设备中冷媒的原始填充量，n
1a
表示空调设备的总数量，λa表示空调设备中冷媒的逸散系数，gwpe表示冷媒中第e种成分的全球暖化潜热，ηe表表示冷媒中第e种成分的占比，冷媒包括r11、r22、r134a、r410a、r404a，各冷媒的全球暖化潜热根据ipcc第五次评估报告分别取值为1760、1810、1430、2090、3922；
[0061]
所述co2灭火器的碳排放量的计算表达式如下：
[0062]
其中，e2表示co2灭火器的碳排放量，v
2a
表示每具co2灭火器的填充量，n
2a
表示co2灭火器的总数量，表示二氧化碳的全球暖化潜热，根据ipcc第五次评估报告取值为1。
[0063]
所述废弃物处理碳排放源包括废水以及固体废弃物，分别计算废水以及固体废弃物处理过程中产生的碳排放量，加和得到废弃物处理碳排放源的碳排放量其中，ea表示废水的碳排放量，表示固体废弃物焚烧产生的碳排放量，表示固体废弃物填埋产生的碳排放量。
[0064]
废水经过无氧处理，便会产生甲烷的排放，同时还会产生氧化亚氮，但是废水处理产生的二氧化碳并不在考虑范围之内，因为二氧化碳的排放是生物成因，不应该列入排放总量中，为了统计总的碳排放量，将甲烷排放量和氧化亚氮排放量通过全球暖化潜热值转化为碳排放量，得到废水的碳排放量表达式如下：
[0065][0066][0067][0068]
其中，ea表示废水的碳排放量，表示废水中甲烷的排放量，表示废水中氧化亚氮的排放量，tow
x
表示第x类废水中可降解的有机材料总量，表示甲烷的排放因子，r
x
表示甲烷的回收量，x表示废水的总类别数量，n表示含氮废水量，表示氧化亚氮的排放因子，根据省级温室气体清单编制指南，取值为0.005。
[0069]
对固体废弃物进行焚烧和填埋，所述处理固体废弃物产生的碳排放量的表达式如下：其中，eb表示固体废弃物的碳排放量，表示固体废弃物焚烧产生的碳排放量，表示固体废弃物填埋产生的碳排放量；
[0070]
所述固体废弃物焚烧产生的碳排放量表达式如下：
[0071][0072]
其中，iwy表示第y类固体废弃物的焚烧量，y表示固体废弃物的总类别数量，ccwy为第y类待焚烧的固体废弃物中的碳含量，根据ipcc第五次评估报告，本实施例中取值为20％，fcfy表示第y类待焚烧的固体废弃物中矿物在碳总量中的比例，根据ipcc第五次评估报告，本实施例中取值为39％，efy为固体废弃物焚烧炉的燃烧效率，根据ipcc第五次评估报告，本实施例中取值为95％；
[0073]
所述固体废弃物填埋产生的碳排放量表达式如下：
[0074][0075][0076]
其中，表示固体废弃物填埋产生的甲烷的排放量，表示固体废弃物填埋产生的氧化亚氮的排放量，mi、ni分别表示待填埋的含碳固体废弃物的量和含氮固体废弃物的量，分别表示甲烷和氧化亚氮的排放因子，ri表示固体废弃物填埋产生的甲烷的回收量。
[0077]
所述外购电力碳排放源的碳排放量的表达式如下：
[0078][0079]
其中，q
5a
表示外购电力碳排放源的碳排放量，i表示燃料的总类别数量，fci表示电网发电系统第i种燃料的年消耗量，lhvi表示电网发电系统第i种燃料的平均低位发热量，efi表示第i种燃料的污染物排放因子，其根据省级温室气体清单编制指南进行取值，c表示单位换算系数，本实施例中取100。
[0080]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于盾构施工的碳排放量测算方法，其特征在于，包括：确定盾构施工过程中的工程量清单，根据工程量清单寻找盾构施工过程的碳排放源；整理分类为燃料碳排放源、建材碳排放源、逸散碳排放源、废弃物处理碳排放源以及外购电力碳排放源，分别计算各个碳排放源的碳排放量；汇总得到盾构施工过程的总碳排放量。2.根据权利要求1所述的碳排放量测算方法，其特征在于，所述燃料碳排放源的碳排放量计算具体是：通过燃料燃烧量及其含碳量确定排放到大气中的总碳量，通过监测排放废气中各污染物的排放浓度，将总碳量根据排放浓度分配至各污染物中，通过全球暖化潜热得到各污染物的折算后的碳排放量，最后进行汇总得到燃料碳排放源的碳排放量。3.根据权利要求2所述的碳排放量测算方法，其特征在于，所述燃料碳排放源的碳排放量表达式如下：其中，q
1a
表示燃料碳排放源的碳排放量，q
1i
表示第i种燃料的燃烧量，cc
i
表示第i种燃料的平均含碳量，c
j
表示第j种污染物的浓度，η
j
表示第j种污染物的排放浓度，表示第j种碳原子相对原子质量相对于污染物相对分子质量的比值，gwp
j
表示第j种污染物的全球暖化潜热。4.根据权利要求1所述的碳排放量测算方法，其特征在于，所述建材碳排放源的碳排放量计算表达式如下：其中，q
2a
表示建材碳排放源的碳排放量，n表示建材类别的总数；m
n
表示盾构施工过程中所需使用的第n种建材的消耗量；μ
n
表示第n种建材的碳排放系数，a1表示建材在运输过程中的耗损率，a2表示建材在盾构施工过程中的耗损率。5.根据权利要求1所述的碳排放量测算方法，其特征在于，所述逸散碳排放源包括设置在盾构施工场地的空调设备以及co2灭火器，分别计算空调设备以及co2灭火器的碳排放量，加和得到逸散碳排放源的碳排放量。6.根据权利要求5所述的碳排放量测算方法，其特征在于，所述空调设备的碳排放量的计算表达式如下：e1＝v
1a
×
n
1a
×
λ
a
×
η
e
×
gwp
e
；其中，e1表示空调设备的冷媒逸散折算后的碳排放量，v
1a
表示空调设备中冷媒的原始填充量，n
1a
表示空调设备的总数量，λ
a
表示空调设备中冷媒的逸散系数，η
e
表示冷媒中第e种成分的占比，gwp
e
表示冷媒中第e种成分的全球暖化潜热；所述co2灭火器的碳排放量的计算表达式如下：其中，e2表示co2灭火器的碳排放量，v
2a
表示每具co2灭火器的填充量，n
2a
表示co2灭火器的总数量，表示二氧化碳的全球暖化潜热。7.根据权利要求1所述的碳排放量测算方法，其特征在于，所述废弃物处理碳排放源包括废水以及固体废弃物，分别计算废水以及固体废弃物处理过程中产生的碳排放量，加和得到废弃物处理碳排放源的碳排放量。8.根据权利要求7所述的碳排放量测算方法，其特征在于，将废水经过无氧处理，产生
甲烷以及氧化亚氮，通过全球暖化潜热将甲烷以及氧化亚氮的排放量转化为碳排放量；得到废水的碳排放量表达式如下：到废水的碳排放量表达式如下：到废水的碳排放量表达式如下：其中，e
a
表示废水的碳排放量，表示废水中甲烷的排放量，表示废水中氧化亚氮的排放量，tow
x
表示第x类废水中可降解的有机材料总量，表示甲烷的排放因子，r
x
表示废水产生的甲烷的回收量，x表示废水的总类别数量；n表示含氮废水量，表示氧化亚氮的排放因子；对固体废弃物进行焚烧和填埋，所述处理固体废弃物产生的碳排放量的表达式如下：其中，e
b
表示固体废弃物的碳排放量，表示固体废弃物焚烧产生的碳排放量，表示固体废弃物填埋产生的碳排放量；所述固体废弃物焚烧产生的碳排放量表达式如下：其中，iw
y
表示第y类废弃物的焚烧量，y表示待焚烧的固体废弃物的总类别数量，ccw
y
为第y类待焚烧的固体废弃物中的碳含量，fcf
y
表示第y类待焚烧的固体废弃物中矿物在碳总量中的比例，ef
y
为固体废弃物焚烧炉的燃烧效率；所述固体废弃物填埋产生的碳排放量表达式如下：所述固体废弃物填埋产生的碳排放量表达式如下：所述固体废弃物填埋产生的碳排放量表达式如下：其中，表示固体废弃物填埋产生的甲烷的排放量，表示固体废弃物填埋产生的氧化亚氮的排放量，m
i
、n
i
分别表示待填埋的含碳固体废弃物的量和含氮固体废弃物的量，分别表示甲烷和氧化亚氮的排放因子，r
i
表示固体废弃物填埋产生甲烷的回收量。9.根据权利要求1所述的碳排放量测算方法，其特征在于，所述外购电力碳排放源的碳排放量的表达式如下：其中，q
5a
表示外购电力碳排放源的碳排放量，i表示燃料的总类别数量，fc
i
表示电网发电系统第i种燃料的年消耗量，lhv
i
表示电网发电系统第i种燃料的平均低位发热量，ef
i
表示第i种燃料的污染物排放因子，c表示单位换算系数。

技术总结
本发明提供了一种基于盾构施工的碳排放量测算方法，包括：确定盾构施工过程中的工程量清单，根据工程量清单寻找盾构施工过程的碳排放源；整理分类为燃料碳排放源、建材碳排放源、逸散碳排放源、废弃物处理碳排放源以及外购电力碳排放源，分别计算各个碳排放源的碳排放量；汇总得到盾构施工过程的总碳排放量。本发明提供的碳排放量测算方法，通过盾构施工过程中的工程量清单，寻找盾构施工过程的碳排放源，并按照燃料碳排放源、建材碳排放源、逸散碳排放源、废弃物处理碳排放源以及外购电力碳排放源分类分别计算各自排放源的碳排放量，最终汇总得到整个盾构施工的碳排放量，因此在盾构施工过程中，能根据计算结果有效的控制碳排放量。量。量。


技术研发人员：汪优 高天涯 马悦 梁绍华 贾茹雪 王紫薇 李冬晨 代芳 李国伟 黄参 丁泊淞 王瑞 余思源
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/8/6