摘　要：選取DN 100、200、500mm熱水預(yù)制直埋保溫管(簡(jiǎn)稱(chēng)保溫管)，采用目標(biāo)距離法，對(duì)3種規(guī)格保溫管生產(chǎn)階段的環(huán)境影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：熱水預(yù)制直埋保溫管；  生產(chǎn)階段；  環(huán)境影響評(píng)價(jià)

Environmental Impact Assessment in Manufacturing Stage of Prefabricated Directly Buried Insulated Hot-water Pipe

Abstract：DN 100，DN200 and DN500 prefabricated directly buried insulated hot-water pipes(hereinafler referred to as thermal insulation pipes)are selected．The environmental impact in the manufacturing stage of the above-mentioned three types of thermal insulation pipes is assessed with the distance-to-target weighting method．

Keywords：prefabricated directly buried insulated hot-water pipe；manufacturing stage；environmental impact assessment

1　概述

區(qū)域供熱系統(tǒng)可分為熱源、熱網(wǎng)、熱用戶(hù)。目前，我國(guó)對(duì)區(qū)域供熱系統(tǒng)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究多集中在熱源上^[1-3]，缺乏考慮熱網(wǎng)造成的環(huán)境影響^[4-6]。相比之下，國(guó)外在這方面已經(jīng)開(kāi)展了很多工作，M．FriSling等人^[7-9]完成了對(duì)預(yù)制直埋熱水保溫管道(以下簡(jiǎn)稱(chēng)保溫管道)的生命周期環(huán)境評(píng)價(jià)，貢獻(xiàn)最大的是運(yùn)行階段熱量損耗，其次是保溫管道的生產(chǎn)階段。M．Perzon等人^[10]的研究發(fā)現(xiàn)，采用不同材質(zhì)的工作鋼管、保溫材料對(duì)保溫管道生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)有較大的影響，絕熱性能優(yōu)良的保溫材料雖然提高了生產(chǎn)階段的環(huán)境影響，但是可以減少運(yùn)行階段的熱量損失。由此可見(jiàn)，生產(chǎn)階段工作鋼管與保溫材料材質(zhì)的合理選取可降低保溫管道的環(huán)境影響。另外，國(guó)外在對(duì)區(qū)域供熱系統(tǒng)生命周期的環(huán)境影響評(píng)價(jià)中都包括了對(duì)保溫管道的研究^[11-12]。

由以上分析可知，保溫管道對(duì)區(qū)域供熱系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)是不可忽略的。本文對(duì)保溫管道生產(chǎn)階段環(huán)境影響評(píng)價(jià)進(jìn)行探討。

2　評(píng)價(jià)對(duì)象

評(píng)價(jià)對(duì)象是以硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料作為保溫層，高密度聚乙烯作為外護(hù)管的保溫管道，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。選取規(guī)格為DN 100、200、500mm保溫管道進(jìn)行評(píng)價(jià)，工作鋼管長(zhǎng)度均為12m。保溫管道各種技術(shù)參數(shù)執(zhí)行CJ／T 114—2000《高密度聚乙烯外護(hù)管聚氨酯泡沫塑料預(yù)制直埋保溫管》，3種規(guī)格保溫管道的具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

評(píng)價(jià)前進(jìn)行以下設(shè)定：只涉及直管段，不包含管件部分。在計(jì)算保溫層、外護(hù)管質(zhì)量時(shí)，保溫管道兩端頭各留出200mm長(zhǎng)裸露的非保溫區(qū)(以便工作鋼管之間的焊接)。建造工廠、機(jī)器、附屬設(shè)備生產(chǎn)的環(huán)境影響不包含在內(nèi)。生產(chǎn)造成的局部損害(如噪聲等問(wèn)題)未考慮在內(nèi)。保溫管道不考慮設(shè)置滲漏報(bào)警線(xiàn)。

3　清單數(shù)據(jù)來(lái)源分析

①能源消耗清單數(shù)據(jù)

能源消耗與保溫管道生產(chǎn)活動(dòng)緊密相關(guān)，要分析保溫管道生產(chǎn)階段的環(huán)境影響，首先要分析能源生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境影響。楊建新^[13]已初步完成了我國(guó)能源生產(chǎn)的清單分析，在此基礎(chǔ)上，清華大學(xué)又收集整理了國(guó)內(nèi)最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，重新計(jì)算了我國(guó)能源生產(chǎn)清單^[14]。除保溫層、保護(hù)層外，其他能源數(shù)據(jù)均引用清華大學(xué)研究結(jié)果。

②鋼材和鋼管生產(chǎn)清單數(shù)據(jù)

引用文獻(xiàn)[14]給出的煉鋼過(guò)程中各個(gè)工序的污染物排放和能源資源消耗清單，且在計(jì)算生產(chǎn)鋼管用鋼材時(shí)，考慮管網(wǎng)報(bào)廢后鋼材的回收，回收率按照90％計(jì)算。

鋼管生產(chǎn)的環(huán)境影響按照生產(chǎn)工序中生產(chǎn)單位產(chǎn)品的能源消耗定額^[15]來(lái)分析，此能耗定額反映了我國(guó)的平均水平。不同類(lèi)型鋼管及生產(chǎn)工藝的單位質(zhì)量鋼管能耗見(jiàn)表2，能耗以標(biāo)準(zhǔn)煤耗量計(jì)。進(jìn)而可套用標(biāo)準(zhǔn)煤生產(chǎn)和使用的數(shù)據(jù)清單得到鋼管生產(chǎn)能耗的清單數(shù)據(jù)。

根據(jù)保溫管道工藝要求，DN 250mm及以下采用無(wú)縫鋼管(自動(dòng)軋管)，DN 250mm以上采用螺旋焊鋼管。能耗數(shù)據(jù)采用平均水平，DN 100、200mm鋼管的單位質(zhì)量能耗取163kg／t，DN 500mm鋼管的單位質(zhì)量能耗取35kg／t。

③保溫材料和外護(hù)管清單數(shù)據(jù)

建材的含能(Embodied Energy)近年來(lái)在國(guó)外得到廣泛研究，含能是指產(chǎn)品從自然界原始材料的掘取，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、加工、組裝直至成品出廠前的所有相關(guān)過(guò)程的能耗總和，是基于生命周期的能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。顧道金^[14]利用國(guó)外含能數(shù)據(jù)，建立了中國(guó)建筑產(chǎn)品外推含能數(shù)據(jù)表，并計(jì)算了我國(guó)能源使用背景下lMJ含能的生命周期數(shù)據(jù)清單。對(duì)于保溫層、外護(hù)管，在計(jì)算環(huán)境影響時(shí)都采用此種方法，生產(chǎn)1kg硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料保溫層、高密度聚乙烯外護(hù)管的生命周期數(shù)據(jù)清單(關(guān)鍵數(shù)據(jù))分別見(jiàn)表3、4。

④環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型

環(huán)境影響評(píng)價(jià)一直都是生命周期評(píng)價(jià)中爭(zhēng)議較大的部分，目前國(guó)際上還沒(méi)有完全統(tǒng)一的方法，國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法有3種：目標(biāo)距離法、支付意愿法、專(zhuān)家打分法。谷立靜^[16]利用這3種評(píng)價(jià)方法對(duì)我國(guó)煤電、鋼材行業(yè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明這3種評(píng)價(jià)方法具有各自的特點(diǎn)。

本文采用目標(biāo)距離法對(duì)保溫管道在生產(chǎn)階段的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，目標(biāo)距離法的權(quán)重確定采用“目標(biāo)距離的思想”，即某種環(huán)境效應(yīng)的嚴(yán)重性用該效應(yīng)當(dāng)前水平和目標(biāo)水平之間的距離來(lái)表征。目標(biāo)距離法把環(huán)境影響類(lèi)型分為資源耗竭、全球變暖、臭氧層損耗、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、懸浮顆粒物、固體廢棄物。根據(jù)該方法把各種污染物按照一定的當(dāng)量潛值進(jìn)行量化，得到相應(yīng)污染物的環(huán)境影響潛值，然后通過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)(以1990年為基準(zhǔn)年)得到綜合單一指標(biāo)值，即環(huán)境影響負(fù)荷。中國(guó)環(huán)境影響標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)、權(quán)重見(jiàn)文獻(xiàn)[14]。

4　結(jié)果和討論

①清單分析結(jié)果

這里僅列出3種主要污染物(CO2、NOx、SO2)的清單分析結(jié)果。在環(huán)境影響方面以我國(guó)最受關(guān)注的3個(gè)環(huán)境影響類(lèi)型為例計(jì)算環(huán)境影響潛值：全球變暖潛值m1(以當(dāng)量CO2度量)、富營(yíng)養(yǎng)化潛值m2(以當(dāng)量NO3^-度量)、酸化潛值m3(以當(dāng)量SO2度量)。在計(jì)算同一種環(huán)境影響潛值時(shí)，各種污染物都按照其當(dāng)量因子折算成統(tǒng)一指標(biāo)，折算系數(shù)見(jiàn)文獻(xiàn)[14]。生產(chǎn)l根保溫管道的3種主要污染物清單分析結(jié)果及環(huán)境影響潛值分別見(jiàn)表5、6。

②環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)目標(biāo)距離法，可計(jì)算得到生產(chǎn)1根保溫管道的各環(huán)境影響類(lèi)型的環(huán)境影響負(fù)荷及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的環(huán)境影響負(fù)荷(分別見(jiàn)表7、8)。將環(huán)境影響負(fù)荷的單位定義為環(huán)境負(fù)荷點(diǎn)(Point，簡(jiǎn)寫(xiě)為pt)。由于DN 500mm鋼管采用螺旋焊鋼管，能耗較低，因此環(huán)境影響負(fù)荷反而低于采用無(wú)縫鋼管(自動(dòng)軋管)的DN 200mm鋼管。

由表7可知，固體廢棄物對(duì)環(huán)境影響的貢獻(xiàn)最大，其次分別是懸浮顆粒物、酸化、全球變暖、資源耗節(jié)中鋼材生產(chǎn)的環(huán)境影響最大，其次是保溫層，最后是保護(hù)層和鋼管生產(chǎn)。主要原因是鋼材生命周期過(guò)程中礦石的開(kāi)采和鋼鐵冶煉都會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢棄物，這就造成固體廢棄物對(duì)環(huán)境影響比較大。在計(jì)算生產(chǎn)環(huán)節(jié)環(huán)境影響時(shí)，鋼材生產(chǎn)產(chǎn)生大量廢棄物，同時(shí)在此環(huán)節(jié)中，資源耗竭所占比重也比較大，因此鋼材生產(chǎn)就成為保溫管道生產(chǎn)階段環(huán)境影響最大的環(huán)節(jié)。公稱(chēng)管徑100～500mm鋼材生產(chǎn)形成的環(huán)境影響負(fù)荷分別為2.81、8.62、27.92 pt／根。

5　結(jié)論

①對(duì)于各環(huán)境影響類(lèi)型的環(huán)境影響負(fù)荷，保溫管道生產(chǎn)固體廢棄物貢獻(xiàn)最大，其次是懸浮顆粒物、酸化和全球變暖等；從生產(chǎn)環(huán)節(jié)分析，鋼材生產(chǎn)的貢獻(xiàn)最大，其次是保溫層制造。

②減少保溫管道生產(chǎn)的環(huán)境影響有效途徑，首先是提高管道材料的生產(chǎn)水平，降低能耗和資源消耗，其次是固體廢棄物的合理處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬明珠，張旭．空調(diào)冷熱源生命周期成本評(píng)估[J]．煤氣與熱力，2008，28(6)：A32-A35．

[2]林梅云，張樹(shù)深．空調(diào)冷熱源環(huán)境性的生命周期評(píng)價(jià)[J]．暖通空調(diào)，2004，34(7)：93-96．

[3]陳麗萍，王路威，魏玲．空調(diào)冷熱源能耗及其環(huán)境影響評(píng)價(jià)分析[J]．南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26(3)：85-88．

[4]鄧建強(qiáng)，李文良，張?jiān)缧＃細(xì)鉄岜孟到y(tǒng)生命周期評(píng)價(jià)[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，20(11)：1258-1262．

[5]喻李葵，張國(guó)強(qiáng)．暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)環(huán)境性能評(píng)價(jià)方法研究[J]．暖通空調(diào)，2007，37(5)：54-57．

[6]張彬．空調(diào)系統(tǒng)生命周期評(píng)價(jià)(碩士學(xué)位論文)[D]．西安：西安建筑科技大學(xué)，2010：1-77．

[7]FROLING M，HOLMGREN C，SVANSTROM M．Life cvcle assessment of the district heat distribution system．Part 1：pipe production[J]．Int．J．LCA，2004(2)：130-136．

[8]FROLING M，SVANSTROM M．Life cycle assessulent of the district heat distribution system．Part 2：network construction[J]．Int．J．LCA，2005(6)：425-435．

[9]PERSSON C，FROLING M，SVANSTROM M．Life cycle assessment of the district heat distribution system．Part 3：use phase and overall discussion[J]．Int．J．LCA，2006(6)：425-435．

[10]PERZON M，JOHANSSON K，FROLING M．Life cycle assessment of district heat distribution in suburban areasusing PEX pipes insulated with expanded polystyrene[J]．Int．J．LCA，2007(5)：317-327．

[11]SHAH V P，DEBELLA D C，RIES R J．Life cycle assessment of residential heating and cooling systems in four regions in the United States[J]．Energy and Buildings，2008(40)：503-513．

[12]MELBYE A．Life cycle assessment of Norwegian bioenergy heat and power systems[M]．Norwegian：Norwegian University of Science and Technology，2012：180-191．

[13]楊建新．產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用[M]．北京：氣象出版社，2002：45-50．

[14]顧道金．建筑環(huán)境負(fù)荷的生命周期評(píng)價(jià)(博士學(xué)位論文)[D]．北京：清華大學(xué)，2007：34-43．

[15]動(dòng)力工程師手冊(cè)編輯委員會(huì)．動(dòng)力工程師手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：345-356．

[16]谷立靜．基于生命周期評(píng)價(jià)的中國(guó)建筑行業(yè)環(huán)境影響研究(博士學(xué)位論文)[1)]．北京：清華大學(xué)，2009：156-176．

本文作者：端木琳  李祥立  任志勇  李震

作者單位：大連理工大學(xué)土木水利學(xué)院暖通教研室

  山東省建筑科學(xué)研究院