CN117829687A - 一种基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法。首先确定进行比较的埋地管道非开挖修复技术方法，然后确定施工方案的碳排放评价指标，接着根据实际情况建立管道碳排放核算模型；依据建立的碳排放核算模型对管道的多种非开挖修复技术进行计算，得到各种非开挖修复技术的碳排放总量；比较各种非开挖修复技术方法计算所得的碳排放总量大小，确定碳排放总量最小的非开挖修复技术为最优技术。本发明技术方案能够进行多种管道非开挖修复技术的比选，具有操作简单、实用性强的特点，对于管道工程领域的节能减排建设具有重要意义。
Description
一、技术领域：
本发明涉及埋地管道工程研究技术领域，特别涉及一种基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法。该比选方法适用于多种管道非开挖修复技术施工方案的比选。
二、背景技术：
城市管网是城市的“生命线”，担任着水、资源与能源输送等功能，满足了城市运行与人民正常生活的需求。为了推进城市现代化建设，促进人民的美好生活实现，我国在管道方面投入大量精力。截止2022年底，我国地下管网总长度超349万公里。随着管道服役时间的增长，一些病害随之产生，如渗漏、腐蚀、塌陷等等，若是不能及时处理这些病害，将会对社会造成重大负面影响。对管道进行检测并进行修复是目前的管道预防病害处理方式。目前，常用的管道非开挖修复技术包括碎管法、紫外光固化法、折叠内衬法、缩颈内衬法和穿插法等。
由二氧化碳等气体组成的温室气体排放引起的诸多气候问题，需及时应对。由此，政府提出了“碳达峰”和“碳中和”口号，致力于为全球温室效应的减缓事业做出贡献。在管道修复过程中，也伴随着大量二氧化碳的排放。因此，考虑减少管道修复施工过程中的碳排放量是很有必要的。
目前，大多数的施工方案都是从管道施工方案的社会成本及经济成本进行考虑，很少有从环境方面进行考虑施工方案的选择。因此，本发明研发了一种基于碳排放量的管道非开挖修复技术比选方法进行指导。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：针对目前管道非开挖修复技术仅从社会成本及经济成本进行考虑，本发明提供一种把环境方面因素考虑进去的基于碳排放量的管道非开挖修复技术比选方法。本发明提供的比选方法，为管道的节能减排目标提供一种科学的决策参考。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
本发明提供一种基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，所述比选方法包括以下步骤：
1)确定参加比选的各种埋地管道非开挖修复技术方法；
2)确定施工方案的碳排放评价指标；
3)根据实际情况建立管道碳排放核算模型；
4)依据建立的碳排放核算模型对管道的各种非开挖修复技术进行计算，得到各种非开挖修复技术的碳排放量；
5)比较各种非开挖修复技术方法计算所得的碳排放量大小，确定碳排放量最小的非开挖修复技术为最优技术。
根据上述的基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，步骤1)中所述非开挖修复技术方法为碎管法、折叠内衬法、缩颈内衬法、穿插法和紫外光固化法中的至少两种。
根据上述的基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，步骤2)中所述施工方案碳排放评价指标为管道的碳排放总量，即管道在制造过程、运输过程和施工过程中产生的二氧化碳排放总量。
根据上述的基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，步骤3)中所述管道碳排放核算模型基于生命周期评价，使用碳排放因子法，将模型分为制造阶段、运输阶段以及施工阶段，采用从上至下为总量模型和阶段模型的二次结构碳排放模型；所述制造阶段的耗能活动为管道制造过程中原材料的提取、材料加工以及管道制造、回填和重新铺设过程中的材料生产；所述运输阶段包括将管道、设备、回填材料和铺设材料运输到施工现场；所述施工阶段包括安装过程、回填和重新铺设过程中现场设备的使用；确定施工方案涉及活动的碳排放因子库。
根据上述的基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，所述埋地管道碳排放核算模型如下：
C＝C1+C2+C3；C为埋地管道全生命周期内CO2总排放量，C1、C2和C3分别为制造阶段、运输阶段和施工阶段的碳排放量；
C1为制造阶段的碳排放量，EF为能源的CO2排放因子，ECi是管道制造材料i的能源消耗；
C2为管道、设备和回填及铺设材料运输到施工现场所排放的CO2，ECij是使用运输方式j的运输物品i的能源消耗，EF为能源的排放因子；
C3为现场设备使用碳排放，ECk为设备k的能源消耗量，EF为能源的排放因子。
根据上述的基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，步骤4)中所述计算的具体过程为：将各种非开挖修复技术相关阶段的活动数据分别代入到建立的碳排放核算模型中进行计算，得到各种非开挖修复技术的总碳排放量。
本发明的积极有益效果：
1、本发明通过构建管道生命周期碳足迹核算模型，能够准确计算管道施工方案的碳排放量。这一模型使得对不同方案的比较更加客观和准确，有助于选取对环境有益的管道施工方案。
2、管道施工方案涉及多种资源和能源消耗，伴随着二氧化碳的产生。对各种消耗活动进行计算，能够得出对环境影响较大的因素。通过在工程招投标阶段对各个施工方案中的消耗活动清单进行分析，本发明能够得到整体的碳排放量，并选择碳排放量较小的施工方案。通过综合考虑不同方案的碳排放量，可以选择采用低碳材料、优化施工工艺、减少能源消耗等措施的方案。由此能够最大程度地减少管道施工过程中的碳排放，降低对气候变化的影响。
3、采用本发明技术方案，能够减少施工过程中的碳排放量，有助于实现能源的可持续供应。在当前全球能源压力不断增加的情况下，减少对有限资源的依赖是至关重要的。本发明提供了一种可行的解决方案，能够在管道施工中降低能源消耗，实现能源可持续供应；同时能够为后续管道工程节能减排实施效果提供评价指标。
四、附图说明：
图1本发明埋地管道碳排放活动示意图；
图2本发明埋地管道非开挖修复技术比选方法的流程示意图。
五、具体实施方式：
下面结合实施例对本发明进行详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明技术方案保护范围的限制。
实施例1：
参见附图1和附图2，本发明基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，其详细步骤如下(本实施例基于长度为50m、内径为400mm、管顶覆土为1.5m、内水压力为0.05mpa的混凝土管：由于混凝土管长期处于酸性条件下，与废水及土壤中的酸性物质密切接触，管道多处出现腐蚀现象，经研究，对混凝土管进行非开挖修复)：
1)确定参加比选的埋地管道非开挖修复技术方法：拟选择碎管法、折叠内衬法、缩颈内衬法、穿插法和紫外光固化法进行施工方案比选；其中碎管法和折叠内衬法采用聚乙烯PE管进行修复，缩颈内衬法和穿插法采用高密度聚乙烯HDPE管施工，紫外光固化法采用紫外光固化纤维软管；管材质量均符合国家相关规范要求；
2)确定施工方案碳排放评价指标：所述施工方案碳排放评价指标为管道的碳排放总量，即管道在制造过程、运输过程和施工过程产生的二氧化碳排放总量；
3)根据实际情况建立管道碳排放核算模型：确定施工方案涉及活动的碳排放因子库；
依据比选方法，埋地管道碳排放量从制造、运输和施工三个阶段的碳足迹集合而成；三个阶段所考虑的碳排放主要为材料和能源消耗的所释放的二氧化碳；材料和能源消耗乘以相应的碳排放因子得到碳排放量，本实施例所使用的消耗量依照相关规范及施工经验作出的模拟值，排放因子数据主要来源于具有权威性的机构或者网站；其中材料消耗包括管材、回填材料和铺设材料的消耗，材料消耗依照《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》、《城镇排水管道碎(裂)管法修复工程技术规程》和《排水沥青路面设计与施工技术规范》；表1具体记载了材料的隐含能量，其数据来源于巴斯大学的《碳和能源清单》；能源消耗包括燃油消耗和电力消耗，燃油消耗主要为运输过程的燃料消耗，电力消耗主要用于施工现场设备使用；表2记载了柴油的碳排放因子及能耗率，其中柴油的排放因子取自《2006IPCC：国家温室气体清单指南》；电力的碳排放因子取自国家发展和改革委员会发布的《省级温室气体清单编制指南(试行)》，详见表3；
所述埋地管道碳排放核算模型如下：
C＝C1+C2+C3；C为埋地管道全生命周期内CO2总排放量，C1、C2和C3分别为制造阶段、运输阶段和施工阶段的碳排放量；
C1为制造阶段的碳排放量，EF为能源的CO2排放因子，ECi是管道制造材料i的能源消耗；
C2为管道、设备和回填及铺设材料运输到施工现场所排放的CO2，ECij是使用运输方式j的运输物品i的能源消耗，EF为能源的排放因子；
C3为现场设备使用碳排放，ECk为设备k的能源消耗量，EF为能源的排放因子；
4)依据建立的埋地管道碳排放核算模型对步骤1)选择的5种管道非开挖修复技术分别进行计算，将5种非开挖修复技术相关阶段的活动数据代入到碳排放模型中，得到5种非开挖修复技术的总碳排放量；
所述实施例1选择的碎管法、折叠内衬法、缩颈内衬法、穿插法以及紫外光固化法五种非开挖修复技术的各阶段碳排放量及总碳排放量计算结果详见表4；
5)根据五种非开挖修复技术的碳排放量计算结果，确定碳排放最小的非开挖修复技术为最优技术。由表4数据进行对比可知，紫外光固化法是所有比选技术里碳排放量最小的施工技术，因此确定紫外光固化法为最优方案。
实施例2：
参见附图1和附图2，本发明基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，其详细步骤如下(本实施例基于长度为50m、内径为800mm、管顶覆土为1.5m、内水压力为0.05mpa的混凝土管：由于混凝土管长期处于酸性条件下，与废水及土壤中的酸性物质密切接触，管道多处出现腐蚀现象，经研究，对混凝土管进行非开挖修复)：
1)确定参加比选的埋地管道非开挖修复技术方法：拟选择碎管法、折叠内衬法、缩颈内衬法、穿插法和紫外光固化法进行施工方案比选；其中碎管法和折叠内衬法采用聚乙烯PE管进行修复，缩颈内衬法和穿插法采用高密度聚乙烯HDPE管施工，紫外光固化法采用紫外光固化纤维软管；管材质量均符合国家相关规范要求；
2)确定施工方案碳排放评价指标：所述施工方案碳排放评价指标为管道的碳排放总量，即管道在制造过程、运输过程和施工过程产生的二氧化碳排放总量；
3)根据实际情况建立管道碳排放核算模型：确定施工方案涉及活动的碳排放因子库；
依据比选方法，埋地管道碳排放量从制造、运输和施工三个阶段的碳足迹集合而成；三个阶段所考虑的碳排放主要为材料和能源消耗的所释放的二氧化碳；材料和能源消耗乘以相应的碳排放因子得到碳排放量，本实施例所使用的消耗量依照相关规范及施工经验作出的模拟值，排放因子数据主要来源于具有权威性的机构或者网站；其中材料消耗包括管材、回填材料和铺设材料的消耗，材料消耗依照《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》、《城镇排水管道碎(裂)管法修复工程技术规程》和《排水沥青路面设计与施工技术规范》；表1具体记载了材料的隐含能量，其数据来源于巴斯大学的《碳和能源清单》；能源消耗包括燃油消耗和电力消耗，燃油消耗主要为运输过程的燃料消耗，电力消耗主要用于施工现场设备使用；表2记载了柴油的碳排放因子及能耗率，其中柴油的排放因子取自《2006IPCC：国家温室气体清单指南》；电力的碳排放因子取自国家发展和改革委员会发布的《省级温室气体清单编制指南(试行)》，详见表3；
所述埋地管道碳排放核算模型如下：
C＝C1+C2+C3；C为埋地管道全生命周期内CO2总排放量，C1、C2和C3分别为制造阶段、运输阶段和施工阶段的碳排放量；
C1为制造阶段的碳排放量，EF为能源的CO2排放因子，ECi是管道制造材料i的能源消耗；
C2为管道、设备和回填及铺设材料运输到施工现场所排放的CO2，ECij是使用运输方式j的运输物品i的能源消耗，EF为能源的排放因子；
C3为现场设备使用碳排放，ECk为设备k的能源消耗量，EF为能源的排放因子；
4)依据建立的埋地管道碳排放核算模型对步骤1)选择的5种管道非开挖修复技术分别进行计算，将5种非开挖修复技术相关阶段的活动数据代入到碳排放模型中，得到5种非开挖修复技术的总碳排放量；
所述实施例2选择的碎管法、折叠内衬法、缩颈内衬法、穿插法以及紫外光固化法五种非开挖修复技术的各阶段碳排放量及总碳排放量计算结果详见表5；
5)根据五种非开挖修复技术的碳排放量计算结果，确定碳排放最小的非开挖修复技术为最优技术。由表5数据进行对比可知，紫外光固化法是所有比选技术里碳排放量最小的施工技术，因此确定紫外光固化法为最优方案。
实施例3：
参见附图1和附图2，本发明基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，其详细步骤如下(本实施例基于长度为50m、内径为1200mm、管顶覆土为1.5m、内水压力为0.05mpa的混凝土管：由于混凝土管长期处于酸性条件下，与废水及土壤中的酸性物质密切接触，管道多处出现腐蚀现象，经研究，对混凝土管进行非开挖修复)：
1)确定参加比选的埋地管道非开挖修复技术方法：拟选择碎管法、折叠内衬法、缩颈内衬法、穿插法和紫外光固化法进行施工方案比选；其中碎管法和折叠内衬法采用聚乙烯PE管进行修复，缩颈内衬法和穿插法采用高密度聚乙烯HDPE管施工，紫外光固化法采用紫外光固化纤维软管；管材质量均符合国家相关规范要求；
2)确定施工方案碳排放评价指标：所述施工方案碳排放评价指标为管道的碳排放总量，即管道在制造过程、运输过程和施工过程产生的二氧化碳排放总量；
3)根据实际情况建立管道碳排放核算模型：确定施工方案涉及活动的碳排放因子库；
依据比选方法，埋地管道碳排放量从制造、运输和施工三个阶段的碳足迹集合而成；三个阶段所考虑的碳排放主要为材料和能源消耗所释放的二氧化碳；材料和能源消耗乘以相应的碳排放因子得到碳排放量，本实施例所使用的消耗量依照相关规范及施工经验作出的模拟值，排放因子数据主要来源于具有权威性的机构或者网站；其中材料消耗包括管材、回填材料和铺设材料的消耗，材料消耗参考《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》、《城镇排水管道碎(裂)管法修复工程技术规程》和《排水沥青路面设计与施工技术规范》；表1具体记载了材料的隐含能量，其数据来源于巴斯大学的《碳和能源清单》；能源消耗包括燃油消耗和电力消耗，燃油消耗主要为运输过程的燃料消耗，电力消耗主要用于施工现场设备使用；表2记载了柴油的碳排放因子及能耗率，其中柴油的排放因子取自《2006IPCC：国家温室气体清单指南》；电力的碳排放因子取自国家发展和改革委员会发布的《省级温室气体清单编制指南(试行)》，详见表3；
所述埋地管道碳排放核算模型如下：
C＝C1+C2+C3；C为埋地管道全生命周期内CO2总排放量，C1、C2和C3分别为制造阶段、运输阶段和施工阶段的碳排放量；
C1为制造阶段的碳排放量，EF为能源的CO2排放因子，ECi是管道制造材料i的能源消耗；
C2为管道、设备和回填及铺设材料运输到施工现场所排放的CO2，ECij是使用运输方式j的运输物品i的能源消耗，EF为能源的排放因子；
C3为现场设备使用碳排放，ECk为设备k的能源消耗量，EF为能源的排放因子；
4)依据建立的埋地管道碳排放核算模型对步骤1)选择的5种管道非开挖修复技术分别进行计算，将5种非开挖修复技术相关阶段的活动数据代入到碳排放模型中，得到5种非开挖修复技术的总碳排放量；
本实施例3参选的碎管法、折叠内衬法、缩颈内衬法、穿插法以及紫外光固化法五种非开挖修复技术的各阶段碳排放量及总碳排放量计算结果详见表6；
5)根据五种非开挖修复技术的碳排放量计算结果，确定碳排放最小的非开挖修复技术为最优技术。
由表6中数据进行对比可知，紫外光固化法是所有比选技术里碳排放量最小的施工技术，因此确定紫外光固化法为最优方案。
表1材料的隐含能量系数
| 材料 | 隐含能量系数 |
| PE | 22.428kWh/kg |
| HDPE | 23.632kWh/kg |
| 环氧树脂 | 38.36kWh/kg |
| 毛毡 | 10.08kWh/kg |
| 玻璃增强纤维 | 28kWh/kg |
| 砾石 | 0.02324kWh/kg |
| 砂石 | 0.02268kWh/kg |
| 沥青 | 1.4kWh/kg |
表2柴油的排放因子及能耗率
| 燃油 | 能耗率 | 排放因子 |
| 柴油 | 2423.0kJ·t-1·km-1 | 74.1kgCO2/GJ |
表3电力排放因子
| 区域 | 排放因子 |
| 华北区域电网 | 1.246kgCO2/(kWh) |
| 东北区域电网 | 1.096kgCO2/(kWh) |
| 华东区域电网 | 0.928kgCO2/(kWh) |
| 华中区域电网 | 0.801kgCO2/(kWh) |
| 西北区域电网 | 0.997kgCO2/(kWh) |
| 南方区域电网 | 0.714kgCO2/(kWh) |
| 海南 | 0.917kgCO2/(kWh) |
表4本发明实施例1五种管道非开挖修复技术的碳排放量汇总
表5本发明实施例2五种管道非开挖修复技术的碳排放量汇总
表6本发明实施例3五种管道非开挖修复技术的碳排放量汇总
综上所述，上述实施例只是对本发明进行具体实施情况说明，并非限定本发明的构思和范围，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，其特征在于，所述比选方法包括以下步骤：
1)确定参加比选的各种埋地管道非开挖修复技术方法；
2)确定施工方案的碳排放评价指标；
3)根据实际情况建立管道碳排放核算模型；
4)依据建立的碳排放核算模型对管道的各种非开挖修复技术进行计算，得到各种非开挖修复技术的碳排放量；
5)比较各种非开挖修复技术方法计算所得的碳排放量大小，确定碳排放量最小的非开挖修复技术为最优技术。
2.根据权利要求1所述的基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，其特征在于：步骤1)中所述非开挖修复技术方法为碎管法、折叠内衬法、缩颈内衬法、穿插法和紫外光固化法中的至少两种。
3.根据权利要求1所述的基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，其特征在于：步骤2)中所述施工方案碳排放评价指标为管道的碳排放总量，即管道在制造过程、运输过程和施工过程中产生的二氧化碳排放总量。
4.根据权利要求1所述的基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，其特征在于：步骤3)中所述管道碳排放核算模型基于生命周期评价，使用碳排放因子法，将模型分为制造阶段、运输阶段以及施工阶段，采用从上至下为总量模型和阶段模型的二次结构碳排放模型；所述制造阶段的耗能活动为管道制造过程中原材料的提取、材料加工以及管道制造、回填和重新铺设过程中的材料生产；所述运输阶段包括将管道、设备、回填材料和铺设材料运输到施工现场；所述施工阶段包括安装过程、回填和重新铺设过程中现场设备的使用；确定施工方案涉及活动的碳排放因子库。
5.根据权利要求1所述的基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，其特征在于，所述埋地管道碳排放核算模型如下：
C＝C1+C2+C3；C为埋地管道全生命周期内CO2总排放量，C1、C2和C3分别为制造阶段、运输阶段和施工阶段的碳排放量；
C1为制造阶段的碳排放量，EF为能源的CO2排放因子，ECi是管道制造材料i的能源消耗；
C2为管道、设备和回填及铺设材料运输到施工现场所排放的CO2，ECij是使用运输方式j的运输物品i的能源消耗，EF为能源的排放因子；
C3为现场设备使用碳排放，ECk为设备k的能源消耗量，EF为能源的排放因子。
6.根据权利要求1所述的基于碳排放量的埋地管道非开挖修复技术比选方法，其特征在于，步骤4)中所述计算的具体过程为：将各种非开挖修复技术相关阶段的活动数据分别代入到建立的碳排放核算模型中进行计算，得到各种非开挖修复技术的总碳排放量。
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