空调行业产品碳效比（CER）核算与实践
时间：2023-01-23 14:05:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
何冠成，王继伟，刘国荣*
（1.威凯检测技术有限公司，广州 510663；
2.广东美的制冷设备有限公司，佛山 528311）
2020年9月22日，习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论上的讲话中提出，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。国务院2021年10月24日发布《2030年前碳达峰行动方案》，明确各地区、各领域、各行业目标任务，加快实现生产生活方式绿色变革，推动经济社会发展建立在资源高效利用和绿色低碳发展的基础之上，确保如期实现2030年前碳达峰目标。
国家统计局的统计数据显示，我国二氧化碳排放的主要来源为能源活动，其中发电、建材、钢铁、有色、石化、化工、造纸、民航是排放重点行业。装备制造业不是碳排放重点行业，但是装备制造消耗了大量的钢铁（16 %）、有色金属、塑料等“高碳” 原材料，装备制造业的产品在使用过程中消耗大量能源，在工业方面，能源消费都是通过重点用能设备系统（工业锅炉及窑炉、电机系统、变压器等）实现的。在居民生活方面，能源消费以消费终端耗能产品如冰箱、空调、微波炉等的家用电器为主。重点装备为其他重点碳排放行业提供能量转化装置，是工业领域和居民消费“碳达峰、碳中和”的载体和抓手。
装备制造业实现碳达峰，需要对相关企业及产品的碳排放进行核算及科学评价。产品碳排放主要是依据ISO 14067标准进行，ISO 14067标准由国际标准化组织制定，于2013年正式发布，解决了产品“碳足迹”具体计算方法，行业大多数采用全生命周期评价法计算产品的碳排放总量(也称碳足迹CPF)。产品CFP在欧洲地区的能源、农业、轻工、建材等行业有广泛的应用，成衣、日用品、印刷品中往往都标识产品CFP。
装备制造业的产品如空调器、汽车、电机等，其使用阶段的碳排放在产品CFP中占比很大，远大于其他阶段碳排放的总和，有研究[1]表明，空调产品在其使用阶段碳排放最多（约占总排放的95.06 %）。碳排放总量（CFP）未考虑产品或企业对社会的有效贡献，不能反映低碳技术水平的高低。仅凭碳排放总量（CFP）的大小来评价行业是否实现碳达峰显然不合理，忽略了社会发展的需求。评价装备制造业碳达峰应同时考虑碳排放量及其功能贡献，因此装备制造业需要找寻新的碳达峰指标。
碳效比，即碳排放总量与其功能贡献总和之比，表征实现某一功能单位所排放的二氧化碳当量，是合适的评价指标。使用产品碳效比，既可比较同类型不同规格的产品之间的碳排放强度，也可以比较同功能但不同类型的产品之间的碳排放强度。碳效比越大，实现相同功能贡献的碳排放量越大，低碳技术水平越低。所以行业碳达峰可以理解为产品碳效比达峰、企业碳效比达峰。
碳足迹仅适合于评价功效难以量化的产品，而碳效比更适合于评价功效可以量化的产品，尤其是在使用阶段持续用能的产品。原因如下：第一、非用能产品，出厂时的碳排放量基本确定，后续使用中基本不增加排放量，而用能产品出厂时的碳排放量占比小，使用阶段的碳排放占比大。第二、用能产品生命周期的碳足迹绝对值很大，因为全生命周期评价法，把产品使用阶段中的碳排放量纳入计算，碳排放总量很大，使用寿命长的产品制造商不愿意标注，也不方便标注。另外还容易误导使用者，以为出厂时产品碳排放量已经很大，在使用时更不会注意节能减排。第三、用能产品的碳足迹与使用寿命的取值长短直接成正比，比如产品使用寿命按5年、8年计算出来的碳足迹差异极大，不能公平评价不同产品和品牌的节能减排技术高低。第四、碳足迹只反映排放，不反映功效贡献，而用能产品的功效贡献与排放量密切相关或成正比。
本文以空调行业为实践对象，对产品的碳排放、碳效比进行核算，比较其异同。
2.1 范围
对空调行业的产品碳效比进行核算前，需要明确核算的范围，包括对象、功能单位、系统边界、碳效比的定义等。
核算对象一般为单台套的产品，例如一套空调器、一台除湿机。核算对象的信息应包含产品名称、型号、品牌、制造商、电参数、能效，外观，必要时，还需要产品能效相关的检测报告。
产品的功能单位通常根据产品的主要功能来定，以实现一定量的功能贡献来衡量。例如，空调器的主要功能就是从房间转移热量，所以空调器的功能单位可以理解为“从房间转移1kwh的热量”
系统边界可以按照产品全生命周期进行，包括以下阶段：“原材料获取阶段”、“生产阶段”、“运输阶段”、“使用阶段”、“回收阶段”，但空调行业的产品使用寿命都比较长，一般为10年、15年，“回收阶段”的数据不确定性比较大，所以系统边界可以舍去“回收阶段”的数据，如图1所示。
图1 碳足迹系统边界图
产品碳效比是指核算系统边界内，产品碳排放总量与功能贡献总和之比。房间空气调节器的碳效比就是房间空气调节器转移单位能量所排放的二氧化碳当量，单位：kgCO2e/kWh，空调行业典型产品碳效比及其定义见表1。
表1 空调行业典型产品碳达峰指标及说明
2.2 碳排放的核算
2.2.1 原材料获取阶段
该阶段为产品原材料在提取和制造过程中消耗的资源、能源所产生的碳排放。以产品物料清单（BOM表）为依托进行采集，采集每个产品零部件对应的材质、质量、数量等。原材料获取阶段的碳排放计算公式如式（1）：
式中：
CFPmaterial— 原材料获取阶段的碳排放总量，单位为：kgCO2e；
CFPi，material— 第i类原材料在提取和制造过程中所产生的碳排放量，单位为：kgCO2e；
n — 产品所含原材料的种类数。
2.2.2 生产阶段
该阶段应包括但不限于以下过程的信息：
—— 产品零部件生产过程的资源、能源消耗；
—— 产品组装过程的资源、能源消耗；
—— 产品零部件或整机在车间、工厂内运输流转的资源、能源消耗；
—— 提供必要生产工艺流程图。
生产阶段的碳排放计算公式如式（2）：
式中：
CFPproduce— 生产阶段的碳排放总量，单位为：kgCO2e；
FCi，produce— 生产阶段的第i类能源消耗量（如柴油、天然气），单位为：kg或m3；
CEFi，produce— 第i类能源的碳排放系数，单位为：kgCO2e/kg或kgCO2e/m3；
n — 生产阶段所消耗能源的种类数；
PCproduce— 生产阶段的耗电量，单位为：kWh；
PEF — 电力排放因子，单位为：kgCO2e/kWh。
2.2.3 运输阶段
该阶段为产品整机从工厂到各地分销商间运输过程的资源、能源消耗。运输阶段的碳排放计算公式如式（3）：
式中：
CFPtransport— 运输阶段的碳排放总量，单位为：kgCO2e；
FCi，transport— 运输阶段的第i类能源消耗量（如柴油、天然气），单位为：kg或m3；
n — 运输阶段所消耗能源（如柴油、天然气）的种类数；
CEFi，transport— 第i类能源的碳排放系数，单位为：kgCO2e/kg或kgCO2e/m3；
PCtransport— 运输阶段的耗电量，单位为：kWh；
PEF — 电力排放因子，单位为：kgCO2e/kWh。
2.2.4 使用阶段
使用阶段产品产生的碳排放来源于电能消耗。依据产品性能、能效相关标准进行测试，计算产品的全年耗电量APC，再根据该产品的使用寿命，确定其使用阶段的总耗电量PCuse。
使用阶段的碳排放计算公式如式（4）:
式中：
CFPuse— 使用阶段的碳排放总量，单位为：kgCO2e；
PCuse— 使用阶段的耗电量，单位为：kWh；
PEF — 电力排放因子，单位为：kgCO2e/kWh。
2.2.5 碳排放总量
产品碳排放总量计算公式如式（5）：
式中：
Ki— 碳排放因子，来自行业数据库；
Hi— 能源消耗量，来自测试结果及审定核查机构核实；
n— 消耗能源（如原材料阶段、生产阶段、运输阶段）的阶段数。
2.3 功能贡献核算
产品的功能贡献总和TFC是指在评价系统边界内产品实现功能单位的总量，例如空调器的功能贡献总和在使用寿命期间转移能量的总和。计算功能贡献总和TFC时，使用寿命应与计算产品碳排放总量CFP时一致。
2.4 碳效比核算
2.4.1 产品碳效比核算
产品碳效比计算公式如式（6）:
式中：
CER— 碳效比，实现某一功能单位所排放的二氧化碳当量；
CPF— 碳排放总量；
TFC— 功能贡献总和。
2.4.2 碳效比核算案例
选取2套不同规格型号的空调器作为碳效比核算对象，空调器的信息如表2所示。
表2 房间空气调节器信息参数
空调器的主要功能是从房间空气中转移热量，功能贡献以转移热量的多少来衡量，单位为kWh。空调器的碳效比为统计周期内空调器碳排放总量与功能贡献总和之比，单位kgCO2e/kWh，其中空调器使用寿命按10年计算。
对2套空调器进行碳排放、碳效比核算，核算结果如表3所示。
表3 房间空气调节器碳效比核算结果
由产品参数可知，落地式空调器的制冷能力是挂壁式空调器的2.77倍，落地式空调器的用材（重量）是挂壁式空调器的2.57倍，落地式空调器的APF是挂壁式空调器的0.913倍。
从碳排放量CFP的角度来分析，从摇篮到出厂，落地式空调器的碳排放量是挂壁式空调器的1.54倍，从摇篮到报废，落地式空调器的碳排放量是挂壁式空调器的2.94倍。
从碳效比CER的角度来分析，从摇篮到报废，落地式空调器的功能贡献总和是挂壁式空调器的2.77倍，落地式空调器的碳效比是挂壁式空调器的1.06倍，两者的碳效比相当。
根据核算数据，结合空调器实际使用场景可以推演碳排放，假设有一个热负荷为7 200 W的房间需要购置空调器，方案一是购买1台制冷量7 200 W的落地式空调器，方案二是购买3台制冷量2 400 W的挂壁式空调器。方案二初次投入的碳排放量比方案一高，但随着使用时间延长，空调器用能的排放占比逐渐增加，最终空调器使用寿命结束时，方案二碳排放总量比方案一低，两个方案的功能贡献相同，但碳排放总量与产品碳效比成反比。
我国装备制造业实现碳中和之路任重道远，但实现碳达峰却迫在眉睫。根据国际碳排放计算和管制的相关研究经验，结合我国装备制造业的实际情况与特点，本文提出装备制造业碳达峰的关键指标“产品碳效比”与“企业碳效比”，并以空调行业实践案例，对产品碳效比进行核算，为行业碳达峰理论探索和技术路径研究提供数据验证实例。
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