制冷和供热用机械制冷系统环境影响评价方法初探

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中图分类号： TH138.7 文献标识码： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.05.018Discussion on Environmental Impact Assessment M ethod of Cooling and HeatingM echanical Refrigeration SystemWU Jun-feng，ZHANG Xiu-ping，JIA Lei，JIA Jia，HE Ya-feng，ZHOU Quan(State Key Laboratory of Compressor Technology，Hefei Genernal Machinery Reseorch Institute，Hefei 230088，China)Abstract： On the basis of concluding and analyzing on the existing various types of environmental impact assessment indicatorsand methods，an environmental impact assessment method of mechanical refrigeration system based LCA is given，and the LCA e-valuation model of refrigeration system is established that wil provide theoretical support for the using of LCA assessment methodin environmental impact assessment of cooling and heating mechanical refrigeration system。

Key words： mechanical refrigeration system；environmental impact；assessment method；life cycle assessment(LCA)1 前言目前，国际上有-些关于机械制冷系统环境影响评价指标和方法，但这些评价指标和方法侧重于产品生命周期的某个阶段或者环境影响的某个方面，评价工作主要采用能源消耗、环境污染物排放、废弃回收等单-因素或简单组合方式，缺乏客观性、全面性。生命周期评价法LCA是-个评估产品或其活动给环境带来的负担的客观方法，被大多先进国家作为评价环境标志产品的主要手段，我国-些学者也开始针对某些领域开展相关研究 。本文分析对比现有各类制冷系统环境影响评价指标和方法的不足，提出-种基于产品生命周期的机械制冷系统环境影响评价方法，建立评价模型，以为我国制冷供热用机械制冷系统收稿日期： 2012-09-06 修稿日期： 2013-04-07基金项 目： 科技部科研院所技术开发研究专项(2012EGI 19146)产品的评价工作向科学性、系统性和全面性发展提供参考。

2 机械制冷系统对环境的影响机械制冷系统对环境的影响主要包括制冷剂和机械系统对环境的影响。制冷剂对环境的影响，主要体现在自身泄漏及生产过程副产品产生的臭氧层破坏和温室气体效应。机械系统生命周期内对环境的影响，包括有益影响和负面影响。

有益影响即产品的功能实现，为人类创造居淄生产生活的冷、热和湿度环境；负面影响包括产品整个生命周期内消耗的能源和资源，以及对环境的污染物排放。图1示出了机械制冷系统对环境的负面影响。

FLUID MACHINERY Vo1.41，No.5，2013矿产资源水资源材料资源铝l铜I钢I玻I塑 材 材 材 璃l料其它资源石油 其 电 地 太 天 滩 煤 它 炭能热阳然l l、力能能气 源 同 温空气体 固 废 粉 体 体废制 噪 废水尘弃 冷 ∽ 击 弃 0 0 0物 剂 t I # 物图 1 机械制冷系统对环境的负面影响Orecovery--制冷剂回收/再循环系数，其值为从 0至 13 现有制冷系统环境影响评价指标和方法对比分析3.1 各类制冷系统环境影响评价指标和方法(1)消耗臭氧潜能值 ODPODP是衡量制冷剂对臭氧层破坏影响程度大小的指标值。其大小表示该制冷剂破坏大气0 分子潜能的程度，其数值是以 Rll的值作为基准值 1。

(2)全球变暖潜能值 GWPGWP是衡量制冷剂对全球气候变暖影响程度大小的指标值。常用 100年的CO 作为基准，并定义 CO 的 GWP1.0，从而计算出各种制冷剂的GWP值。

(3)总当量变暖效应 TEWITEWI是-种用来评价制冷系统运行若干年而造成全球变暖影响的评价指标。TEWI可称为总体温室效应。它由制冷剂排放或泄漏产生的直接温室气体效应和制冷系统生命周期运行能耗产生的间接温室气体效应两部分组成，晒 计算式：他 GWP[Lnm(1- 。 ， )]nE(1)式中 --制冷剂泄漏量- - 系统运行时间m--制冷剂充灌量E --系统能耗CO2排放量(4)寿命期气候性能LCCP与 类似，LCCP是-种用来评价制冷系统运行若干年而造成全球变暖影响的评价指标。

除了TEWI所考虑的因素外 ，还考虑生产任何氟烃化合物时所伴随的环境影响，即应考虑下列两个因素：生产氟烃化合物及其原料时的耗能(如电能和各种燃料)所伴随的影响，这种影响称为蕴含能量 E；生产过程排放的作为温室气体的任何副产品所产生的影响，这种影响称为不易收集的排放F。LCCP计算式：LCCP (EF)×[L×nm(1-or )] (2)(5)环境安全性综合评估方法该评价方法出自美国绿色建筑协会 LEED-NC标准，它是-种综合考虑制冷剂的 GWP、ODP以及大气寿命，计算制冷剂排放到大气层后对环境影响的评价指标，计算式为：r noDPG LCGWPLCoDP×1000≤100 cG [GWP(LrLiMr)Rc]/Li (3) LC0DP[ODP(LrLi胁 ) ]/Li式中 c --寿命周期直接全球变暖潜值指数LCoD --寿命周期臭氧层消耗潜值指数- - 制冷剂年泄漏率(占制冷剂充注量2013年第 41卷第 5期 流 体 机 械 81的百分比，默认值为2%)r--寿命终止时的制冷剂损耗率(占制冷剂充注量的百分比，默认值为10%)- - 每冷吨制冷量制冷剂充注量，默认值为2.5磅- - 设备寿命，默认值为10年当Ⅱ ≤100时，即认为制冷剂环境安全，否则认为环境不安全。

(6)自然度自然度为-种用来评价制冷剂的评价指标，将现有的制冷剂评价标准及-些新的评价指标作为关联参数，综合考虑制冷剂的毒性、可燃性、环保性和合成度进行评价，其计算式为：自然度(ot1z毒性) ( z可燃性) (0，3 )q( )q(4)式中 --系数因子Z--权重度丢-等级指数由于各种因素对人类和环境的影响程度不-样 ，自然度将基数 之间的关 系设定 为：Z毒性

(7)CO：减排率 yCO：减排率 y为-种兼顾制冷工质 GWP值和系统充注量 G的制冷剂新型评价指标。表示同-机组中使用制冷工质替代品时相对于被替代品的CO 减排率，y指标的计算式：y - 垫萱垡曼 垫鲞 旦 二 萱丛 萱盟 GWP被替代品G被替代品式中 G- 冷剂充注量认为制冷工质的y值大于等于0.5，即满足50%以上的 CO 减排效应，就应视其为长期替代工质”3.2 对比分析表 1汇总分析了各类制冷系统相关评价指标及方法涉及的制冷系统对环境的影响。从表中可以看出，所有评价指标和方法均涉及制冷剂对环境的影响，部分涉及了系统运行及寿命对环境的影响；侧重于产品生命周期的某个阶段或者环境影响的某个方面，评价工作主要采用能源消耗、环境污染物排放、废弃回收等单-因素或简单组合方式，缺乏客观性、全面性。迫切需要建立-种评价方法综合考虑制冷系统生命期内的能源消耗、资源消耗和环境污染物排放。

表 I 各类评价指标及方法涉及的环境影响汇总对比评价指标 制冷空调产品生命周期环境影响制冷剂 机械系统 及方法直接排放 生产 回收 毒性 可燃性 获取方式 原材料 生产 运输 安装 运行 寿命 维护 回收ODP 0 o o o o 0 o O o o o o OGWP o o o o o o 0 o o o o o o饱 WI o o o o o o 0 o o oLl CP o o o o o O o o on吣P cWp o o o o 0 o 0 o o O o自然度 o ◆ ◆ ◆ o o O o o o oCO：减排率 Y o o o o o o o o o o o o o注：：臭氧层破坏；：全球变暖；◆：涉及内容；0：未涉及内容。

4 制冷系统的生命周期环境影响评价生命周期评价 LCA方法是-种汇总和评估- 个产品(或服务)体系在其整个生命周期间的所有投入及产出对环境造成的和潜在的影响方法，贯穿于产品的整个生命周期 J。它是通过对能源、资源利用以及由此造成的环境排放进行辨识和量化来进行的，其目的在于评价能源和资源利用，以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会。

LCA的基本结构包括目标范围的界定 、清单分析、影响评价和改进分析4个部分 。

4.1 目标范围的界定目标范围的界定即确定所要评价的产品生命周期的过程，该过程可以分解为多个子过程分别进行评价。机械制冷系统的生命周期评价中，考虑产品的生产(原材料获娶加工、制造和检测等)、运输、应用维护(安装及运行)和废弃处理及再利用4个阶段的环境影响。系统的输人为资源82 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.5，2013和能源消耗，输出为产成品和污染物排放，其生命周期系统边界如图2所示。

垂 t l图2 机械制冷系统产品生命周期系统边界4.2 清单分析清单分析主要确定产品生命周期内各个阶段的输入输出数据。

在制冷系统的生产阶段，主要包括铜材、铝材、钢材、水等资源的消耗，电能、天然气、石油等能源的消耗，对环境的影响主要包括 CO：、制冷剂等气体的排放，产生的烟气、粉尘，工业废水的排放等。

清单分析结果分类和特征化标准化和加权量化运输阶段主要为运输工具石油、天然气等燃料资源的消耗，对环境的影响主要为运输工具的尾气排放。

阶段的资源消耗较小，基本是能源的消耗，对环境的影响主要是能源产生过程中的气体排放，产品的制冷剂泄漏，以及噪声污染等。

废弃处理及再利用阶段主要是产品分解过程中的能源消耗、废气和废水排放、固体污染物的排放、制冷剂及原材料的回收再利用等等。完整的清单分析能为所有与研究系统相关的投入和产出提供量化的数据资料。本文将制冷系统的清单分析分为3个部分：资源利用、能源消耗和污染物排放。

4.3 环境影响评价环境影响评价即根据清单分析过程所列出的要素对环境影响进行定性或定量排序。其目的在于将生命周期分析应用于产品设计 、开发及管理的各种决策过程。本文对各种环境影响因素采用当量因子进行环境影响的归类分析 ，构建出机械制冷系统环境影响评价模型(如图3所示)。

Q 8) Q 9) Q ：7)单位制冷麓的舒平均能源消耗 嗣(SEP .)权重：能源稀缺性(w )EP (m6)全球气候变暖臭氧层破坏酸化水体富营养化同体废弃物烟尘和粉尘单位 制冷量的年平均污染物排放最(SEP )权重：政府削减 目标(w )污染排放指标(E单位制冷缝的年均资源消耗量SEP )权重：资源稀缺性(W )图3 制冷系统产品生命周期环境影响评价模型生命周期的环境影响评价主要分为清单分类 (1)清单分类和特征化和特征化、标准化和加权、量化3个部分。 将机械制冷系统生命周期清单分析中的环境南2013年第 41卷第5期 流 体 机 械 83影响类型分为资源消耗、能源消耗和污染物排放三大类，每个大类又分为若干小类。通过特征化过程对-种环境影响类型下的清单结果通过折算得到各环境影响类型的以当量因子的影响潜值。

环境影响潜值的计算式：EP印∑E Q幻 (6)(kR，E，C；p1，2，3，，m；q1，2，3，，n)式中 、 、EP --资源、能源和污染物排放影响潜值- - 第g种物质对第k种环境影响的当量因子Q --第 k种环境影响对应的第 q种物质的排放量或消耗量m--第 k种环境影响对应的分类数量n--第 k种环境影响对应的物质数量例如，对于机械制冷系统的全球气候变暖影响，以CO 当量定量地衡量 CO 、制冷剂、CO、CH等温室气体的作用大小，采用全球变暖潜能值GWP来反映对全球变暖的潜在影响，得到机械制冷系统的全球变暖影响潜值，计算式为：Pc全球变暖∑GWP###Q白 (7)式中 EP 全球变暖--制冷系统污染物排放对全球变暖的影响潜值GWP --第 g种温室气体的全球变暖潜能值Q --第q种温室气体的排放量n--排放的温室气体数量(2)标准化和加权对于机械制冷系统而言，-个产品生产出来就基本决定了其产品生命周期内的资源消耗、能源消耗以及环境污染物排放总量。然而，还不能仅仅以上述环境影响潜值总量来对产品进行生命周期评价，其评价过程中还与产品的制冷量以及寿命有关系。对产品生命周期内的资源消耗、能源消耗以及环境污染物排放数据进行标准化有助于在统-的基准上衡量产品生命周期中各种环境影响的大小程度。本文以产品寿命周期内的单位制冷量的年平均资源影响潜值、能源影响潜值和污染物排放影响潜值作为标准化数据▲行标准化的计算式为：pSEP如 (8)式中 阳P助、阳P 、SEPc p标准化资源、能源和污染物排放影响潜值Q --制冷系统的额定制冷量t--制冷系统的寿命上述特征化结果仅能针对同-影响类型(如全球气候变暖、臭氧层破坏)的不同生命周期单元或不同产品进行分析，很难通过特征化结果综合判断哪-种产品更好或哪-个生命周期单元更优。因此，为了便于比较，可以把这些分类特征结果进行综合，确定不同影响类型的权重大校不同的环境影响类型，其相对重要性并不完全相同，在本文中资源和能源的消耗根据资源和能源的可再生性和稀缺性确定其权重，环境污染物排放通过排放物消减目标来确定其权重，排放物消减越多则权重越大。

(3)量化通过加权后的各种环境影响潜值具有了可比性，而且掖映了它们的相对重要性。环境影响评价指标的计算公式如下：m E ∑ EP如 印 (9)Pl(k：R，E，C；p1，2，3，，m)式中 、 --资源利用、能源利用和污染物排放指标b - - 第k种环境影响对应的第 P类环境影响类型权重4.4 改进分析通过上述环境影响指标的量化过程，就可以得到制冷系统在整个生命周期对环境的影响水平。通过对得到的环境影响指标进行分析研究，可以识别和评价机械制冷系统生命周期系统内与资源、能源和污染排放物相关的节约资源和能源、减少环境污染的可能途径，明确提出减轻环境和人体降损失的改进措施；还可对不同类型，不同结构的制冷系统产品环境影响评价指标进行分析比较，为政府提供决策，鼓励相关环境友好型产品类型推广和应用。

5 结论(1)现有的制冷系统环境影响评价方法和指标，侧重于产品生命周期的某个阶段或者环境影响的某个方面，缺乏客观性、全面性；FLUID MACHINERY Vo1.41，No.5，2013(2)提出-种基于 LCA法的机械制冷系统环境影响评价方法，将其应用于机械制冷系统的环境影响评价，将从整个生命周期对机械制冷系统进行全面评价，综合考虑资源、能源消耗以及污染物排放对环境的影响，推动产品向环境友好型方向发展，促进制冷空调行业可持续发展战略的实施 ：(3)由于机械制冷系统生命周期的复杂性和多样性，在对产品进行环境影响评价的过程中，如何合理简化系统边界、准确获取清单分析中的数据、合理分配各环境影响因素的权重以及提高评价方法的可操作性和经济陛将是后续工作的重点。