地下工程低碳理論與應(yīng)用 課件 -第1章 緒論

西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院地下工程系《地下工程低碳理論與應(yīng)用》2025年1月2日西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院地下工程系第5

章地下工程運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法本章內(nèi)容提要本章教學(xué)目標(biāo)：明確運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍掌握運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍1運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法清單分析本章內(nèi)容提要23運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍1運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍（1）移動(dòng)源碳排放：由隧道內(nèi)機(jī)動(dòng)車輛燃燒汽油、柴油等化石能源排放出汽車尾氣的過(guò)程。（2）固定源碳排放：由隧道內(nèi)照明、通風(fēng)系統(tǒng)，災(zāi)害預(yù)警和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等附屬機(jī)電設(shè)施設(shè)備啟停運(yùn)轉(zhuǎn)所需電能消耗的過(guò)程。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一雖然以電車為代表的新能源汽車正得到廣泛普及，但電力作為二次能源，在生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生碳排放，我國(guó)的電力生產(chǎn)方式仍然是以使用效率較低、排放量較高的煤電為主。隧道運(yùn)營(yíng)期碳排放的分析研究就是對(duì)汽油、柴油和電能三類能源消耗的分析研究。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1.1移動(dòng)源碳排放公路隧道內(nèi)污染氣體：CO2、CO、氮氧化物以及SO2等。移動(dòng)源碳排放的大小受到諸多因素影響：機(jī)動(dòng)車在隧道內(nèi)的行駛狀況（行駛車速）、車輛種類（單位公里油耗）、燃料能源燃燒效率等。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1.2固定源碳排放（1）隧道照明系統(tǒng)：隧道內(nèi)的照明通常選擇熒光燈、高功率高低壓鈉燈、高壓水銀燈，電光源的選擇根據(jù)隧道內(nèi)的環(huán)境溫度和通風(fēng)情況來(lái)確定，如低壓鈉燈經(jīng)常用在長(zhǎng)隧道并吸收很多的汽車煙霧，高壓汞燈使用于短隧道和煙霧少的區(qū)域。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1.2固定源碳排放（1）隧道照明系統(tǒng)隧道照明設(shè)施布局有三種形式：?jiǎn)蝹?cè)布置、交錯(cuò)布置和中間布置。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1.2固定源碳排放（2）隧道通風(fēng)系統(tǒng)：隧道通風(fēng)系統(tǒng)主要是為了減少一氧化碳和煙霧濃度，提高可見(jiàn)度，確保隧道安全，車輛和人員通行順暢。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1.2固定源碳排放（2）隧道通風(fēng)系統(tǒng)公路隧道有很多種通風(fēng)方式，通風(fēng)方式和隧道長(zhǎng)度、交通條件、地質(zhì)條件、地形和氣象因素等密切相關(guān)。全橫向式通風(fēng)半橫向式通風(fēng)運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1.2固定源碳排放（3）隧道監(jiān)控系統(tǒng)：照明控制，通風(fēng)控制，交通控制等。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1.2固定源碳排放（4）隧道消防系統(tǒng)：隧道消防系統(tǒng)由隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和消防設(shè)施兩部分組成。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1.2固定源碳排放（4）隧道消防系統(tǒng)隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)：火災(zāi)探測(cè)與自動(dòng)報(bào)警，計(jì)算機(jī)控制和管理。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1.2固定源碳排放（4）隧道消防系統(tǒng)隧道消防設(shè)施：消防水泵，水管，水泵房，消防水箱，消防給水工程等。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍一5.1.2固定源碳排放（5）隧道交通安全設(shè)施：交通標(biāo)志、標(biāo)線、視線誘導(dǎo)設(shè)施。清單分析2清單分析二5.2清單分析隧道生命周期碳排放的清單分析：對(duì)隧道整個(gè)生命周期階段中對(duì)內(nèi)輸入和對(duì)外輸出過(guò)程的定量分析，量化整個(gè)過(guò)程中輸入材料、能源的消耗，以及計(jì)算分析對(duì)外部環(huán)境產(chǎn)生的碳排放輸出量。清單分析二所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：前景數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)前景數(shù)據(jù)：隧道施工活動(dòng)期間所需建材及能源的消耗量數(shù)據(jù)背景數(shù)據(jù)：包括各類建材和能源各自對(duì)應(yīng)的碳排放因子碳排放因子：消耗單位材料或能源時(shí)對(duì)外界環(huán)境釋放的CO2量清單分析二隧道運(yùn)營(yíng)期碳排放影響因素碳排放來(lái)源消耗能源種類影響因素分類影響因素內(nèi)容碳排放種類移動(dòng)源汽油、柴油交通因素隧道交通流量直接碳排放車輛因素發(fā)動(dòng)機(jī)、車身重量行駛狀態(tài)因素車速、駕駛水平設(shè)施服務(wù)因素道路基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)水平固定源電能機(jī)電設(shè)施種類和運(yùn)行方案照明、通風(fēng)、災(zāi)害預(yù)警等系統(tǒng)種類和運(yùn)行啟停方案間接碳排放地區(qū)電能碳排放因子電能碳排放因子清單分析二隧道內(nèi)行駛車流量的大小決定了燃料能源的消耗量，也直接影響了移動(dòng)源的碳排放大小。降排措施：控制高速公路入口，禁止車輛駛?cè)朐训?，加快匝道出口處車輛的疏散

降低交通流密度，減輕交通擁堵，避免交通事故發(fā)生，同時(shí)降低油耗。5.2.1交通流量的影響清單分析二發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、排量、壓縮比等特性均對(duì)汽車耗油量有重要影響。降排措施：提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，改善供油系統(tǒng)及燃燒室形狀等措施降低發(fā)動(dòng)機(jī)的比油耗。5.2.2車輛因素的影響清單分析二駕駛速度會(huì)在很大程度上直接或間接的影響著燃油的消耗。降排措施：“最佳碳排放車速行駛區(qū)間”5.2.3行駛狀態(tài)因素的影響標(biāo)準(zhǔn)化CO2排放比例、百公里油耗與車速的關(guān)系兩條曲線有兩個(gè)不同的交點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)著不同的行駛車速。在該車速區(qū)間以外，汽車油耗高且CO2的排放比例很低。在交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車速區(qū)間以內(nèi)，隨著車速的加快，CO2排放比例升高、油耗值減小，當(dāng)各自達(dá)到極大值和極小值之后，隨著車速的增加，CO2排放比例減少、油耗逐漸增加。清單分析二行車的速度、車輛的油耗、機(jī)械的磨損以及乘車的舒適性會(huì)受到道路表面構(gòu)造及平整度大小的影響。道路路面等級(jí)越低，車輛油耗越大。降排措施：一類路面5.2.4道路等級(jí)道路路面等級(jí)相比1類道路的汽車油耗2類10%3類25%4類35%5類45%6類70%清單分析二智能控制系統(tǒng)同是節(jié)能照明、通風(fēng)技術(shù)的研究重點(diǎn)，智能照明、通風(fēng)控制主要以隧道內(nèi)車流量為輸入自變量，通過(guò)一系列學(xué)習(xí)算法，提前預(yù)估下一時(shí)間點(diǎn)的車流量，并基于預(yù)測(cè)結(jié)果控制照明燈具和通風(fēng)風(fēng)機(jī)的啟停運(yùn)轉(zhuǎn)。5.2.5機(jī)電設(shè)施運(yùn)行方案清單分析二基于車流量，由智能系統(tǒng)對(duì)機(jī)電設(shè)施，如高壓鈉燈等照明燈具，射流風(fēng)機(jī)等通風(fēng)風(fēng)機(jī)的控制方案是影響隧道運(yùn)營(yíng)期固定源碳排放大小的決定性因素。5.2.5機(jī)電設(shè)施運(yùn)行方案運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法3運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三5.3運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法問(wèn)：公路隧道運(yùn)營(yíng)階段的碳排放來(lái)源？運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三5.3運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法直接來(lái)源間接來(lái)源問(wèn)：公路隧道運(yùn)營(yíng)階段的碳排放來(lái)源？機(jī)動(dòng)車尾氣（移動(dòng)源）隧道照明、通風(fēng)、災(zāi)害預(yù)警檢測(cè)和交通指示等機(jī)電設(shè)施所消耗的電能（固定源）運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三公路隧道運(yùn)營(yíng)期的整體碳排放量計(jì)算

運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三公路隧道運(yùn)營(yíng)期的整體碳排放量計(jì)算隧道運(yùn)營(yíng)期的碳排放受隧道尺寸、隧道內(nèi)車流量、車型種類及配比，車輛的碳排放因子，以及機(jī)電設(shè)施種類和運(yùn)營(yíng)周期，地方能源碳排放系數(shù)等因素的影響。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三公路隧道運(yùn)營(yíng)期的整體碳排放量計(jì)算實(shí)例廈門海滄隧道是中國(guó)福建省廈門市連接湖里區(qū)與海滄區(qū)的跨海通道，項(xiàng)目原稱“廈門第二西通道”，位于廈門西海域下方，該項(xiàng)目是平行于海滄大橋，連接海滄與本島的東西向快速交通通道。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三公路隧道運(yùn)營(yíng)期的整體碳排放量計(jì)算實(shí)例廈門海滄隧道由兩座平行雙車道隧道組成，其中左線隧道長(zhǎng)6415m，右線隧道長(zhǎng)6435m。該項(xiàng)目于2016年開始主體工程建設(shè)，于2021年完成隧道貫通工程，并已實(shí)現(xiàn)全面通車。運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三公路隧道運(yùn)營(yíng)期的整體碳排放量計(jì)算實(shí)例對(duì)公路隧道運(yùn)營(yíng)期的碳排放，按照上文模型公式進(jìn)行估算。2019年第二西通道內(nèi)預(yù)測(cè)的日均交通流量及構(gòu)成比例見(jiàn)表。車型客車組成貨車組成合計(jì)小客車大中客車小貨車中貨車大貨車托掛車占比79.90%4.80%12.30%0.60%0.00%2.40%100.00%日交通量53152319381823990159766523運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三公路隧道運(yùn)營(yíng)期的整體碳排放量計(jì)算實(shí)例客車和貨車分別以汽油、柴油為動(dòng)力能源，根據(jù)文獻(xiàn)成果確定汽油小型車、汽油中型車、汽油大型車的碳排放因子。車型碳排放因子車型碳排放因子汽油小汽車149.28g/km·輛柴油中型車533.04g/km·輛汽油中型車261.58g/km·輛柴油大型車736.47g/km·輛汽油大型車519.99g/km·輛大中客車390.79g/km·輛柴油小汽車181.35g/km·輛拖掛車736.47g/km·輛運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三公路隧道運(yùn)營(yíng)期的整體碳排放量計(jì)算以移動(dòng)源碳排放為例運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三公路隧道運(yùn)營(yíng)期的整體碳排放量計(jì)算種類參數(shù)取值計(jì)算結(jié)果移動(dòng)源碳排放Gs1單位車輛碳排因子EFc（gCO2/km·輛）小客車：149.28154.9tCO2大中客車：390.79柴油小貨車：181.35柴油中貨車：533.04柴油大貨車：736.47柴油拖掛車：736.47代入計(jì)算式后得到廈門市第二西通道2019年日均移動(dòng)源碳排放的計(jì)算結(jié)果運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算方法三公路隧道運(yùn)營(yíng)期的整體碳排放量計(jì)算種類參數(shù)取值計(jì)算結(jié)果固定源碳排放Gs2電力碳排放系數(shù)EF（kgCO2/kw·h）0.80172.7tCO2電能消耗量Ud×Hd由預(yù)測(cè)得到9.072×104kw·hGs=Gs1+Gs2227.6tCO2代入計(jì)算式后得到廈門市第二西通道2019年日均移動(dòng)源碳排放的計(jì)算結(jié)果本章小結(jié)4本章小結(jié)四1.運(yùn)營(yíng)期碳排放計(jì)算目標(biāo)與范圍移動(dòng)源碳排放固定源碳排放隧道運(yùn)營(yíng)期的主要能耗來(lái)源隧道照明系統(tǒng)隧道通風(fēng)系統(tǒng)隧道監(jiān)控系統(tǒng)隧道消防系統(tǒng)隧道交通安全設(shè)施本章小結(jié)四隧道監(jiān)控系統(tǒng)照明控制通風(fēng)控制交通控制2.清單分析清單分析：對(duì)隧道整個(gè)生命周期階段中對(duì)內(nèi)輸入和對(duì)外輸出過(guò)程的定量分析，量化整個(gè)過(guò)程中輸入材料、能源的消耗，以及計(jì)算分析對(duì)外部環(huán)境產(chǎn)生的碳排放輸出量。本章小結(jié)四清單分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)前景數(shù)據(jù)背景數(shù)據(jù)碳排放因子：消耗單位材料或能源時(shí)對(duì)外界環(huán)境釋放的CO2量。隧道運(yùn)營(yíng)期碳排放影響因素交通流量車輛因素行駛狀態(tài)因素道路等級(jí)機(jī)電設(shè)施運(yùn)行方案本章