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

章地下工程運營期碳排放計算方法本章內(nèi)容提要本章教學(xué)目標(biāo)：明確運營期碳排放計算目標(biāo)與范圍掌握運營期碳排放計算方法運營期碳排放計算目標(biāo)與范圍1運營期碳排放計算方法清單分析本章內(nèi)容提要23運營期碳排放計算目標(biāo)與范圍1運營期碳排放計算目標(biāo)與范圍一5.1運營期碳排放計算目標(biāo)與范圍（1）移動源碳排放：由隧道內(nèi)機動車輛燃燒汽油、柴油等化石能源排放出汽車尾氣的過程。（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)測系統(tǒng)等附屬機電設(shè)施設(shè)備啟停運轉(zhuǎn)所需電能消耗的過程。運營期碳排放計算目標(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)過程中也會產(chǎn)生碳排放，我國的電力生產(chǎn)方式仍然是以使用效率較低、排放量較高的煤電為主。隧道運營期碳排放的分析研究就是對汽油、柴油和電能三類能源消耗的分析研究。運營期碳排放計算目標(biāo)與范圍一5.1.1移動源碳排放公路隧道內(nèi)污染氣體：CO2、CO、氮氧化物以及SO2等。移動源碳排放的大小受到諸多因素影響：機動車在隧道內(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。運營期碳排放計算目標(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)情況來確定，如低壓鈉燈經(jīng)常用在長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。運營期碳排放計算目標(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：單側(cè)布置、交錯布置和中間布置。運營期碳排放計算目標(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，提高可見度，確保隧道安全，車輛和人員通行順暢。運營期碳排放計算目標(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)運營期碳排放計算目標(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。運營期碳排放計算目標(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)報警系統(tǒng)和消防設(shè)施兩部分組成。運營期碳排放計算目標(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)報警系統(tǒng)：火災(zāi)探測與自動報警，計算機控制和管理。運營期碳排放計算目標(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。運營期碳排放計算目標(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：對隧道整個生命周期階段中對內(nèi)輸入和對外輸出過程的定量分析，量化整個過程中輸入材料、能源的消耗，以及計算分析對外部環(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應(yīng)的碳排放因子碳排放因子：消耗單位材料或能源時對外界環(huán)境釋放的CO2量清單分析二隧道運營期碳排放影響因素碳排放來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)動機、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)水平固定源電能機電設(shè)施種類和運行方案照明、通風(fēng)、災(zāi)害預(yù)警等系統(tǒng)種類和運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，同時降低油耗。5.2.1交通流量的影響清單分析二發(fā)動機的結(jié)構(gòu)、排量、壓縮比等特性均對汽車耗油量有重要影響。降排措施：提高發(fā)動機的壓縮比，改善供油系統(tǒng)及燃燒室形狀等措施降低發(fā)動機的比油耗。5.2.2車輛因素的影響清單分析二駕駛速度會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)系兩條曲線有兩個不同的交點，分別對應(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。在交點對應(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、機械的磨損以及乘車的舒適性會受到道路表面構(gòu)造及平整度大小的影響。道路路面等級越低，車輛油耗越大。降排措施：一類路面5.2.4道路等級道路路面等級相比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，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，通過一系列學(xué)習(xí)算法，提前預(yù)估下一時間點的車流量，并基于預(yù)測結(jié)果控制照明燈具和通風(fēng)風(fēng)機的啟停運轉(zhuǎn)。5.2.5機電設(shè)施運行方案清單分析二基于車流量，由智能系統(tǒng)對機電設(shè)施，如高壓鈉燈等照明燈具，射流風(fēng)機等通風(fēng)風(fēng)機的控制方案是影響隧道運營期固定源碳排放大小的決定性因素。5.2.5機電設(shè)施運行方案運營期碳排放計算方法3運營期碳排放計算方法三5.3運營期碳排放計算方法問：公路隧道運營階段的碳排放來源？運營期碳排放計算方法三5.3運營期碳排放計算方法直接來源間接來源問：公路隧道運營階段的碳排放來源？機動車尾氣（移動源）隧道照明、通風(fēng)、災(zāi)害預(yù)警檢測和交通指示等機電設(shè)施所消耗的電能（固定源）運營期碳排放計算方法三公路隧道運營期的整體碳排放量計算

運營期碳排放計算方法三公路隧道運營期的整體碳排放量計算隧道運營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，以及機電設(shè)施種類和運營周期，地方能源碳排放系數(shù)等因素的影響。運營期碳排放計算方法三公路隧道運營期的整體碳排放量計算實例廈門海滄隧道是中國福建省廈門市連接湖里區(qū)與海滄區(qū)的跨海通道，項目原稱“廈門第二西通道”，位于廈門西海域下方，該項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。運營期碳排放計算方法三公路隧道運營期的整體碳排放量計算實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6415m，右線隧道長6435m。該項目于2016年開始主體工程建設(shè)，于2021年完成隧道貫通工程，并已實現(xiàn)全面通車。運營期碳排放計算方法三公路隧道運營期的整體碳排放量計算實例對公路隧道運營期的碳排放，按照上文模型公式進行估算。2019年第二西通道內(nèi)預(yù)測的日均交通流量及構(gòu)成比例見表。車型客車組成貨車組成合計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運營期碳排放計算方法三公路隧道運營期的整體碳排放量計算實例客車和貨車分別以汽油、柴油為動力能源，根據(jù)文獻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·輛運營期碳排放計算方法三公路隧道運營期的整體碳排放量計算以移動源碳排放為例運營期碳排放計算方法三公路隧道運營期的整體碳排放量計算種類參數(shù)取值計算結(jié)果移動源碳排放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代入計算式后得到廈門市第二西通道2019年日均移動源碳排放的計算結(jié)果運營期碳排放計算方法三公路隧道運營期的整體碳排放量計算種類參數(shù)取值計算結(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)測得到9.072×104kw·hGs=Gs1+Gs2227.6tCO2代入計算式后得到廈門市第二西通道2019年日均移動源碳排放的計算結(jié)果本章小結(jié)4本章小結(jié)四1.運營期碳排放計算目標(biāo)與范圍移動源碳排放固定源碳排放隧道運營期的主要能耗來源隧道照明系統(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：對隧道整個生命周期階段中對內(nèi)輸入和對外輸出過程的定量分析，量化整個過程中輸入材料、能源的消耗，以及計算分析對外部環(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對外界環(huán)境釋放的CO2量。隧道運營期碳排放影響因素交通流量車輛因素行駛狀態(tài)因素道路等級機電設(shè)施運行方案本章