地下工程低碳理论与应用 课件 -第1章 绪论

西南交通大学土木工程学院地下工程系《地下工程低碳理论与应用》2025年1月2日西南交通大学土木工程学院地下工程系第5

章地下工程运营期碳排放计算方法本章内容提要本章教学目标：明确运营期碳排放计算目标与范围掌握运营期碳排放计算方法运营期碳排放计算目标与范围1运营期碳排放计算方法清单分析本章内容提要23运营期碳排放计算目标与范围1运营期碳排放计算目标与范围一5.1运营期碳排放计算目标与范围（1）移动源碳排放：由隧道内机动车辆燃烧汽油、柴油等化石能源排放出汽车尾气的过程。（2）固定源碳排放：由隧道内照明、通风系统，灾害预警和监测系统等附属机电设施设备启停运转所需电能消耗的过程。运营期碳排放计算目标与范围一虽然以电车为代表的新能源汽车正得到广泛普及，但电力作为二次能源，在生产过程中也会产生碳排放，我国的电力生产方式仍然是以使用效率较低、排放量较高的煤电为主。隧道运营期碳排放的分析研究就是对汽油、柴油和电能三类能源消耗的分析研究。运营期碳排放计算目标与范围一5.1.1移动源碳排放公路隧道内污染气体：CO2、CO、氮氧化物以及SO2等。移动源碳排放的大小受到诸多因素影响：机动车在隧道内的行驶状况（行驶车速）、车辆种类（单位公里油耗）、燃料能源燃烧效率等。运营期碳排放计算目标与范围一5.1.2固定源碳排放（1）隧道照明系统：隧道内的照明通常选择荧光灯、高功率高低压钠灯、高压水银灯，电光源的选择根据隧道内的环境温度和通风情况来确定，如低压钠灯经常用在长隧道并吸收很多的汽车烟雾，高压汞灯使用于短隧道和烟雾少的区域。运营期碳排放计算目标与范围一5.1.2固定源碳排放（1）隧道照明系统隧道照明设施布局有三种形式：单侧布置、交错布置和中间布置。运营期碳排放计算目标与范围一5.1.2固定源碳排放（2）隧道通风系统：隧道通风系统主要是为了减少一氧化碳和烟雾浓度，提高可见度，确保隧道安全，车辆和人员通行顺畅。运营期碳排放计算目标与范围一5.1.2固定源碳排放（2）隧道通风系统公路隧道有很多种通风方式，通风方式和隧道长度、交通条件、地质条件、地形和气象因素等密切相关。全横向式通风半横向式通风运营期碳排放计算目标与范围一5.1.2固定源碳排放（3）隧道监控系统：照明控制，通风控制，交通控制等。运营期碳排放计算目标与范围一5.1.2固定源碳排放（4）隧道消防系统：隧道消防系统由隧道火灾报警系统和消防设施两部分组成。运营期碳排放计算目标与范围一5.1.2固定源碳排放（4）隧道消防系统隧道火灾报警系统：火灾探测与自动报警，计算机控制和管理。运营期碳排放计算目标与范围一5.1.2固定源碳排放（4）隧道消防系统隧道消防设施：消防水泵，水管，水泵房，消防水箱，消防给水工程等。运营期碳排放计算目标与范围一5.1.2固定源碳排放（5）隧道交通安全设施：交通标志、标线、视线诱导设施。清单分析2清单分析二5.2清单分析隧道生命周期碳排放的清单分析：对隧道整个生命周期阶段中对内输入和对外输出过程的定量分析，量化整个过程中输入材料、能源的消耗，以及计算分析对外部环境产生的碳排放输出量。清单分析二所需基础数据：前景数据和背景数据前景数据：隧道施工活动期间所需建材及能源的消耗量数据背景数据：包括各类建材和能源各自对应的碳排放因子碳排放因子：消耗单位材料或能源时对外界环境释放的CO2量清单分析二隧道运营期碳排放影响因素碳排放来源消耗能源种类影响因素分类影响因素内容碳排放种类移动源汽油、柴油交通因素隧道交通流量直接碳排放车辆因素发动机、车身重量行驶状态因素车速、驾驶水平设施服务因素道路基础设施服务水平固定源电能机电设施种类和运行方案照明、通风、灾害预警等系统种类和运行启停方案间接碳排放地区电能碳排放因子电能碳排放因子清单分析二隧道内行驶车流量的大小决定了燃料能源的消耗量，也直接影响了移动源的碳排放大小。降排措施：控制高速公路入口，禁止车辆驶入匝道，加快匝道出口处车辆的疏散

降低交通流密度，减轻交通拥堵，避免交通事故发生，同时降低油耗。5.2.1交通流量的影响清单分析二发动机的结构、排量、压缩比等特性均对汽车耗油量有重要影响。降排措施：提高发动机的压缩比，改善供油系统及燃烧室形状等措施降低发动机的比油耗。5.2.2车辆因素的影响清单分析二驾驶速度会在很大程度上直接或间接的影响着燃油的消耗。降排措施：“最佳碳排放车速行驶区间”5.2.3行驶状态因素的影响标准化CO2排放比例、百公里油耗与车速的关系两条曲线有两个不同的交点，分别对应着不同的行驶车速。在该车速区间以外，汽车油耗高且CO2的排放比例很低。在交点对应的车速区间以内，随着车速的加快，CO2排放比例升高、油耗值减小，当各自达到极大值和极小值之后，随着车速的增加，CO2排放比例减少、油耗逐渐增加。清单分析二行车的速度、车辆的油耗、机械的磨损以及乘车的舒适性会受到道路表面构造及平整度大小的影响。道路路面等级越低，车辆油耗越大。降排措施：一类路面5.2.4道路等级道路路面等级相比1类道路的汽车油耗2类10%3类25%4类35%5类45%6类70%清单分析二智能控制系统同是节能照明、通风技术的研究重点，智能照明、通风控制主要以隧道内车流量为输入自变量，通过一系列学习算法，提前预估下一时间点的车流量，并基于预测结果控制照明灯具和通风风机的启停运转。5.2.5机电设施运行方案清单分析二基于车流量，由智能系统对机电设施，如高压钠灯等照明灯具，射流风机等通风风机的控制方案是影响隧道运营期固定源碳排放大小的决定性因素。5.2.5机电设施运行方案运营期碳排放计算方法3运营期碳排放计算方法三5.3运营期碳排放计算方法问：公路隧道运营阶段的碳排放来源？运营期碳排放计算方法三5.3运营期碳排放计算方法直接来源间接来源问：公路隧道运营阶段的碳排放来源？机动车尾气（移动源）隧道照明、通风、灾害预警检测和交通指示等机电设施所消耗的电能（固定源）运营期碳排放计算方法三公路隧道运营期的整体碳排放量计算

运营期碳排放计算方法三公路隧道运营期的整体碳排放量计算隧道运营期的碳排放受隧道尺寸、隧道内车流量、车型种类及配比，车辆的碳排放因子，以及机电设施种类和运营周期，地方能源碳排放系数等因素的影响。运营期碳排放计算方法三公路隧道运营期的整体碳排放量计算实例厦门海沧隧道是中国福建省厦门市连接湖里区与海沧区的跨海通道，项目原称“厦门第二西通道”，位于厦门西海域下方，该项目是平行于海沧大桥，连接海沧与本岛的东西向快速交通通道。运营期碳排放计算方法三公路隧道运营期的整体碳排放量计算实例厦门海沧隧道由两座平行双车道隧道组成，其中左线隧道长6415m，右线隧道长6435m。该项目于2016年开始主体工程建设，于2021年完成隧道贯通工程，并已实现全面通车。运营期碳排放计算方法三公路隧道运营期的整体碳排放量计算实例对公路隧道运营期的碳排放，按照上文模型公式进行估算。2019年第二西通道内预测的日均交通流量及构成比例见表。车型客车组成货车组成合计小客车大中客车小货车中货车大货车托挂车占比79.90%4.80%12.30%0.60%0.00%2.40%100.00%日交通量53152319381823990159766523运营期碳排放计算方法三公路隧道运营期的整体碳排放量计算实例客车和货车分别以汽油、柴油为动力能源，根据文献成果确定汽油小型车、汽油中型车、汽油大型车的碳排放因子。车型碳排放因子车型碳排放因子汽油小汽车149.28g/km·辆柴油中型车533.04g/km·辆汽油中型车261.58g/km·辆柴油大型车736.47g/km·辆汽油大型车519.99g/km·辆大中客车390.79g/km·辆柴油小汽车181.35g/km·辆拖挂车736.47g/km·辆运营期碳排放计算方法三公路隧道运营期的整体碳排放量计算以移动源碳排放为例运营期碳排放计算方法三公路隧道运营期的整体碳排放量计算种类参数取值计算结果移动源碳排放Gs1单位车辆碳排因子EFc（gCO2/km·辆）小客车：149.28154.9tCO2大中客车：390.79柴油小货车：181.35柴油中货车：533.04柴油大货车：736.47柴油拖挂车：736.47代入计算式后得到厦门市第二西通道2019年日均移动源碳排放的计算结果运营期碳排放计算方法三公路隧道运营期的整体碳排放量计算种类参数取值计算结果固定源碳排放Gs2电力碳排放系数EF（kgCO2/kw·h）0.80172.7tCO2电能消耗量Ud×Hd由预测得到9.072×104kw·hGs=Gs1+Gs2227.6tCO2代入计算式后得到厦门市第二西通道2019年日均移动源碳排放的计算结果本章小结4本章小结四1.运营期碳排放计算目标与范围移动源碳排放固定源碳排放隧道运营期的主要能耗来源隧道照明系统隧道通风系统隧道监控系统隧道消防系统隧道交通安全设施本章小结四隧道监控系统照明控制通风控制交通控制2.清单分析清单分析：对隧道整个生命周期阶段中对内输入和对外输出过程的定量分析，量化整个过程中输入材料、能源的消耗，以及计算分析对外部环境产生的碳排放输出量。本章小结四清单分析基础数据前景数据背景数据碳排放因子：消耗单位材料或能源时对外界环境释放的CO2量。隧道运营期碳排放影响因素交通流量车辆因素行驶状态因素道路等级机电设施运行方案本章