碳效比-裝備產品低碳性能關鍵技術參數

何冠成，劉巖，母志鵬，王剛，羅梓才，劉國榮

（威凱檢測技術有限公司，廣州 510663）

引言

2020 年9 月22 日，習近平總書記在第75 屆聯合國大會中向國際社會作出“碳達峰、碳中和”鄭重承諾。2021 年10 月24 日國務院發布《2030 年前碳達峰行動方案》，明確各地區、各領域、各行業目標任務，確保如期實現2030 年前碳達峰目標。種種政策法規表明，綠色低碳發展已經成為我國現代化強國建設的自覺和必然選擇。

目前，歐美地區一些發達國家走在“碳達峰、碳中和”前列，在碳排放管制方面做了探索，積累了經驗，部分國家已建立碳認證制度，在消費品、食品等產品的標簽上標注碳足跡（CFP）。2006 年，英國推出蘊含低碳發展理念的一項重要政策工具——碳標簽[1]，并于2007 年率先開展了“碳減排標志計劃”[2]，截至2017 年，英國加貼碳標簽的產品已超過2500 種，涉及食品、服裝和日用品等方面[3]。目前，碳標簽已應用在全球43 個國家或地區，分為數值型和減排承諾型2 類，一般采取政府主導、企業自愿參與、第三方認證的形式開展[4]。

但是這些發達國家已經實現了工業化轉型和提升，制造業在國民經濟中占比低。然而，中國制造業占國民經濟達到27%，是中國經濟實體經濟的根基，而且制造業目前處于發展期、轉型期，國際上碳排放管制的經驗未必適合我國裝備制造業，我們需要根據國家、行業的實際情況研究合適的技術參數來評價裝備產品的低碳性能，指導裝備制造行業實現碳達峰。

1 行業現狀和問題

裝備制造業實現碳達峰，首先要對產品的碳排放進行核算，并對其低碳性能進行科學評價。產品碳排放核算的主要依據是ISO 14067 標準，該標準解決了產品“碳足跡”具體計算方法，行業大多數采用全生命周期評價法計算產品的碳排放總量（也稱碳足跡，CFP）。產品CFP 在歐洲地區的能源、農業、輕工、建材等行業有廣泛的應用。

裝備制造業的產品如空調器、汽車、電機等多數為用能產品，其使用階段的碳排放數值很大，遠大于其他階段碳排放的總和，有研究[5]表明，空調產品在其使用階段碳排放約占總排放的95.06%，因此，采用全生命周期評價法計算裝備產品CFP 數值驚人。裝備制造產業曾嘗試使用碳排放總量(CFP)、減排量、節能量等技術參數來評價產品的低碳性能，由于上述技術參數均未考慮產品對社會的貢獻，不能反映低碳技術水平的高低，所以推廣困難。對此，我們需要根據國情、產業實際情況研究合適的技術參數來評價裝備產品的低碳性能，引導裝備制造行業實現碳達峰。

2 碳效比概念的提出和內涵

碳效比（CER），是指實現某一功能單位所排放的二氧化碳當量，即碳排放總量與其功能單位總和之商，計算公式如下：

CER— 碳效比；

CFP— 碳排放總量；

TFU— 功能單位總和。

功能單位總和是指在評價系統邊界內產品實現功能單位的總量，反映產品的功能貢獻。產品的功能單位通常根據產品的主要功能來定，以實現一定量的功能來衡量。例如，空調器的主要功能就是從房間轉移熱量，所以空調器的功能單位可以定義為“從房間轉移1 kWh 的熱量”；同理，熱泵熱水器的功能單位可以定義為“向水體提供1 kWh 的熱量”。

碳效比CER 既考慮了產品的碳排放總量，又考慮產品的功能貢獻，用于，是一個合理的評價裝備產品評價的低碳性能的技術參數。碳效比越小，實現等量功能單位的碳排放量越小，表示低碳技術水平越高。反之，碳效比越大，實現等量功能單位的碳排放量越大，表示低碳技術水平越低。

3 碳效比與碳足跡的比較分析

3.1 碳效比（CER）與碳足跡（CFP）的差異

同為產品碳排放的技術參數，碳效比（CER）、碳足跡（CFP）有以下區別：

定義不同：碳足跡（CFP）是指由企業機構、活動、產品或個人引起的溫室氣體排放的集合，即在評價系統邊界內，二氧化碳排放的總和。而碳效比（CER）是指實現某一功能單位所排放的二氧化碳當量，即碳排放總量與其功能單位總和之商，碳效比（CER）是在碳足跡（CFP）的基礎上引入功能單位總和（TFU）。

評價邏輯不同：評價碳足跡（CFP），是計算系統邊界內二氧化碳排放的絕對值，碳足跡（CFP）與產品規格大小，壽命長短成正比，不考慮產品功能貢獻。評價碳效比（CER），是計算系統邊界內二氧化碳排放的相對值，把產品碳足跡（CFP）平分到每一個功能單元中，與產品規格大小，壽命長短關系不明顯，與產品的碳利用效率直接相關，或成反比。

適用范圍不同：碳足跡（CFP）適用于功效難以量化、出廠前階段碳排放占比高，使用階段少耗能的產品，如：紡織品，農產品，包裝等。碳效比（CER）適用于功效可以量化、使用階段占比高、持續用能的產品，如：空調器，充電設施，汽車等。

3.2 使用碳足跡（CFP）評價裝備產品低碳性能

碳足跡（CFP）僅提供裝備產品碳排放信息，只能比較產品碳排放量的大小，不反映產品的低碳性能。若使用碳足跡（CFP）評價產品低碳性能，會出現以下情況：

1）用能產品的使用壽命越短，碳足跡（CFP）越小，越低碳。用能產品的碳足跡與使用壽命幾乎成正比，按使用壽命10 年計算的碳足跡約為按使用壽命5 年計算的碳足跡壽命的2 倍，使用碳足跡（CFP）評價低碳性能將導致可靠耐用的產品被淘汰，快消品存活，增加生產資源的消耗。

2）用能產品的規格越小功能越差，碳足跡（CFP）越小，越低碳。裝備產品在實現功能單位時是需要消耗油、電、氣等能源的，而且功能越多，碳排放越大；技術含量高、功能強大的產品，其制造過程也是復雜的，也會增加碳排放。使用碳足跡（CFP）評價低碳性能將限制了規格大、技術高、功能強的產品使用，忽視了社會發展的需求。

3）用能產品的碳足跡（CFP）數值大，制造商不愿意標注，標注碳足跡（CFP）容易誤導使用者，以為出廠時產品碳排放量已經很大，在使用時更不會注意節能減排。

3.3 使用碳效比（CER）評價裝備產品低碳性能

碳效比（CER）是在碳足跡（CFP）的基礎上引入功能單位總和（TFU），把產品碳足跡（CFP）平分到每一個功能單元中，更確切地產品的低碳性能。

碳效比（CER）與用能產品的使用壽命無直接關系，但使用壽命長的產品，低碳性能有優勢。用能產品的功能單位總和與使用壽命成正比，使用壽命越長功能單位總和越大，在產品能效相同的情況下，使用壽命越長的產品，其原料、制造、運輸階段的碳排放將分攤到更多的功能單元中，碳效比更低，即生產階段的碳排放利用得更充分，符合預期。

碳效比（CER）是碳足跡（CFP）與其功能單位總和之商，是一個相對值，與用能產品的規格大小、功能強弱關系不大，企業可以根據市場需求，設計生產不同規格的產品。

碳效比（CER）評價范圍廣，不但可比較同類型不同規格的產品之間的低碳性能，也可以比較同功能不同類型的產品之間的低碳性能。例如熱泵熱水器、電熱水器、燃氣熱水器，三種產品的功能單位均為提供一定體積的熱水，可以使用熱水碳效比來評價。

碳效比（CER）在產業中有技術基礎，用能產品使用比值來評價產品的性能如能效等級、節能比較普遍，類似的技術參數有能效比、全年能效系數、百公里油耗、過濾效率等。本文以幾種裝備產品為例，對產品的碳排放、碳效比進行核算，比較其異同。

4 應用案例

4.1 房間空氣調節器

有研究[6]指出，碳效比適用于評價房間空氣調節器的低碳性能，2 臺規格不同的空調器的信息如表3 所示，碳排放、碳效比核算結果如表4 所示。

4.2 電池

以2 種不同規格的鋰離子電池作為碳效比核算的案例對象，鋰離子電池參數見表5。碳排放、碳效比核算結果如表6 所示。

從碳足跡數據看，電池B 碳足跡是電池A 的3.45 倍。而從碳效比數據看，由于將生命周期內循環輸出的總能量考慮進去，電池B 碳效比是電池A 的0.86 倍，反映在全生命周期中電池B 分攤到功能單位上的碳排放更低。綜合考慮排放和貢獻，顯然碳效比數據更科學，給消費者傳遞的信息更準確。

4.3 電機

選取2 套規格不同相同的三相異步電動機作為碳效比核算對象，電機A 功率為 2.2 kW，電機B 功率為22 kW。假設產品按每年運行3 000 h，以使用10 年、15 年分別核算，碳排放、碳效比核算結果如表7、表8所示。

按10 年使用壽命的核算結果，從碳排放量CFP 的角度來分析，電機B 的功率是電機A 的10 倍，碳排放總量是電機A 的8.98 倍。但從碳效比CER 的角度來分析，電機B 的功率單位總和是電機A 的10 倍，所以電機B 的碳效比是電機A 的90.2 %。兩種電機的功率規格相差10 倍，但碳效比相當，與電機能效水平的差距基本一致。

再比較相同電機10 年使用壽命與15 年使用壽命核算結果，從碳排放量CFP 的角度來分析， 15 年使用壽命的碳排放總量是10 年使用壽命的1.5 倍，產品越耐用越吃虧，壽命越長越不 “低碳”，不符合價值導向。但從碳效比CER 的角度來分析，功能單位總和與使用壽命成正比，15 年使用壽命的碳效比是與10 年使用壽命一樣。

4.4 充電設備

選取2 套生產商不同，規格不同的充電設備作為碳效比核算對象，充電設備的信息如表9 所示。

使用壽命按5 年和10 年的理論值來計算，對2 套交流充電樁進行碳排放和碳效比核算，核算結果如表10、表11 所示。

表1 產品碳認證制度

表2 裝備產品低碳技術參數及說明

表3 房間空氣調節器信息參數

表4 房間空氣調節器碳效比核算結果

表5 鋰離子電池信息參數

表6 鋰離子電池碳效比核算結果

表7 電機碳效比核算結果（10 年使用壽命）

表8 電機碳效比核算結果（15 年使用壽命）

表9 交流充電樁信息參數

表10 交流充電樁碳效比核算結果（5 年使用壽命）

表11 交流充電樁碳效比核算結果（10 年使用壽命）

按5 年使用壽命核算，從碳排放量CFP 的角度來分析，交流充電樁B 的功率是交流充電樁A 的2 倍，碳排放總量約為交流充電樁A 的1.87 倍。但從碳效比CER的角度來分析，交流充電樁B 的功能單元總和TFU 是交流充電樁A 的2 倍，碳效比CER 卻為交流充電樁A 的0.93 倍。交流充電樁功率越大，碳效比越??；符合產品基本相同條件下，貢獻越大越低碳的評價要求。

再比較相同交流充電樁5 年使用壽命與10 年使用壽命核算結果，從碳排放量CFP 的角度來分析，10 年使用壽命的碳排放總量是5 年使用壽命的2 倍。但從碳效比CER 的角度來分析，功能單位總和與使用壽命成正比，交流充電樁A 的10 年使用壽命碳效比較5 年使用壽命的下降7 %；交流充電樁B 更是下降了11 %。產品貢獻越大，越耐用，碳效比CER 就越低，說明低碳技術水平越高。

5 總結

本文創新性提出使用產品碳效比作為衡量裝備產品低碳性能的技術參數，并以房間空氣調節器、鋰離子電子、電機、充電設備等典型裝備產品為實例，驗證使用不同技術參數評價裝備產品低碳性能的優差，為碳達峰理論探索提供數據驗證實例。在評價產品碳效比CER 應注意以下幾個方面：①碳足跡CFP 是碳效比CER 的基礎，不能忽視；②功能單位應根據產品的主要功能來定，功能單位總和TFU是指向產品的功能單位總和而不是規格；③評價碳足跡CFP 與功能單位總和TFU 時產品使用壽命應一致；④碳效比適用于評價裝備產品低碳性能，碳效比CER 適用于越小，表示產品的低碳性能越好，低碳技術水平越高。