碳效比-装备产品低碳性能关键技术参数

何冠成，刘岩，母志鹏，王刚，罗梓才，刘国荣

（威凯检测技术有限公司，广州 510663）

引言

2020 年9 月22 日，习近平总书记在第75 届联合国大会中向国际社会作出“碳达峰、碳中和”郑重承诺。2021 年10 月24 日国务院发布《2030 年前碳达峰行动方案》，明确各地区、各领域、各行业目标任务，确保如期实现2030 年前碳达峰目标。种种政策法规表明，绿色低碳发展已经成为我国现代化强国建设的自觉和必然选择。

目前，欧美地区一些发达国家走在“碳达峰、碳中和”前列，在碳排放管制方面做了探索，积累了经验，部分国家已建立碳认证制度，在消费品、食品等产品的标签上标注碳足迹（CFP）。2006 年，英国推出蕴含低碳发展理念的一项重要政策工具——碳标签[1]，并于2007 年率先开展了“碳减排标志计划”[2]，截至2017 年，英国加贴碳标签的产品已超过2500 种，涉及食品、服装和日用品等方面[3]。目前，碳标签已应用在全球43 个国家或地区，分为数值型和减排承诺型2 类，一般采取政府主导、企业自愿参与、第三方认证的形式开展[4]。

但是这些发达国家已经实现了工业化转型和提升，制造业在国民经济中占比低。然而，中国制造业占国民经济达到27%，是中国经济实体经济的根基，而且制造业目前处于发展期、转型期，国际上碳排放管制的经验未必适合我国装备制造业，我们需要根据国家、行业的实际情况研究合适的技术参数来评价装备产品的低碳性能，指导装备制造行业实现碳达峰。

1 行业现状和问题

装备制造业实现碳达峰，首先要对产品的碳排放进行核算，并对其低碳性能进行科学评价。产品碳排放核算的主要依据是ISO 14067 标准，该标准解决了产品“碳足迹”具体计算方法，行业大多数采用全生命周期评价法计算产品的碳排放总量（也称碳足迹，CFP）。产品CFP 在欧洲地区的能源、农业、轻工、建材等行业有广泛的应用。

装备制造业的产品如空调器、汽车、电机等多数为用能产品，其使用阶段的碳排放数值很大，远大于其他阶段碳排放的总和，有研究[5]表明，空调产品在其使用阶段碳排放约占总排放的95.06%，因此，采用全生命周期评价法计算装备产品CFP 数值惊人。装备制造产业曾尝试使用碳排放总量(CFP)、减排量、节能量等技术参数来评价产品的低碳性能，由于上述技术参数均未考虑产品对社会的贡献，不能反映低碳技术水平的高低，所以推广困难。对此，我们需要根据国情、产业实际情况研究合适的技术参数来评价装备产品的低碳性能，引导装备制造行业实现碳达峰。

2 碳效比概念的提出和内涵

碳效比（CER），是指实现某一功能单位所排放的二氧化碳当量，即碳排放总量与其功能单位总和之商，计算公式如下：

CER— 碳效比；

CFP— 碳排放总量；

TFU— 功能单位总和。

功能单位总和是指在评价系统边界内产品实现功能单位的总量，反映产品的功能贡献。产品的功能单位通常根据产品的主要功能来定，以实现一定量的功能来衡量。例如，空调器的主要功能就是从房间转移热量，所以空调器的功能单位可以定义为“从房间转移1 kWh 的热量”；同理，热泵热水器的功能单位可以定义为“向水体提供1 kWh 的热量”。

碳效比CER 既考虑了产品的碳排放总量，又考虑产品的功能贡献，用于，是一个合理的评价装备产品评价的低碳性能的技术参数。碳效比越小，实现等量功能单位的碳排放量越小，表示低碳技术水平越高。反之，碳效比越大，实现等量功能单位的碳排放量越大，表示低碳技术水平越低。

3 碳效比与碳足迹的比较分析

3.1 碳效比（CER）与碳足迹（CFP）的差异

同为产品碳排放的技术参数，碳效比（CER）、碳足迹（CFP）有以下区别：

定义不同：碳足迹（CFP）是指由企业机构、活动、产品或个人引起的温室气体排放的集合，即在评价系统边界内，二氧化碳排放的总和。而碳效比（CER）是指实现某一功能单位所排放的二氧化碳当量，即碳排放总量与其功能单位总和之商，碳效比（CER）是在碳足迹（CFP）的基础上引入功能单位总和（TFU）。

评价逻辑不同：评价碳足迹（CFP），是计算系统边界内二氧化碳排放的绝对值，碳足迹（CFP）与产品规格大小，寿命长短成正比，不考虑产品功能贡献。评价碳效比（CER），是计算系统边界内二氧化碳排放的相对值，把产品碳足迹（CFP）平分到每一个功能单元中，与产品规格大小，寿命长短关系不明显，与产品的碳利用效率直接相关，或成反比。

适用范围不同：碳足迹（CFP）适用于功效难以量化、出厂前阶段碳排放占比高，使用阶段少耗能的产品，如：纺织品，农产品，包装等。碳效比（CER）适用于功效可以量化、使用阶段占比高、持续用能的产品，如：空调器，充电设施，汽车等。

3.2 使用碳足迹（CFP）评价装备产品低碳性能

碳足迹（CFP）仅提供装备产品碳排放信息，只能比较产品碳排放量的大小，不反映产品的低碳性能。若使用碳足迹（CFP）评价产品低碳性能，会出现以下情况：

1）用能产品的使用寿命越短，碳足迹（CFP）越小，越低碳。用能产品的碳足迹与使用寿命几乎成正比，按使用寿命10 年计算的碳足迹约为按使用寿命5 年计算的碳足迹寿命的2 倍，使用碳足迹（CFP）评价低碳性能将导致可靠耐用的产品被淘汰，快消品存活，增加生产资源的消耗。

2）用能产品的规格越小功能越差，碳足迹（CFP）越小，越低碳。装备产品在实现功能单位时是需要消耗油、电、气等能源的，而且功能越多，碳排放越大；技术含量高、功能强大的产品，其制造过程也是复杂的，也会增加碳排放。使用碳足迹（CFP）评价低碳性能将限制了规格大、技术高、功能强的产品使用，忽视了社会发展的需求。

3）用能产品的碳足迹（CFP）数值大，制造商不愿意标注，标注碳足迹（CFP）容易误导使用者，以为出厂时产品碳排放量已经很大，在使用时更不会注意节能减排。

3.3 使用碳效比（CER）评价装备产品低碳性能

碳效比（CER）是在碳足迹（CFP）的基础上引入功能单位总和（TFU），把产品碳足迹（CFP）平分到每一个功能单元中，更确切地产品的低碳性能。

碳效比（CER）与用能产品的使用寿命无直接关系，但使用寿命长的产品，低碳性能有优势。用能产品的功能单位总和与使用寿命成正比，使用寿命越长功能单位总和越大，在产品能效相同的情况下，使用寿命越长的产品，其原料、制造、运输阶段的碳排放将分摊到更多的功能单元中，碳效比更低，即生产阶段的碳排放利用得更充分，符合预期。

碳效比（CER）是碳足迹（CFP）与其功能单位总和之商，是一个相对值，与用能产品的规格大小、功能强弱关系不大，企业可以根据市场需求，设计生产不同规格的产品。

碳效比（CER）评价范围广，不但可比较同类型不同规格的产品之间的低碳性能，也可以比较同功能不同类型的产品之间的低碳性能。例如热泵热水器、电热水器、燃气热水器，三种产品的功能单位均为提供一定体积的热水，可以使用热水碳效比来评价。

碳效比（CER）在产业中有技术基础，用能产品使用比值来评价产品的性能如能效等级、节能比较普遍，类似的技术参数有能效比、全年能效系数、百公里油耗、过滤效率等。本文以几种装备产品为例，对产品的碳排放、碳效比进行核算，比较其异同。

4 应用案例

4.1 房间空气调节器

有研究[6]指出，碳效比适用于评价房间空气调节器的低碳性能，2 台规格不同的空调器的信息如表3 所示，碳排放、碳效比核算结果如表4 所示。

4.2 电池

以2 种不同规格的锂离子电池作为碳效比核算的案例对象，锂离子电池参数见表5。碳排放、碳效比核算结果如表6 所示。

从碳足迹数据看，电池B 碳足迹是电池A 的3.45 倍。而从碳效比数据看，由于将生命周期内循环输出的总能量考虑进去，电池B 碳效比是电池A 的0.86 倍，反映在全生命周期中电池B 分摊到功能单位上的碳排放更低。综合考虑排放和贡献，显然碳效比数据更科学，给消费者传递的信息更准确。

4.3 电机

选取2 套规格不同相同的三相异步电动机作为碳效比核算对象，电机A 功率为 2.2 kW，电机B 功率为22 kW。假设产品按每年运行3 000 h，以使用10 年、15 年分别核算，碳排放、碳效比核算结果如表7、表8所示。

按10 年使用寿命的核算结果，从碳排放量CFP 的角度来分析，电机B 的功率是电机A 的10 倍，碳排放总量是电机A 的8.98 倍。但从碳效比CER 的角度来分析，电机B 的功率单位总和是电机A 的10 倍，所以电机B 的碳效比是电机A 的90.2 %。两种电机的功率规格相差10 倍，但碳效比相当，与电机能效水平的差距基本一致。

再比较相同电机10 年使用寿命与15 年使用寿命核算结果，从碳排放量CFP 的角度来分析， 15 年使用寿命的碳排放总量是10 年使用寿命的1.5 倍，产品越耐用越吃亏，寿命越长越不 “低碳”，不符合价值导向。但从碳效比CER 的角度来分析，功能单位总和与使用寿命成正比，15 年使用寿命的碳效比是与10 年使用寿命一样。

4.4 充电设备

选取2 套生产商不同，规格不同的充电设备作为碳效比核算对象，充电设备的信息如表9 所示。

使用寿命按5 年和10 年的理论值来计算，对2 套交流充电桩进行碳排放和碳效比核算，核算结果如表10、表11 所示。

表1 产品碳认证制度

表2 装备产品低碳技术参数及说明

表3 房间空气调节器信息参数

表4 房间空气调节器碳效比核算结果

表5 锂离子电池信息参数

表6 锂离子电池碳效比核算结果

表7 电机碳效比核算结果（10 年使用寿命）

表8 电机碳效比核算结果（15 年使用寿命）

表9 交流充电桩信息参数

表10 交流充电桩碳效比核算结果（5 年使用寿命）

表11 交流充电桩碳效比核算结果（10 年使用寿命）

按5 年使用寿命核算，从碳排放量CFP 的角度来分析，交流充电桩B 的功率是交流充电桩A 的2 倍，碳排放总量约为交流充电桩A 的1.87 倍。但从碳效比CER的角度来分析，交流充电桩B 的功能单元总和TFU 是交流充电桩A 的2 倍，碳效比CER 却为交流充电桩A 的0.93 倍。交流充电桩功率越大，碳效比越小；符合产品基本相同条件下，贡献越大越低碳的评价要求。

再比较相同交流充电桩5 年使用寿命与10 年使用寿命核算结果，从碳排放量CFP 的角度来分析，10 年使用寿命的碳排放总量是5 年使用寿命的2 倍。但从碳效比CER 的角度来分析，功能单位总和与使用寿命成正比，交流充电桩A 的10 年使用寿命碳效比较5 年使用寿命的下降7 %；交流充电桩B 更是下降了11 %。产品贡献越大，越耐用，碳效比CER 就越低，说明低碳技术水平越高。

5 总结

本文创新性提出使用产品碳效比作为衡量装备产品低碳性能的技术参数，并以房间空气调节器、锂离子电子、电机、充电设备等典型装备产品为实例，验证使用不同技术参数评价装备产品低碳性能的优差，为碳达峰理论探索提供数据验证实例。在评价产品碳效比CER 应注意以下几个方面：①碳足迹CFP 是碳效比CER 的基础，不能忽视；②功能单位应根据产品的主要功能来定，功能单位总和TFU是指向产品的功能单位总和而不是规格；③评价碳足迹CFP 与功能单位总和TFU 时产品使用寿命应一致；④碳效比适用于评价装备产品低碳性能，碳效比CER 适用于越小，表示产品的低碳性能越好，低碳技术水平越高。