服装生产过程碳排放计算模型

俞 璐， 王立川， 陈 雁

(苏州大学 纺织与服装工程学院， 江苏 苏州 215021)

服装生产过程碳排放计算模型

俞 璐， 王立川， 陈 雁

(苏州大学 纺织与服装工程学院， 江苏 苏州 215021)

为监督与评价服装企业生产过程中的碳排放，根据碳排放相关规则及定义，对服装生产线进行分析，从生产设备、传输过程、废弃物排放、人力损耗等方面,分别对裁剪、缝制、后整理等生产环节的碳排放因素建立对应的碳排放计算模型，将所有能耗转换为二氧化碳当量进行核算，以便进行碳排放评估。该理论模型为服装生产环节碳排放量化研究提供计算参考，还可用于企业碳排放跟踪分析，以及作为生产组织方案优化的参考依据。

服装； 生产环节； 碳排放； 计算模型

Abstract In order to monitor and evaluate on corporate carbon emissions, quantitative analysis and model establishment of carbon emissions in garment production process are quite important. Based on rules and definitions of carbon emission, the paper analyzed organizations of garment production lines and emission factors of cutting, sewing and finishing processes from production equipment, transfer process, waste emissions and labor consumption respectively, and established the corresponding calculation model. All the energies are transformed into carbon dioxide equivalent so as to assess carbon emissions. In addition, the theoretical model provides a reference for analysis of carbon emissions in garment production processes, and is applicable to tracking analysis of corporate carbon emissions as well as the reference of organization in production optimization.

Keywords garment; production process; carbon emission; calculation model

服装行业发展日新月异，但仍然有许多新的问题亟待解决，尤其是对环境产生的影响使得企业越来越注重服装生产中完善的加工和生产体系，不断提高生产管理水平。对于纺织服装领域碳排放现状已有从不同层面进行了广泛的研究[1-3]。碳排放量揭示了人类活动对全球气候产生的影响，其量化方法主要采用碳排放核算。随着各国对碳排放问题的日益重视，近年来，出台了不少评价标准应用于企业和产品碳排放及碳足迹评价，如温室气体议定书GHG Protocol，PAS 2050:2008《商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范》，温室气体系列标准ISO 14064：2006《温室气体核证》等。此外，众多的企业和机构也纷纷寻找合适的碳排放评价方法，例如旭荣集团、海东青集团和上海出入境检验检疫局对纺织服装产品进行了碳排放相关的碳足迹、碳标签认证等研究[4-6]。环境毒理学和化学学会1993 年提出生命周期评价方法的技术框架[7]，该评价方法虽然已经发展了数十年，但仍然存在一些不足之处：缺乏标准化的生命周期清单分析方法、缺乏有效的标准化数据库等。也有相当一部分学者对行业内碳排放计算进行了相关模型的研究，王来力等[8]采用排放系数法计算全行业的碳排放，同时研究了纺织产品碳排放计算的拆分原则。屠莉华[9]对牛仔裤生产过程进行了碳排放研究，对纺纱、织造、成衣阶段建立不同的碳足迹模型，并且对牛仔裤低碳生产设计进行了探究和分析。有美国经济学家在1936年提出投入产出法[10]，将相关各部门在单位时期内的所有投入和产出列成表，运用数学模型，计算出消耗系数来进行经济分析和预测，这也是目前比较成熟的分析方法。Matthews等[11]结合投入产出模型与生命周期评价法建立了投入产出—生命周期评价模型，可用于评价家庭、工业企业部门以及其他组织的碳排放。

上述研究成果中不同的理论和实践研究方式，多是以部门模块化的方式进行统计，所以无法得到某个产品的碳排放值，一般适用于组织或行业的碳排放的计算，并不适用单个产品的碳排放计算。而关于构建碳排放计算模型或者详细进行碳排放评价的研究大都与行业整体相关，并没有细化到具体环节和产品中，尤其在服装生产环节的研究还存在着明显的不足。本文根据服装生产相关知识，以PAS 2050标准为依据，对服装生产环节的碳排放建立计算模型。

1 裁剪过程碳排放模型

本文研究将排放源分为材料消耗、设备能耗和人力损耗3部分，材料及设备均采用对应的碳排放量转换，由于目前对人力的碳排放没有统一的排放系数。本文研究建立人力碳排放系数K来代入模型计算。将人力劳动状态分为静态和动态2种情况，静态工作是指人静坐或站立情况下产生的活动，动态工作是指人行走或奔跑情况下产生的活动。设定工人在静态工作情况下每小时呼吸产生的碳排放量为K1，单位kg，K1(amin，amax)；在动态工作情况下每小时呼吸产生的碳排放量为K2，单位kg，K2(bmin，bmax)。amin、amax、bmin、bmax分别为静态工作和动态工作情况下每小时呼吸产生的碳排放量的最小值与最大值。

验布机、拉布机及裁剪设备大多为连续式工作设备，单位产量的耗电量估算公式为

(1)

式中：El为连续式工作设备耗电量，kW·h;P1为设备的额定功率，W;t1为生产时间，h。

此类生产设备在正常工作时，通常处于满负荷状态，因此，裁剪过程设备耗电量总量为验布机、拉布机、裁剪机的耗电总和。根据PAS 2050标准中的规定，某一活动的碳排放量值为活动水平数据与排放因子的乘积，因此，连续式工作设备所产生的碳排放量是设备能耗乘以电能的排放因子之和。估算公式如下：

(2)

式中：C1为单位产量裁剪设备所产生的碳排放量，kgCO2；Eli为第i种连续式工作设备单位产量产生的耗电量，kW·h；fe为电能的碳排放因子，kgCO2e(e为emission的缩写)。

验片、编号、捆扎在现在服装企业中由人工完成，且属于静态工作，因此产生的碳排放量估算公式为

(3)

式中:CJ为生产单位产量服装人在静态工作时呼吸产生的碳排放总量，kgCO2；K1为人静态工作时每小时呼吸产生的碳排放量，kgCO2；tu为工人做某项具体工序的时间，h；nr为生产单位产量服装该工序重复的次数；Nr为相应工种的工人数量；u、r为不同工序类别。

在裁剪过程中，主要废弃物为裁剪之后的剩余布料，这些布料大多为排料后的碎布，无法回收或用于其他地方，因此排料的效率和废布产生的碳排放量有很大的关系。排料效率越高，布匹的利用率越高，废布剩余就越少，相应的碳排放量就越小。废弃布料的碳排放量估算如下：

(4)

式中：C2为单位产量服装产生的废弃布料碳排放总量，kgCO2；Em为生产单位产量该布料所需的第m种能源的消耗量，kg；fm为对应的能源碳排放因子，kgCO2；ηm为对应布料种类的排料效率，%。

综上所述，裁剪过程的碳排放模型为

(5)

由式(5)可以看出，裁剪环节碳排放量会受到电能排放因子、设备数量、设备功率、作业时间、传递路线、废弃材料等因素影响。

2 缝制过程碳排放模型

服装生产的缝制过程中碳排放源主要有缝制设备的能耗、辅料的消耗、半成品和成品在工位之间传送以及废弃物的排放和处理。

在生产过程中，很多缝制设备仅在有样品需要制作时工作，其余时间为空转时间，例如平缝机、包缝机、自动剪线机等，这样设备为间歇式生产设备，单位产量的耗电量估算公式为

(6)

式中：Ej为间歇式生产设备的耗电量，kW·h；Py为有效工作功率，W；ty为有效工作时间，h；Pw为空转工作功率，W；tw为空转工作时间，h。

此类生产设备在工作时，有满负荷和空转2种状态，因此，缝制过程设备耗电总量为这些设备的有效工作和空转的耗电总和，所产生的碳排放量是设备能耗乘以电能的排放因子之和。估算公式如下：

(7)

式中：C3为单位产量缝制设备所产生的碳排放量，kgCO2；Ejp为第p种间歇式工作设备单位产量产生的耗电量,kW·h；fe为电能的碳排放因子，kgCO2；p为间歇式工作设备种类。

辅料的消耗根据所生产服装款式的不同有粘合衬、缝纫线、纽扣、拉链、花边、吊牌、其他装饰等，这些材料的碳排放因子δq。根据所搜集的数据，辅料消耗碳排放估算公式为

(8)

式中：Cf为生产单位产量服装所消耗辅料产生的碳排放总量，kgCO2；Gq为生产单位产量服装所需的各类辅料消耗量，kg；δq为相应辅料的碳排放因子，kg CO2e；q为不同辅料种类。

缝制过程主要碳排放源还包括服装部件、辅料等在工位之间的传递，按照图1所示安排工位。

假设每个需要传递部件的相邻工位纵向间隔距离为d1, 横向间隔距离为d2, 对角线间隔距离为d3, 则需要传递的总路程为

(9)

式中：i=1,2,3;j=1,2,3,…,n;L为传递总路程，m；di为相邻工位间隔距离，m；Nj为同一间隔距离的个数。

传递形式分为机械式传递与人力传递2种，人力传递产生的碳排放主要为人的呼吸，而机械传递产生的碳排放主要为机器所耗的电能，本文研究中人力传递碳排放量设定为K2，单位为kg/h，K2(bmin，bmax), 机械传递主要为推车，传送带等方式，在工位之间的传递所耗能量均与传递总路程及单位速度有关，部件传递消耗的碳排放估算公式为

(10)

式中：r,e分别为不同工位人力传递方式与机械传递方向，Cd为人力传递所产生的碳排放量，kgCO2；K2为动态工作情况下呼吸产生的碳排放量，kg/h；Lr为人力传递总路程，m；vr为动态工作情况下人传递速率，m/h；We为机械设备额定功率，W；Le为机械传递总路程，m；ve为机械传递速率，m/h。

综上所述，缝制环节的碳排放模型为：

(11)

由式(11)可以看出，缝制环节碳排放量会受到电能排放因子、设备数量、设备有效功率及空转功率、作业时间、传递路线、使用辅料量等因素的影响。

3 后整理过程碳排放模型

在裁剪与缝制环节之后，一项不可避免的环节即后整理环节。通常意义的服装后整理包括整烫、检验及包装，整烫环节主要的碳排放为蒸汽量，由于整烫机的电能转化的蒸汽一部分用于成品半成品整烫，另一部分蒸汽排入到空气中，因此整烫过程的碳排放即可视为整烫机的耗电能量。除了整烫外，后整理过程也涉及到传递运输，产生的碳排放量计算方式与上节相同，见式(9)、(10)。最终将合格产品进行包装，所产生的碳排放主要为包装材料，计算方法见式(8)。

综上所述，后整理环节的碳排放模型为：

(12)

式中：CH为后整理环节产生的碳排放量，kgCO2；n为整烫机数量；Pz为整烫机功率，w；tz为机器工作时间，h。

由式(12)可看出，后整理过程碳排放量会受到电能的排放因子、整烫设备数量及功率、作业时间、传递路线、包装材料用量等因素的影响。

4 结 语

1)服装生产过程碳排放计算模型的研究细化到每一工序，从更为微观的角度对生产过程进行了分析。通过建模分析发现，整个生产环节碳排放量主要由电力排放因子，设备数量、设备功率、作业时间、传递方式及路线、使用材料及其排放因子等因素决定。

2)由于不同款式服装生产过程中均会涉及以上因素，因此该模型可适用于各类服装生产环节，为企业对生产过程碳排放进行量化提供计算依据，为碳排放评估提供理论参考。

3)将碳排放与服装生产组织理论相结合，指出了服装生产环节碳排放数据的量化关系，从而可以对服装企业生产进行节能减排。

[1] 赵荣钦, 黄贤金, 钟太洋. 中国不同产业空间的碳排放强度与碳足迹分析[J]. 地理学报，2010，65(9)：1048-1057. ZHAO Rongqin, HUANG Xianjin, ZHONG Taiyang. Research on carbon emission intensity and carbon footprint of different industrial spaces in China[J].Acta Geographica Sinica, 2010, 65(9):1048-1057.

[2] CARBON Trust. Carbon footprint measurement methodology[J].The Carbon Trust, 2007(1)：27-34.

[3] 杨宏伟. IPCC能源清单指南进展及其对中国的影响[J]. 气候变化研究进展，2006(6)：273-276. YANG Hongwei. Progress in IPCC guidelines for energy sector inventories and its impacts on China[J].Advanced in Climate Change Research, 2006(6)：273-276.

[4] 陈金灿.节能信念源于对后代的承诺[J]. 纺织服装周刊，2013(37):12-14. CHEN Jincan. Saving faith stems from its commitment to future generations[J].Textile Apparel Weekly, 2013(37):12-14.

[5] 粘伟诚. 提高中国产业用纺织话语权[J]. 中国纺织，2011(4)：67. ZHAN Weicheng. Improve the right to speak of China′s textile industry[J]. Chinese Textiles, 2011(4)：67.

[6] 冯文艳,吴雄英,丁雪梅. LCA分配方法在纺织服装碳足迹核算中的应用[J].印染，2014(13)： 12. FENG Wenyan, WU Xiongying, DING Xuemei. Application of LCA allocation method to calculation of carbon footprint of textile and apparel products[J]. China Dyeing & Finishing, 2014(13)： 12.

[7] KLÖPFFER W. Life cycle assessment (LCA)[J]. Environmental Science and Pollution Research，1994，1(4)：272-279.

[8] 王来力, 丁雪梅, 吴雄英. 纺织产品碳足迹研究进展[J]. 纺织学报, 2013, 34(6):113-119. WANG Laili, DING Xuemei, WU Xiongying. Research progress of textile carbon footprint[J].Journal of Textile Research, 2013, 34(6):113-119.

[9] 屠莉华. 基于 PAS 2050 的牛仔裤生产碳足迹研究[D]. 上海：东华大学，2012:15-24. TU Lihua. The carbon footprint research of jeans production on the basis of PAS 2050 standard[D]. Shanghai: Donghua University, 2012:15-24.

[10] LEONTIEF W. The Structure of American Economy[M]. New York： IASP Publishing，1941: 1919-1929.

[11] HUANG Y A， MATTHEWS H S. Seeking opportunities to reduce life cycle impacts of consumer goods-an economy-wide assessment[C]. Electronics and the Environment，2008. ISEE 2008. IEEE International Symposium on. [s.l.]: IEEE，2008：1-6.

Calculation model of carbon emission in garment production processes

YU Lu， WANG Lichuan， CHEN Yan

(CollegeofTextileandClothingEngineering，SoochowUniversity，Suzhou,Jiangsu215021,China)

10.13475/j.fzxb.20150105704

2015-01-28

2015-06-17

江苏省产学研前瞻性联合研究项目(BY2012115)

俞璐(1989—)，女，硕士生。主要研究方向为服装生产管理。陈雁，通信作者，E-mail：yanchen@suda.edu.cn。

TS 01

A