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《管道非開(kāi)挖修復(fù)的環(huán)境影響》

文章簡(jiǎn)介

近年來(lái)，采用非開(kāi)挖修復(fù)管道的應(yīng)用逐漸增多，環(huán)保低碳效果顯著，文章作者探討了管道非開(kāi)挖修復(fù)對(duì)環(huán)境的影響。采用碳足跡的方式來(lái)評(píng)估使用CIPP（原位固化修復(fù)技術(shù)）的環(huán)境優(yōu)勢(shì)，介紹了碳排放計(jì)算的方法，通過(guò)案例分析，與開(kāi)挖方式進(jìn)行了比較。

原位固化修復(fù)，即CIPP，是目前排水管道使用最廣泛的非開(kāi)挖技術(shù)，自20世紀(jì)70年代以來(lái)一直在使用。該技術(shù)在ISO 11295進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，并受ISO 11296、11297和11298系列標(biāo)準(zhǔn)的管理。

管道修復(fù)成本包括直接成本和間接成本。直接成本是指承包商承包工程時(shí)，必須支付的金額。間接成本是指在管道修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的社會(huì)成本，據(jù)統(tǒng)計(jì)，澳大利亞某開(kāi)挖項(xiàng)目的社會(huì)成本估計(jì)占項(xiàng)目的直接成本的6%-78%不等；非開(kāi)挖的社會(huì)成本估計(jì)要低得多，僅為開(kāi)挖修復(fù)的3%（Apeldoorn 2013）。

根據(jù)歐洲委員會(huì)（European Commission 2021）的數(shù)據(jù)，每年歐洲經(jīng)濟(jì)因城市交通擁堵而損失1%的GDP。根據(jù)（Field 1997; Baker et al. 2013）的研究，社會(huì)成本是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)社會(huì)運(yùn)行的總體影響。社會(huì)成本是由該活動(dòng)產(chǎn)生的私人成本和任何外部成本的總和。

針對(duì)管道非開(kāi)挖修復(fù)的環(huán)境影響，該文章對(duì)管道非開(kāi)挖修復(fù)的碳足跡進(jìn)行研究，包括各個(gè)階段排放的CO2。管道修復(fù)過(guò)程中碳排放活動(dòng)主要包括：

（1）現(xiàn)場(chǎng)能源消耗，包括直接排放（供暖、工業(yè)鍋爐等）或間接排放（電力發(fā)電）；
（2）人員和貨物各種類(lèi)型的運(yùn)輸；
（3）制造用品（建筑、車(chē)輛、材料）、生產(chǎn)材料（桶、袋、瓶子、紙箱等）或不可重復(fù)使用材料和設(shè)備；
（4）廢物的最終處理。
采用非開(kāi)挖技術(shù)減少了材料處理、重型車(chē)輛交通、公共土地占用的時(shí)間和空間，對(duì)道路系統(tǒng)的影響、商業(yè)和居住活動(dòng)的干擾，此外還降低了社會(huì)/環(huán)境成本（根據(jù)TILab的數(shù)據(jù)，降低幅度可高達(dá)80%），還能顯著減少建筑工地事故（根據(jù)INAIL的數(shù)據(jù)，事故減少率可達(dá)67%）。

幾種原位固化修復(fù)過(guò)程碳排放的計(jì)算方法：

1、熱水固化：
步驟1：將水加熱到固化溫度所需的熱量，計(jì)算方法為：

步驟2：將內(nèi)襯材料加熱到固化溫度所需的熱量，計(jì)算方法為：

步驟3：將管道內(nèi)部加熱到固化溫度所需的熱量，計(jì)算方法為：
步驟4：在固化過(guò)程中保持水溫，計(jì)算方法為：

步驟5：泵送熱水進(jìn)行循環(huán)所需的能量，計(jì)算方法為：

2、蒸汽固化：

步驟1：將水加熱至100℃所需的熱量，計(jì)算方法為：

步驟2：將水蒸發(fā)所需的熱量，計(jì)算方法為：

步驟3：將樹(shù)脂加熱至固化溫度所需的熱量，計(jì)算方法為：

蒸汽固化過(guò)程中所需能量與用于熱水固化方法相同。此外，對(duì)于蒸汽固化方法，還須考慮空氣中蒸汽的質(zhì)量比例，因?yàn)榭諝饩哂胁煌谋葻崛?，與水和蒸汽不同。

3、紫外光固化

對(duì)于UV固化，只需確定固化過(guò)程中UV燈的光能量以及用于附加設(shè)備的能量消耗。

步驟1：對(duì)于UV光固化過(guò)程的能量計(jì)算，其計(jì)算方法為：

此外，還須考慮絞盤(pán)的能耗、用于校準(zhǔn)襯里的風(fēng)機(jī)、總固化時(shí)間、完成時(shí)間，以確定UV所需的總能量。

圖1 不同管徑管道每延米總碳排放量（kgCO2e）

從圖1可以看出，開(kāi)挖法與管道直徑關(guān)系不明顯，開(kāi)挖法整個(gè)工程的碳排放量更依賴(lài)于待更新的管道長(zhǎng)度。值得注意的是，CIPP方法的大部分排放都在材料制造過(guò)程中產(chǎn)生，而開(kāi)挖法的大部分排放都在安裝過(guò)程中產(chǎn)生。

CIPP熱水固化方法中，原材料二氧化碳排放量占總二氧化碳排放量的88%，施工安裝過(guò)程占總排放量12%。對(duì)于蒸汽固化和UV光固化方法，碳排放主要來(lái)自材料的制造過(guò)程。

該研究施工案例位于意大利北部的蒙扎，待修復(fù)（或更換）的管道是該城市的污水系統(tǒng)的一部分，管道直徑為800mm，長(zhǎng)度為170m。在經(jīng)過(guò)多次方案比較，最終選擇UV技術(shù)（紫外光固化）進(jìn)行管道修復(fù)。

圖2 非開(kāi)挖技術(shù)與開(kāi)挖方法碳排放量

應(yīng)用CIPP方法，可減少31tCO2e，還可減少11000L柴油燃料。然而，最 明 顯的差異在于開(kāi)挖項(xiàng)目所需的運(yùn)輸返程次數(shù)，使用CIPP方法運(yùn)輸量較少。三種CIPP技術(shù)中，UV光固化方法的碳排放量最 小，UV固化所需的能量最 小，且壁厚較薄。

編者點(diǎn)評(píng)

近年來(lái)，因環(huán)境影響小，施工時(shí)間短，非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)已在世界范圍內(nèi)迅速推廣，并得到大量應(yīng)用。從碳排放角度，非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)的碳排放量更低，從進(jìn)一步減碳角度，應(yīng)從原材料入手，進(jìn)一步優(yōu)化和降低非開(kāi)挖技術(shù)的碳排放。另一方面，減碳不意味著采用廉價(jià)低質(zhì)材料，也不能野蠻施工，因地制宜，選擇更為適合的非開(kāi)挖技術(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)化作為抓手，以數(shù)字化作為質(zhì)量追蹤手段，相信我國(guó)非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)將會(huì)進(jìn)入新的發(fā)展階段。