[發(fā)明專利]一種鋼渣瀝青混凝土材料的生態(tài)設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810208013.6
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN108520333A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高峰;謝軍;王志宏;龔先政;劉宇;孫博學(xué);李小青;崔素萍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06;G06Q50/08;C04B18/14;C04B26/26
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

1.一種鋼渣瀝青混凝土材料的生態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，基于生命周期評(píng)價(jià)思想，構(gòu)建集成性能-資源消耗-環(huán)境影響的鋼渣瀝青混凝土材料生態(tài)設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)方法，該生態(tài)設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：

(1)策劃階段：確定材料生態(tài)設(shè)計(jì)的參照對象、基準(zhǔn)與評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括資源效率指標(biāo)、環(huán)境效率指標(biāo)、生態(tài)設(shè)計(jì)綜合指標(biāo)，對目標(biāo)材料進(jìn)行需求分析；

(2)方案制定階段：制定生態(tài)設(shè)計(jì)的方案，包括目標(biāo)材料的數(shù)據(jù)收集方案、技術(shù)方案、評(píng)價(jià)方案，對上述技術(shù)方案按照設(shè)定的評(píng)價(jià)方案進(jìn)行驗(yàn)證，確定此技術(shù)方案所得目標(biāo)材料相對步驟(1)的材料生態(tài)設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)與評(píng)價(jià)指標(biāo)是否符合需求；若符合則繼續(xù)步驟(3)，若不符合繼續(xù)修訂技術(shù)方案，直至最終符合要求；

(3)實(shí)施階段：進(jìn)入材料的生產(chǎn)，完成材料的生態(tài)設(shè)計(jì)。

2.按照權(quán)利要求1所述的一種鋼渣瀝青混凝土材料的生態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述第(1)步確定目標(biāo)材料的生態(tài)設(shè)計(jì)需求，通過對目標(biāo)材料的產(chǎn)品描述、目標(biāo)設(shè)定、功能單位確定和系統(tǒng)邊界劃分，完成對目標(biāo)材料生態(tài)設(shè)計(jì)的策劃。

3.按照權(quán)利要求1所述的一種鋼渣瀝青混凝土材料的生態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述第(2)步要確定目標(biāo)材料的數(shù)據(jù)收集方案、技術(shù)方案和評(píng)價(jià)方案；針對目標(biāo)材料建立涵蓋原料開采、能源利用、廢物資源化處理、運(yùn)輸與材料生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的資源、能源消耗和污染物排放信息的數(shù)據(jù)收集方案；針對目標(biāo)材料的主要生產(chǎn)成分和主要的生態(tài)設(shè)計(jì)要點(diǎn)制定技術(shù)方案；針對目標(biāo)材料的性能特點(diǎn)、環(huán)境影響特點(diǎn)建立集性能-資源消耗-環(huán)境影響評(píng)價(jià)的生態(tài)設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)方案；

其中上述生態(tài)設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)方案的建立包括以下步驟：

(1)建立基于性能-需求矩陣的材料性能評(píng)價(jià)模型

表1 需求-性能矩陣

在計(jì)算完成需求-性能矩陣的基礎(chǔ)上，可以計(jì)算某種性能P_j的絕對重要程度：

aP_j＝W_1j·wR₁+W_2j·wR₂+…+W_nj·wR_n

R_i：設(shè)計(jì)的不同需求，如高強(qiáng)度、長壽命等

wR_i：不同需求在生態(tài)設(shè)計(jì)中的相對重要程度

W_ij：表示性能P_j對完成需求R_i的貢獻(xiàn)

通過下面的公式完成性能指標(biāo)值的計(jì)算：

PI：性能指標(biāo)值；

P_j：第j種性能指標(biāo)的測試值；

aP_j(aP_k)：表示根據(jù)性能需求矩陣計(jì)算得到的第j(k)種性能的絕對重要程度；

(2)資源消耗評(píng)價(jià)模型

基于熱力學(xué)函數(shù)的資源耗竭特征化模型將材料生命周期過程所造成的礦產(chǎn)資源、化石能源以及土地資源的消耗與損害表征為統(tǒng)一指標(biāo)；

(2.1)礦產(chǎn)資源化學(xué)的計(jì)算：

Ex_Na＝∑x_AiEx_Ai+RT₀∑n_Ailnm_Ai

Ex_Na：單位質(zhì)量礦產(chǎn)資源的化學(xué)

Ex_Ai：單位質(zhì)量純礦物的化學(xué)

_XAi：純礦物在礦產(chǎn)資源中的質(zhì)量百分比

R：熱力學(xué)常數(shù)

T₀：常溫

n_Ai：純礦物在單位質(zhì)量礦產(chǎn)資源中的摩爾數(shù)

m_Ai：純礦物在礦產(chǎn)資源中的摩爾百分?jǐn)?shù)。

(2.2)化石能源化學(xué)的計(jì)算：

Ex_org＝∑g_iEx_i

Ex_org：化石能源有機(jī)物的摩爾化學(xué)(kJ/mol)；

g_i：該化石能源有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中，官能團(tuán)i的個(gè)數(shù)；

Ex_i：為官能團(tuán)i的摩爾化學(xué)。

(2.3)基于指標(biāo)的土地資源屬性量化模型：

土地資源屬性的確定分為兩步驟：1.土地固碳損失量的確定；2.固碳損失與損失的轉(zhuǎn)化；

土地占用所造成的其固碳量的損失可由下式來確定：

BL_occupation：單位面積土地占用階段的固碳損失量；

BL_{renaturalisation}：單位面積土地恢復(fù)階段的固碳損失量；

NPP_{naturalpotential}：單位面積土地的自然固碳潛力(被使用前，土地的固碳能力)；

(t2-t1)：占用所持續(xù)的時(shí)間；

(t3-t2)：恢復(fù)所持續(xù)的時(shí)間；

固碳損失與損失的轉(zhuǎn)化可由下式來確定：

ExLF_occupation＝BL_occupation×CR

ExLF_{renaturalsiation}＝BL_{renaturalsiation}×CR

CR：轉(zhuǎn)化系數(shù)；

Ex_glu：葡萄糖的化學(xué)值；

M_C：碳的原子量；

N_C：單個(gè)葡萄糖分子所包含碳原子的數(shù)目；

ExLF_occupation:：單位面積土地在占用期間的化學(xué)損失量；

ExLF_{renaturalisation:}：單位面積土地在恢復(fù)期間的化學(xué)損失量。

通過下面的公式完成資源消耗指標(biāo)值的計(jì)算：

RI：資源消耗指標(biāo)值；

R_j：不可再生資源j的消耗量(kg或mol)；

Ex_j：不可再生資源j的值(MJ/kg或MJ/mol)；不可再生資源包括上述的礦產(chǎn)資源、化石能源；

PE_i：可再生資源i的值(MJ/m²)；可再生資源包括土地資源；

A_i：可再生資源i的消耗量(m²)；

(3)基于生命周期評(píng)價(jià)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型

針對材料行業(yè)的特點(diǎn)，建立了基于生命周期評(píng)價(jià)的材料生態(tài)設(shè)計(jì)環(huán)境影響指標(biāo)體系。指標(biāo)體系中共涉及標(biāo)準(zhǔn)氣態(tài)污染物指數(shù)、水環(huán)境污染指數(shù)、土壤污染指數(shù)、人體健康損害指數(shù)四大類二級(jí)指標(biāo)，涵蓋了人類行為對生態(tài)環(huán)境與人類自身健康的主要影響；每類二級(jí)指標(biāo)下又可細(xì)分為三級(jí)指標(biāo)與指標(biāo)項(xiàng)目。在生態(tài)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)收集過程主要針對指標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、計(jì)算與匯編，而后采用生命周期影響評(píng)價(jià)方法，將數(shù)據(jù)收集過程得到的各指標(biāo)項(xiàng)目之進(jìn)行逐級(jí)綜合，最終形成評(píng)價(jià)對象的單一環(huán)境影響指標(biāo)值，綜合表征產(chǎn)品全生命周期中造成的各類環(huán)境影響。

表2 環(huán)境影響指標(biāo)體系

通過下面的公式完成環(huán)境影響指標(biāo)值的計(jì)算：

EI：環(huán)境影響指標(biāo)歸一化值；

E_k：第j種二級(jí)指標(biāo)下第K種污染物質(zhì)的排放量(kg)；

IF_k：第j種二級(jí)指標(biāo)下第K種污染物質(zhì)的特征化因子(kg eq/kg)，特征化因子可通過ReCiPe環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法體系查詢得到；

N_j：第j種二級(jí)指標(biāo)環(huán)境影響的歸一化因子(kg eq/yr)，歸一化因子可通過ReCiPe環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法體系查詢得到；

W_j：第j種二級(jí)指標(biāo)環(huán)境影響的權(quán)重因子(無量綱)，權(quán)重因子可通過ReCiPe環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法體系查詢得到。

(4)綜合決策模型

在獲得性能、資源消耗與環(huán)境影響指標(biāo)值后，利用以下公式計(jì)算得到生態(tài)設(shè)計(jì)效率指標(biāo)值和生態(tài)設(shè)計(jì)綜合指標(biāo)值；

RDI＝PI/RI

EII＝PI/EI

EDI＝PI/(EI+RI)RDI：資源效率指標(biāo)；

EII：環(huán)境效率指標(biāo)；

EDI：生態(tài)設(shè)計(jì)綜合指標(biāo)值；

PI：性能指標(biāo)值；

RI：資源消耗指標(biāo)值；

EI：環(huán)境影響指標(biāo)歸一化值。