管网知识｜管道非开挖修复对环境的影响

近年来，采用非开挖修复管道的应用逐渐增多，环保低碳效果显著，文章作者探讨了管道非开挖修复对环境的影响。采用碳足迹的方式来评估使用CIPP（原位固化修复技术）的环境优势，介绍了碳排放计算的方法，通过案例分析，与开挖方式进行了比较。

原位固化修复，即CIPP，是目前排水管道使用最广泛的非开挖技术，自20世纪70年代以来一直在使用。该技术在ISO 11295进行了标准化规定，并受ISO 11296、11297和11298系列标准的管理。

管道修复成本包括直接成本和间接成本。直接成本是指承包商承包工程时，必须支付的金额。间接成本是指在管道修复过程中产生的社会成本，据统计，澳大利亚某开挖项目的社会成本估计占项目的直接成本的6%-78%不等；非开挖的社会成本估计要低得多，仅为开挖修复的3%（Apeldoorn 2013）。

根据欧洲委员会（European Commission 2021）的数据，每年欧洲经济因城市交通拥堵而损失1%的GDP。根据（Field 1997; Baker et al. 2013）的研究，社会成本是经济活动对社会运行的总体影响。社会成本是由该活动产生的私人成本和任何外部成本的总和。

针对管道非开挖修复的环境影响，该文章对管道非开挖修复的碳足迹进行研究，包括各个阶段排放的CO2。管道修复过程中碳排放活动主要包括：

（1）现场能源消耗，包括直接排放（供暖、工业锅炉等）或间接排放（电力发电）；

（2）人员和货物各种类型的运输；

（3）制造用品（建筑、车辆、材料）、生产材料（桶、袋、瓶子、纸箱等）或不可重复使用材料和设备；

（4）废物的最终处理。

采用非开挖技术减少了材料处理、重型车辆交通、公共土地占用的时间和空间，对道路系统的影响、商业和居住活动的干扰，此外还降低了社会/环境成本（根据TILab的数据，降低幅度可高达80%），还能显著减少建筑工地事故（根据INAIL的数据，事故减少率可达67%）。

几种原位固化修复过程碳排放的计算方法：

1、热水固化：

步骤1：将水加热到固化温度所需的热量，计算方法为：

步骤2：将内衬材料加热到固化温度所需的热量，计算方法为：

步骤3：将管道内部加热到固化温度所需的热量，计算方法为：

步骤4：在固化过程中保持水温，计算方法为：

步骤5：泵送热水进行循环所需的能量，计算方法为：

2、蒸汽固化：

步骤1：将水加热至100℃所需的热量，计算方法为：

步骤2：将水蒸发所需的热量，计算方法为：

步骤3：将树脂加热至固化温度所需的热量，计算方法为：

蒸汽固化过程中所需能量与用于热水固化方法相同。此外，对于蒸汽固化方法，还须考虑空气中蒸汽的质量比例，因为空气具有不同的比热容，与水和蒸汽不同。

3、紫外光固化

对于UV固化，只需确定固化过程中UV灯的光能量以及用于附加设备的能量消耗。

步骤1：对于UV光固化过程的能量计算，其计算方法为：

此外，还须考虑绞盘的能耗、用于校准衬里的风机、总固化时间、完成时间，以确定UV所需的总能量。

图1 不同管径管道每延米总碳排放量（kgCO2e）

从图1可以看出，开挖法与管道直径关系不明显，开挖法整个工程的碳排放量更依赖于待更新的管道长度。值得注意的是，CIPP方法的大部分排放都在材料制造过程中产生，而开挖法的大部分排放都在安装过程中产生。

CIPP热水固化方法中，原材料二氧化碳排放量占总二氧化碳排放量的88%，施工安装过程占总排放量12%。对于蒸汽固化和UV光固化方法，碳排放主要来自材料的制造过程。

该研究施工案例位于意大利北部的蒙扎，待修复（或更换）的管道是该城市的污水系统的一部分，管道直径为800mm，长度为170m。在经过多次方案比较，最终选择UV技术（紫外光固化）进行管道修复。

图2 非开挖技术与开挖方法碳排放量

应用CIPP方法，可减少31tCO2e，还可减少11000L柴油燃料。然而，最明显的差异在于开挖项目所需的运输返程次数，使用CIPP方法运输量较少。三种CIPP技术中，UV光固化方法的碳排放量最小，UV固化所需的能量最小，且壁厚较薄。