随着社会经济持续快速发展和人们生活水平不断提高,建筑陶瓷行业顺势取得了长足发展,预计在2020年,我国建筑陶瓷产能仍将保持在100亿平方米,其中国内市场需求量增加至90亿平方米,相当于全球瓷砖消费量的69%。作为在国民经济中占有重要比重,且短期内无法找到有效替代材料的瓷砖,其制造过程中消耗大量的资源和能源,伴随产生的废气、废水、废渣、粉尘等对环境造成严重影响。目前越来越多的学者开始重视瓷砖制造过程的环境影响评估,但存在如下问题:1)已有的生命周期方法难以做到对瓷砖制造工艺层面的量化和评估,降低了评价的准确性和可靠性;2)单纯基于数据的评价方法尽管可以判断环境影响程度,但无法逆向挖掘瓷砖制造工艺、设备和运营方案,对绿色制造提供借鉴和指导;3)数据来源不够明确,且现有对中小型陶瓷企业的研究结果很难体现国家或行业层面的生产技术水平和节能减排情况。为实现对瓷砖制造过程环境影响的精细化评估,构建可用于绿色节能改进的方法体系,本文以生产数据和工艺模型混合驱动为视角,在大规模取样和深入调研的基础上开展如下研究:1)在传统基于数据的生命周期评价方法基础上,对关键工艺的能耗数据利用物料守恒和能量守恒等理论进行建模计算,其中球磨机研磨过程利用粉碎理论和表面积理论建立了研磨过程的电能消耗模型,喷雾干燥过程和烧成过程利用物料守恒定理和热平衡理论建立了热平衡模型,抛光打磨过程利用动力学理论和能量守恒定理建立了能耗优化模型,进而提出基于数据-模型混合驱动的瓷砖制造过程评价方法;2)利用提出的方法评估国内陶瓷行业排名前五的某大型陶瓷企业瓷砖制造过程的环境影响,该方法保留了数据采集时的状态信息和模型计算时的设备参数、环境参数等信息,具有较高的准确性、完整性和一致性;3)对评估结果进行热点分析、敏感性分析和数据质量分析等以交叉验证结果的准确性,其中热点分析主要运用对比分析方法研究生命周期各个阶段和过程的相对大小,敏感性分析主要运用控制变量法研究各个过程的变动对最终环境指标的影响程度。本研究基于Gabi软件内置的CML2001体系,采用所提出的数据-模型混合驱动的生命周期方法对瓷砖生产过程清单数据的评估结果为:各个制造阶段的环境影响依次是原材料准备阶段>生产阶段>>精加工阶段>存储阶段,其中原材料准备阶段的开采过程和制粉过程的环境影响最为凸出,其次是生产阶段的烧成过程和干燥过程,这四个过程对除臭氧层破坏潜势外所有影响类别的贡献率均超过了61%,其中对非生物耗竭潜势、全球变暖潜势和人类潜在毒性潜势的贡献率分别达到了97.74%、95.34%和98.94%。敏感性分析结果也表明除臭氧层破坏潜势或人类潜在毒性潜势外所有的影响类别均对开采过程和制粉过程敏感,也就是说减少开采过程和制粉过程的能源消耗将有效地改善这些环境影响类别,例如减少制粉过程10%的能源消耗量,将对非生物耗竭潜势、酸化潜势、富营养化潜势、温室气体潜势和光化学臭氧创造潜势分别产生5.484%MJ、2.869%SO₂当量、3.953%Phosphate当量、4.84%CO₂当量和2.499%Ethene当量的环境效益。这与已有文献多数以中小陶瓷企业为对象,且得到的烧成过程和干燥过程为环境影响主要过程的结论有一定的差异性。综合实际调研、清单分析、影响潜势分析和敏感性分析的结果,可以认为原材料开采阶段的设备更新换代、制粉过程的方式转换和烧成过程的余热回收利用是需要进一步改进的三个重要方面。本文在研究方法和应用对象上均有一定创新,即方法上提出依赖于生产工艺的基于数据-模型混合驱动的生命周期评估方法,研究对象选择了中国排名前五的某大型陶瓷企业瓷砖生产过程。研究结果一方面弥补了脱离于生产工艺而单纯由数据驱动的传统生命周期方法的局限性,为其他学者研究生命周期评价方法提供新思路;另一方面,大型陶瓷企业瓷砖制造过程的评价结果更能代表中国陶瓷行业的生产技术水平和节能减排现状,有助于政府相关部门制定更加精准的节能减排指标和环保类法律法规,也有助于陶瓷企业以最优的成本开展节能减排活动。