海綿城市建設(shè)中碳排放核算研究進(jìn)展及探析

林曉虎　任　婕　喬俊蓮,2　徐竟成,2　鄭　濤　程　煒

（1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 上海 200092 2.長江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200092 3.同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司 上海 200092）

引言

海綿城市具有降低城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，緩解城市熱島效應(yīng)、提高城市環(huán)境質(zhì)量等作用，還能直接或間接地降低城市能源消耗及材料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放。因此，碳排放的核算對于研究海綿城市建設(shè)的生態(tài)環(huán)境效益具有重要意義。目前，國內(nèi)有關(guān)碳排放的研究已有很多，但針對海綿設(shè)施的碳排放核算體系還有待確立。國外與海綿城市相近的概念主要有低影響開發(fā)（LID）、最佳管理措施（BMPs）、綠色基礎(chǔ)設(shè)施（GI）、雨洪控制措施（SCMs）等，并且已有學(xué)者對此嘗試了碳排放核算的研究[1-5]。總體而言，各個(gè)學(xué)者的研究自成體系，目前還沒有形成統(tǒng)一的核算方法，但通過總結(jié)歸納依然可以提取出一些對我國海綿城市碳排放體系構(gòu)建有益的經(jīng)驗(yàn)。

生命周期評價(jià)法是指分析一項(xiàng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用、廢棄及回收再利用等各階段造成的環(huán)境影響的方法，基于生命周期評價(jià)理論進(jìn)行產(chǎn)品碳排放量化評估可以參照ISO14040/44標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，是一種自下而上的計(jì)算方法，需要定義計(jì)算邊界，評價(jià)結(jié)果存在截?cái)嗾`差，適用于微觀系統(tǒng)分析。目前已有的有關(guān)綠色基礎(chǔ)設(shè)、低影響開放設(shè)施、市政基礎(chǔ)設(shè)施、雨洪管理措施等與海綿設(shè)施相關(guān)的碳排放研究多采用生命周期評價(jià)進(jìn)行碳排放核算分析[1,5,6]?；诖?，本文分析了國內(nèi)外對海綿城市相近領(lǐng)域的碳排放核算研究，并探討我國海綿城市建設(shè)運(yùn)行過程中的碳排放核算的思路。

1　基于生命周期評價(jià)法的研究

運(yùn)用生命周期法進(jìn)行碳排放核算，包括評價(jià)目標(biāo)和邊界確定、核算清單分析、影響評價(jià)和結(jié)果解釋四個(gè)步驟。其中，評價(jià)邊界確定和核算清單分析是評價(jià)過程中的重點(diǎn)，邊界劃分不同，納入清單分析的數(shù)據(jù)詳細(xì)程度不同，都會(huì)對最終的評價(jià)結(jié)果產(chǎn)生極大的影響[7]。將國內(nèi)外已有的基于生命周期評價(jià)方法的對于海綿設(shè)施（或類似海綿設(shè)施）的碳排放核算研究整理如下表1所示。

表1　海綿設(shè)施的碳排放核算相關(guān)研究總結(jié)

1.1　核算邊界與清單

根據(jù)空間上的核算邊界劃分的不同，對海綿設(shè)施碳排放的核算可以分為狹義和廣義的兩種。狹義的海綿設(shè)施碳排放核算以單個(gè)或若干個(gè)設(shè)施為研究對象，計(jì)算各個(gè)設(shè)施的直接和間接溫室氣體排放情況；而廣義的海綿設(shè)施碳排放則是將海綿設(shè)施放在城市排水排放系統(tǒng)的大背景下計(jì)算系統(tǒng)的碳排放情況。如表1所示，目前大部分研究的對象還停留在對設(shè)施碳排放的核算上，并未將排水管網(wǎng)、排水泵站、污水處理廠等灰色排水設(shè)施納入到核算范圍內(nèi)。但實(shí)際上，海綿設(shè)施的使用會(huì)對減輕排水系統(tǒng)的壓力，從而降低對排水系統(tǒng)排水能力和污染削減能力的要求，從而減少排水系統(tǒng)整體的碳排放。因此，從廣義的角度核算海綿設(shè)施的碳排放量更有利于認(rèn)識(shí)海綿設(shè)施在節(jié)能減排方面的環(huán)境效益。Arturo[5]也在其2013年發(fā)表的綜述中提出：綠色基礎(chǔ)設(shè)施碳排放的核算不應(yīng)只著眼于單體設(shè)施，更要讓核算方法“擁抱”整個(gè)排水系統(tǒng)。

根據(jù)時(shí)間上的核算邊界，基于生命周期評價(jià)法的海綿設(shè)施碳排放核算的時(shí)間邊界應(yīng)包括設(shè)施材料生產(chǎn)、運(yùn)輸、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)和拆除全過程，但目前已有的研究大多只考慮建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)階段的碳排放以及部分碳匯項(xiàng)，對材料生產(chǎn)、運(yùn)輸及拆除階段的碳排放，及潛在的碳匯途徑的考慮還不夠完善，導(dǎo)致核算出的碳排放具有一定的偏差[5]。

從碳排放類型的角度看，目前的研究中大多考慮只考慮了間接碳排放和部分碳匯項(xiàng)，核算內(nèi)容有所遺漏。間接碳排放具體應(yīng)包括各設(shè)施在其生命周期內(nèi)各階段內(nèi)發(fā)生的材料（建設(shè)和維護(hù)材料）生產(chǎn)運(yùn)輸、設(shè)備（建設(shè)、維護(hù)及拆卸設(shè)備）物耗及能耗、廢料（建設(shè)拆除廢料）處理處置能耗，以及部分設(shè)施自身的物耗和能耗（如蓄水池內(nèi)的水泵）所引起的碳排放。

1.2　碳排放核算方法

常用的碳排放核算方法主要有：排放因子法、質(zhì)量平衡法和實(shí)測法。

1.2.1排放因子法

排放因子法是IPCC（政府間氣候變化專門委員會(huì)）提出的第一種碳排排放估算方法，也是目前應(yīng)用最廣泛的方法。該方法的基本思路是將活動(dòng)數(shù)據(jù)（單個(gè)排放源與碳排放直接相關(guān)的具體使用量和投入數(shù)量）和與之對應(yīng)的排放因子（單位某排放源用量所釋放的溫室氣體數(shù)量）的乘積作為碳排放量的估算值。其中，活動(dòng)數(shù)據(jù)主要來自國家相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、排放源普查、調(diào)查資料和監(jiān)測數(shù)據(jù)等；排放因子可以采用IPCC報(bào)告中給出的缺省值，也可以自行構(gòu)造[9]。

1.2.2質(zhì)量平衡法

質(zhì)量平衡法是根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對排放主體的投入量和產(chǎn)出量中的含碳量進(jìn)行平衡計(jì)算的方法。計(jì)算公式如下：

排放量=[∑（投入物量i×投入物含量碳量）i-∑（輸出物量i×輸出物含碳量式中，i表示不同類別的物料。

1.2.3實(shí)測法

實(shí)測法是通過現(xiàn)場實(shí)測，來獲得相關(guān)碳排放量的方法。該方法中間環(huán)節(jié)少，結(jié)果相對準(zhǔn)確，但數(shù)據(jù)獲取難度大。測試過程需要保證樣品采樣的代表性和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，測試工作需要投入大量的人力、物理，核算成本較高。實(shí)測法只適合于有溫室氣體直接排放的碳排放源，對于產(chǎn)品和服務(wù)中隱含的碳排放，則無法用該方法直接測算。

2　碳排放核算過程的建議

2.1　合理確定核算邊界

當(dāng)前已有的碳排放核算研究中核算邊界比較模糊且不周全，而確定合理的核算邊界以及核算內(nèi)容是科學(xué)地核算海綿城市建設(shè)中的碳排放的重要基礎(chǔ)。核算的空間邊界應(yīng)當(dāng)根據(jù)被核算的設(shè)施覆蓋范圍及其服務(wù)面積來考慮，海綿城市建設(shè)與城市排水系統(tǒng)緊密相關(guān)，因此排水體系也有必要納入考慮。

核算的時(shí)間邊界應(yīng)按照全生命周期評價(jià)方法的要求，除了建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)階段以外，同時(shí)考慮材料生產(chǎn)、運(yùn)輸和設(shè)施拆卸階段的碳排放。

2.2　完整納入核算內(nèi)容

對于核算內(nèi)容，除了通?？紤]的間接碳排放，也應(yīng)當(dāng)對碳匯項(xiàng)考慮周全，并重視直接碳排放的考慮。海綿設(shè)施的直接碳排放是長期的，有必要開展長期監(jiān)測研究。通過長期大量的實(shí)測研究來換算得到準(zhǔn)確的直接碳排放因子，便于在碳排放核算中推廣應(yīng)用。

海綿設(shè)施使用過程中還有潛在的碳匯途徑，包括綠地固碳、徑流削減、雨水利用、雨水凈化、建筑節(jié)能等方面。其中，綠地碳匯包括植物固碳和土壤固碳，植物固碳效應(yīng)在碳減排中的貢獻(xiàn)顯而易見，且計(jì)算較為簡單，較多文獻(xiàn)中已有討論，土壤固碳也不容忽視，其研究也在逐漸增多；雨水利用碳匯的計(jì)算主要針對雨水收集設(shè)施（蓄水池、雨水罐等），計(jì)算方法通常是將其等價(jià)為生產(chǎn)等量自來水所產(chǎn)生的碳排放；建筑節(jié)能碳匯的計(jì)算主要針對綠色屋頂，因?yàn)樵撛O(shè)施具有降低室內(nèi)溫度的效果，計(jì)算方法是將其轉(zhuǎn)化為利用空調(diào)降低同樣溫度的過程中因耗電而引起的碳排放。使用灰色基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)排雨水的過程需要消耗能量，因此計(jì)算徑流削減碳匯量時(shí)，應(yīng)先計(jì)算出設(shè)施削減的徑流量，然后再根據(jù)強(qiáng)排等量雨水時(shí)排水系統(tǒng)排放的碳排放量反推出徑流削減的碳匯量。Spatari等[4]采用LIRA2.0軟件對使用LID設(shè)施后的徑流量與未使用LID設(shè)施的徑流量進(jìn)行比較，在此基礎(chǔ)上根據(jù)雨水系統(tǒng)的噸水耗電量計(jì)算了LID設(shè)施的徑流削減碳匯。雨水凈化碳匯也是將其轉(zhuǎn)化為污水處理廠凈化等量污水所排放的碳排放量來進(jìn)行等價(jià)計(jì)算。

結(jié)合已有研究，本文提出建議的海綿城市建設(shè)中碳排放核算邊界及內(nèi)容，如圖1所示。

圖1　我國海綿城市建設(shè)的碳排放核算邊界與內(nèi)容

2.3　逐步構(gòu)建核算數(shù)據(jù)庫

碳排放因子的合理確定對于碳排放核算具有重要意義。海綿城市建設(shè)涉及的領(lǐng)域較多，因此有必要構(gòu)建海綿城市建設(shè)的碳排放因子等數(shù)據(jù)庫。將常見海綿設(shè)施的工程量與材料清單、建造材料的碳排放因子、設(shè)備機(jī)械的能耗物耗等作為碳排放核算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，將為海綿城市建設(shè)中碳排放核算提供便利，在工程應(yīng)用和研究開展上都有較大的價(jià)值。

結(jié)語

碳排放核算對于海綿城市建設(shè)的生態(tài)環(huán)境效益分析有著重要意義，而核算工作仍有待加強(qiáng)開展與深化?；贗PCC的方法學(xué)原則，結(jié)合直接碳排放的監(jiān)測與分析，全面考慮各類碳匯項(xiàng)，精確合理地構(gòu)建海綿城市建設(shè)中碳排放的核算體系，是全面評估海綿城市建設(shè)效益的重要方面，有待于相關(guān)研究與實(shí)踐深入。

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上海市科委重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目 16DZ1202107