海綿城市建設中碳排放核算研究進展及探析

林曉虎　任　婕　喬俊蓮,2　徐竟成,2　鄭　濤　程　煒

（1.同濟大學環境科學與工程學院 上海 200092 2.長江水環境教育部重點實驗室 上海 200092 3.同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司 上海 200092）

引言

海綿城市具有降低城市內澇風險，緩解城市熱島效應、提高城市環境質量等作用，還能直接或間接地降低城市能源消耗及材料生產過程中產生的碳排放。因此，碳排放的核算對于研究海綿城市建設的生態環境效益具有重要意義。目前，國內有關碳排放的研究已有很多，但針對海綿設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（LID）、最佳管理措施（BMPs）、綠色基礎設施（GI）、雨洪控制措施（SCMs）等，并且已有學者對此嘗試了碳排放核算的研究[1-5]。總體而言，各個學者的研究自成體系，目前還沒有形成統一的核算方法，但通過總結歸納依然可以提取出一些對我國海綿城市碳排放體系構建有益的經驗。

生命周期評價法是指分析一項產品在生產、使用、廢棄及回收再利用等各階段造成的環境影響的方法，基于生命周期評價理論進行產品碳排放量化評估可以參照ISO14040/44標準進行，是一種自下而上的計算方法，需要定義計算邊界，評價結果存在截斷誤差，適用于微觀系統分析。目前已有的有關綠色基礎設、低影響開放設施、市政基礎設施、雨洪管理措施等與海綿設施相關的碳排放研究多采用生命周期評價進行碳排放核算分析[1,5,6]。基于此，本文分析了國內外對海綿城市相近領域的碳排放核算研究，并探討我國海綿城市建設運行過程中的碳排放核算的思路。

1　基于生命周期評價法的研究

運用生命周期法進行碳排放核算，包括評價目標和邊界確定、核算清單分析、影響評價和結果解釋四個步驟。其中，評價邊界確定和核算清單分析是評價過程中的重點，邊界劃分不同，納入清單分析的數據詳細程度不同，都會對最終的評價結果產生極大的影響[7]。將國內外已有的基于生命周期評價方法的對于海綿設施（或類似海綿設施）的碳排放核算研究整理如下表1所示。

表1　海綿設施的碳排放核算相關研究總結

1.1　核算邊界與清單

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

根據時間上的核算邊界，基于生命周期評價法的海綿設施碳排放核算的時間邊界應包括設施材料生產、運輸、建設、運行、維護和拆除全過程，但目前已有的研究大多只考慮建設和運行維護階段的碳排放以及部分碳匯項，對材料生產、運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，核算內容有所遺漏。間接碳排放具體應包括各設施在其生命周期內各階段內發生的材料（建設和維護材料）生產運輸、設備（建設、維護及拆卸設備）物耗及能耗、廢料（建設拆除廢料）處理處置能耗，以及部分設施自身的物耗和能耗（如蓄水池內的水泵）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、質量平衡法和實測法。

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）提出的第一種碳排排放估算方法，也是目前應用最廣泛的方法。該方法的基本思路是將活動數據（單個排放源與碳排放直接相關的具體使用量和投入數量）和與之對應的排放因子（單位某排放源用量所釋放的溫室氣體數量）的乘積作為碳排放量的估算值。其中，活動數據主要來自國家相關統計數據、排放源普查、調查資料和監測數據等；排放因子可以采用IPCC報告中給出的缺省值，也可以自行構造[9]。

1.2.2質量平衡法

質量平衡法是根據質量守恒定律，對排放主體的投入量和產出量中的含碳量進行平衡計算的方法。計算公式如下：

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實測法

實測法是通過現場實測，來獲得相關碳排放量的方法。該方法中間環節少，結果相對準確，但數據獲取難度大。測試過程需要保證樣品采樣的代表性和測試結果的準確性，測試工作需要投入大量的人力、物理，核算成本較高。實測法只適合于有溫室氣體直接排放的碳排放源，對于產品和服務中隱含的碳排放，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容是科學地核算海綿城市建設中的碳排放的重要基礎。核算的空間邊界應當根據被核算的設施覆蓋范圍及其服務面積來考慮，海綿城市建設與城市排水系統緊密相關，因此排水體系也有必要納入考慮。

核算的時間邊界應按照全生命周期評價方法的要求，除了建設、運行和維護階段以外，同時考慮材料生產、運輸和設施拆卸階段的碳排放。

2.2　完整納入核算內容

對于核算內容，除了通常考慮的間接碳排放，也應當對碳匯項考慮周全，并重視直接碳排放的考慮。海綿設施的直接碳排放是長期的，有必要開展長期監測研究。通過長期大量的實測研究來換算得到準確的直接碳排放因子，便于在碳排放核算中推廣應用。

海綿設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，植物固碳效應在碳減排中的貢獻顯而易見，且計算較為簡單，較多文獻中已有討論，土壤固碳也不容忽視，其研究也在逐漸增多；雨水利用碳匯的計算主要針對雨水收集設施（蓄水池、雨水罐等），計算方法通常是將其等價為生產等量自來水所產生的碳排放；建筑節能碳匯的計算主要針對綠色屋頂，因為該設施具有降低室內溫度的效果，計算方法是將其轉化為利用空調降低同樣溫度的過程中因耗電而引起的碳排放。使用灰色基礎設施強排雨水的過程需要消耗能量，因此計算徑流削減碳匯量時，應先計算出設施削減的徑流量，然后再根據強排等量雨水時排水系統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設施后的徑流量與未使用LID設施的徑流量進行比較，在此基礎上根據雨水系統的噸水耗電量計算了LID設施的徑流削減碳匯。雨水凈化碳匯也是將其轉化為污水處理廠凈化等量污水所排放的碳排放量來進行等價計算。

結合已有研究，本文提出建議的海綿城市建設中碳排放核算邊界及內容，如圖1所示。

圖1　我國海綿城市建設的碳排放核算邊界與內容

2.3　逐步構建核算數據庫

碳排放因子的合理確定對于碳排放核算具有重要意義。海綿城市建設涉及的領域較多，因此有必要構建海綿城市建設的碳排放因子等數據庫。將常見海綿設施的工程量與材料清單、建造材料的碳排放因子、設備機械的能耗物耗等作為碳排放核算的基礎數據庫，將為海綿城市建設中碳排放核算提供便利，在工程應用和研究開展上都有較大的價值。

結語

碳排放核算對于海綿城市建設的生態環境效益分析有著重要意義，而核算工作仍有待加強開展與深化。基于IPCC的方法學原則，結合直接碳排放的監測與分析，全面考慮各類碳匯項，精確合理地構建海綿城市建設中碳排放的核算體系，是全面評估海綿城市建設效益的重要方面，有待于相關研究與實踐深入。

[1]KIM D,PARK T,HYUN K,et al.Life cycle greenhouse-gas emissions from urban area with low impact development (LID) [J].Advances in Environmental Research,2013,2(4).

[2]MOORE T L C,HUNT W F.Predicting the carbon footprint of urban stormwater infrastructure[J].Ecological Engineering,2013,58(10):44-51.

[3]FLYNN K M,TRAVER P.Evaluation of Green Infrastructure Practices Using Life Cycle Asessment[J].2011.

[4]SPATARI S,YU Z,MONTALTO F A.Life cycle implications of urban green infrastructure[J].Environmental Pollution,2011,159(8-9):2174.

[5]CASAL-CAMPOS A,FU G,BUTLER D.The whole life carbon footprint of green infrastructure:A call for integration;proceedings of the Novatech,F,2013[C].

[6]章蓓蓓,成虎,張濤,et al.市政基礎設施碳排放核算框架研究[J].工程管理學報,2010,24(6):626-30.

[7]王吉凱.基于產品生命周期的碳排放計量方法研究[D];合肥工業大學,2012.

[8]黃柳菁,張穎,鄧一榮,et al.城市綠地的碳足跡核算和評估——以廣州市為例[J].林業資源管理,2017,2):65-73.

[9]劉明達,蒙吉軍,劉碧寒.國內外碳排放核算方法研究進展[J].熱帶地理,2014,34(2):248-58.

上海市科委重點科技攻關項目 16DZ1202107