海绵城市建设中碳排放核算研究进展及探析

林晓虎　任　婕　乔俊莲,2　徐竟成,2　郑　涛　程　炜

（1.同济大学环境科学与工程学院 上海 200092 2.长江水环境教育部重点实验室 上海 200092 3.同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 上海 200092）

引言

海绵城市具有降低城市内涝风险，缓解城市热岛效应、提高城市环境质量等作用，还能直接或间接地降低城市能源消耗及材料生产过程中产生的碳排放。因此，碳排放的核算对于研究海绵城市建设的生态环境效益具有重要意义。目前，国内有关碳排放的研究已有很多，但针对海绵设施的碳排放核算体系还有待确立。国外与海绵城市相近的概念主要有低影响开发（LID）、最佳管理措施（BMPs）、绿色基础设施（GI）、雨洪控制措施（SCMs）等，并且已有学者对此尝试了碳排放核算的研究[1-5]。总体而言，各个学者的研究自成体系，目前还没有形成统一的核算方法，但通过总结归纳依然可以提取出一些对我国海绵城市碳排放体系构建有益的经验。

生命周期评价法是指分析一项产品在生产、使用、废弃及回收再利用等各阶段造成的环境影响的方法，基于生命周期评价理论进行产品碳排放量化评估可以参照ISO14040/44标准进行，是一种自下而上的计算方法，需要定义计算边界，评价结果存在截断误差，适用于微观系统分析。目前已有的有关绿色基础设、低影响开放设施、市政基础设施、雨洪管理措施等与海绵设施相关的碳排放研究多采用生命周期评价进行碳排放核算分析[1,5,6]。基于此，本文分析了国内外对海绵城市相近领域的碳排放核算研究，并探讨我国海绵城市建设运行过程中的碳排放核算的思路。

1　基于生命周期评价法的研究

运用生命周期法进行碳排放核算，包括评价目标和边界确定、核算清单分析、影响评价和结果解释四个步骤。其中，评价边界确定和核算清单分析是评价过程中的重点，边界划分不同，纳入清单分析的数据详细程度不同，都会对最终的评价结果产生极大的影响[7]。将国内外已有的基于生命周期评价方法的对于海绵设施（或类似海绵设施）的碳排放核算研究整理如下表1所示。

表1　海绵设施的碳排放核算相关研究总结

1.1　核算边界与清单

根据空间上的核算边界划分的不同，对海绵设施碳排放的核算可以分为狭义和广义的两种。狭义的海绵设施碳排放核算以单个或若干个设施为研究对象，计算各个设施的直接和间接温室气体排放情况；而广义的海绵设施碳排放则是将海绵设施放在城市排水排放系统的大背景下计算系统的碳排放情况。如表1所示，目前大部分研究的对象还停留在对设施碳排放的核算上，并未将排水管网、排水泵站、污水处理厂等灰色排水设施纳入到核算范围内。但实际上，海绵设施的使用会对减轻排水系统的压力，从而降低对排水系统排水能力和污染削减能力的要求，从而减少排水系统整体的碳排放。因此，从广义的角度核算海绵设施的碳排放量更有利于认识海绵设施在节能减排方面的环境效益。Arturo[5]也在其2013年发表的综述中提出：绿色基础设施碳排放的核算不应只着眼于单体设施，更要让核算方法“拥抱”整个排水系统。

根据时间上的核算边界，基于生命周期评价法的海绵设施碳排放核算的时间边界应包括设施材料生产、运输、建设、运行、维护和拆除全过程，但目前已有的研究大多只考虑建设和运行维护阶段的碳排放以及部分碳汇项，对材料生产、运输及拆除阶段的碳排放，及潜在的碳汇途径的考虑还不够完善，导致核算出的碳排放具有一定的偏差[5]。

从碳排放类型的角度看，目前的研究中大多考虑只考虑了间接碳排放和部分碳汇项，核算内容有所遗漏。间接碳排放具体应包括各设施在其生命周期内各阶段内发生的材料（建设和维护材料）生产运输、设备（建设、维护及拆卸设备）物耗及能耗、废料（建设拆除废料）处理处置能耗，以及部分设施自身的物耗和能耗（如蓄水池内的水泵）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、质量平衡法和实测法。

1.2.1排放因子法

排放因子法是IPCC（政府间气候变化专门委员会）提出的第一种碳排排放估算方法，也是目前应用最广泛的方法。该方法的基本思路是将活动数据（单个排放源与碳排放直接相关的具体使用量和投入数量）和与之对应的排放因子（单位某排放源用量所释放的温室气体数量）的乘积作为碳排放量的估算值。其中，活动数据主要来自国家相关统计数据、排放源普查、调查资料和监测数据等；排放因子可以采用IPCC报告中给出的缺省值，也可以自行构造[9]。

1.2.2质量平衡法

质量平衡法是根据质量守恒定律，对排放主体的投入量和产出量中的含碳量进行平衡计算的方法。计算公式如下：

排放量=[∑（投入物量i×投入物含量碳量）i-∑（输出物量i×输出物含碳量式中，i表示不同类别的物料。

1.2.3实测法

实测法是通过现场实测，来获得相关碳排放量的方法。该方法中间环节少，结果相对准确，但数据获取难度大。测试过程需要保证样品采样的代表性和测试结果的准确性，测试工作需要投入大量的人力、物理，核算成本较高。实测法只适合于有温室气体直接排放的碳排放源，对于产品和服务中隐含的碳排放，则无法用该方法直接测算。

2　碳排放核算过程的建议

2.1　合理确定核算边界

当前已有的碳排放核算研究中核算边界比较模糊且不周全，而确定合理的核算边界以及核算内容是科学地核算海绵城市建设中的碳排放的重要基础。核算的空间边界应当根据被核算的设施覆盖范围及其服务面积来考虑，海绵城市建设与城市排水系统紧密相关，因此排水体系也有必要纳入考虑。

核算的时间边界应按照全生命周期评价方法的要求，除了建设、运行和维护阶段以外，同时考虑材料生产、运输和设施拆卸阶段的碳排放。

2.2　完整纳入核算内容

对于核算内容，除了通常考虑的间接碳排放，也应当对碳汇项考虑周全，并重视直接碳排放的考虑。海绵设施的直接碳排放是长期的，有必要开展长期监测研究。通过长期大量的实测研究来换算得到准确的直接碳排放因子，便于在碳排放核算中推广应用。

海绵设施使用过程中还有潜在的碳汇途径，包括绿地固碳、径流削减、雨水利用、雨水净化、建筑节能等方面。其中，绿地碳汇包括植物固碳和土壤固碳，植物固碳效应在碳减排中的贡献显而易见，且计算较为简单，较多文献中已有讨论，土壤固碳也不容忽视，其研究也在逐渐增多；雨水利用碳汇的计算主要针对雨水收集设施（蓄水池、雨水罐等），计算方法通常是将其等价为生产等量自来水所产生的碳排放；建筑节能碳汇的计算主要针对绿色屋顶，因为该设施具有降低室内温度的效果，计算方法是将其转化为利用空调降低同样温度的过程中因耗电而引起的碳排放。使用灰色基础设施强排雨水的过程需要消耗能量，因此计算径流削减碳汇量时，应先计算出设施削减的径流量，然后再根据强排等量雨水时排水系统排放的碳排放量反推出径流削减的碳汇量。Spatari等[4]采用LIRA2.0软件对使用LID设施后的径流量与未使用LID设施的径流量进行比较，在此基础上根据雨水系统的吨水耗电量计算了LID设施的径流削减碳汇。雨水净化碳汇也是将其转化为污水处理厂净化等量污水所排放的碳排放量来进行等价计算。

结合已有研究，本文提出建议的海绵城市建设中碳排放核算边界及内容，如图1所示。

图1　我国海绵城市建设的碳排放核算边界与内容

2.3　逐步构建核算数据库

碳排放因子的合理确定对于碳排放核算具有重要意义。海绵城市建设涉及的领域较多，因此有必要构建海绵城市建设的碳排放因子等数据库。将常见海绵设施的工程量与材料清单、建造材料的碳排放因子、设备机械的能耗物耗等作为碳排放核算的基础数据库，将为海绵城市建设中碳排放核算提供便利，在工程应用和研究开展上都有较大的价值。

结语

碳排放核算对于海绵城市建设的生态环境效益分析有着重要意义，而核算工作仍有待加强开展与深化。基于IPCC的方法学原则，结合直接碳排放的监测与分析，全面考虑各类碳汇项，精确合理地构建海绵城市建设中碳排放的核算体系，是全面评估海绵城市建设效益的重要方面，有待于相关研究与实践深入。

[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,张涛,et al.市政基础设施碳排放核算框架研究[J].工程管理学报,2010,24(6):626-30.

[7]王吉凯.基于产品生命周期的碳排放计量方法研究[D];合肥工业大学,2012.

[8]黄柳菁,张颖,邓一荣,et al.城市绿地的碳足迹核算和评估——以广州市为例[J].林业资源管理,2017,2):65-73.

[9]刘明达,蒙吉军,刘碧寒.国内外碳排放核算方法研究进展[J].热带地理,2014,34(2):248-58.

上海市科委重点科技攻关项目 16DZ1202107