基于生命周期(LCA)的園林碳排放評價初探

劉瀚洋 陳步金 趙 兵

南京林業(yè)大學風景園林學院 南京 210037

隨著城市建設步伐的不斷加快，園林在美化城市環(huán)境、吸碳固碳方面起著越來越重要的作用，例如研究發(fā)現(xiàn)1994-2003年上海由于城市綠化和種植經(jīng)濟林增加了192.1 萬t 碳匯［1］。在國家號召節(jié)能減排的背景下，特別是隨著十八大“生態(tài)文明”“美麗中國”概念的提出，人們對園林在環(huán)境保護、節(jié)能減排上的重要意義有了更進一步的認識，特別是降低園林自身的碳排放量、發(fā)展低碳園林更加受到各界關注。本文根據(jù)生命周期理論(LCA)建立園林生命周期碳排放評價框架和方法，以期為園林的碳排放評價提供一種量化方法。

1 園林生命周期碳排放

1.1 園林生命周期分析法

生命周期分析法(Life Cycle Analysis，LCA)是對一個產(chǎn)品系統(tǒng)整個生命周期中輸入、輸出及潛在環(huán)境影響的匯編和評價［2］。生命周期法(LCA)自誕生以來在多個專業(yè)領域里得到了廣泛的運用［3-4］。謝園方認為，運用生命周期評價來測定碳排放，涉及到測度對象每個環(huán)節(jié)的活動過程，且通常以活動環(huán)節(jié)為分類單位;要求詳細研究測度對象生命周期內(nèi)的能源需求和原材料利用和活動造成的廢氣物排放，包括原材料資源化、開采、運輸、制造/加工、分配、利用/再利用、維護以及過后的廢物處理［5］。

園林生命周期是指園林產(chǎn)品的生命周期，包括建造園林所需材料的生產(chǎn)、園林的設計建造、園林建成后的運行維護、園林的廢棄處置4 個階段。園林生命周期的碳排放量即為上述4 個階段的碳排量的總和。需要指出的是園林使用階段所產(chǎn)生的碳排放僅包括直接用于園林造景需求所產(chǎn)生的碳排放，如在營造水景時噴泉設備由于消耗電能所產(chǎn)生的碳排放。而間接用于造景需求所產(chǎn)生的碳排放，如為滿足園林建筑內(nèi)部功能的運行，空調(diào)、燈具等所產(chǎn)生的碳排放則排除在外。

1.2 低碳園林

低碳思潮在全球范圍內(nèi)發(fā)展迅速，不同學者對低碳園林的認識也產(chǎn)生了不同的觀點［6-8］。盡管各專家學者對低碳園林理念進行了不同的闡述，但其核心特征其實是低能耗、低排放、高碳匯，使園林在其生命周期內(nèi)的碳排放總量限制在最小范圍。需要指出的是，人們在對低碳園林的概念與內(nèi)涵的理解上還存在一些誤區(qū)。節(jié)約型園林是要求資源和能源的投入最小化，產(chǎn)生的生態(tài)、環(huán)境和社會效益最大化，有利于促進人與自然和諧相處的園林綠化建設模式［9］。兩者概念比較可知，低碳園林不同于節(jié)約型園林，低碳園林的衡量標準是碳排放量的多少，其本質(zhì)特征是在建造、維護、再生過程中對化石燃料的低消耗以及CO2等溫室氣體的低排放。低碳園林通過排放較當前水平更少的CO2來獲得當前或更多的經(jīng)濟效益。在這個過程中，為了達到減少碳排放量的目標，在生態(tài)補償機制的影響下，有時甚至需要付出更多的人力、財力以及物力。

2 園林生命周期碳排放評價

低碳園林的研究評價方法目前主要分為定性評價和定量評價2種，但目前國內(nèi)使用最多的仍為定性評價。碳排放量定性評價雖然操作簡單、涉及面廣泛，但缺點是由于評價主體具有主觀性，難以保證評價結果的客觀準確性。另外，由于其只能針對某段或整體工程完成后才能進行評價，因此缺乏對過程細節(jié)的評述。為了將低碳園林真正付諸實踐就必須對其在設計、建造、運行以及更新等過程中的碳排放進行系統(tǒng)的量化統(tǒng)計。目前，對碳排放進行定量研究的常用方法為基于生命周期理論(LCA)的定量評價方法。其優(yōu)點為具有較強的客觀性，可以在項目實施前做出一定的預測;其難點是需要進行大量的數(shù)據(jù)收集計算，因此工作量較大。

2.1 生命周期評價原理及方法

1990年國際環(huán)境毒理學和化學學會(SETAC)首先系統(tǒng)提出了生命周期評價概念［10］。其主要目的是用于對一個產(chǎn)品、工序或生產(chǎn)活動的環(huán)境后果或潛在的環(huán)境影響進行科學和系統(tǒng)的定量研究［11］。生命周期評價的基本結構包括定義目標與確定范圍、清單分析、影響評價和改善評價4 個環(huán)節(jié)。本文即是基于生命周期評價理論初步建立低碳園林生命周期碳排放評價體系和方法。

2.2 園林生命周期碳排放評價功能單位

不同尺度的園林在其生命周期內(nèi)產(chǎn)生的碳排放量不同。不同園林的生命周期長短不同，其整個生命周期內(nèi)產(chǎn)生的碳排放量也不同。建立一個統(tǒng)一的且具有可比性的碳排放量評價標準是園林生命周期碳排放量測評的關鍵。用每年每平方米園林面積的碳排放量［kg/(m2·a)］作為評價標準可以消除園林面積大小及生命周期長短不同所產(chǎn)生的影響，使測評對象擁有一個統(tǒng)一的具有可比性的評價標準。因此，選用每年每平方米園林面積所產(chǎn)生的碳排放量［kg/(m2·a)］作為低碳園林生命周期碳排放評價的比較單位是具有現(xiàn)實意義的。

2.3 園林生命周期碳排放評價范圍和對象

園林生命周期碳排放評價范圍應包括建造園林所需材料的生產(chǎn)、園林的設計建造、園林建成后的運行維護、園林的廢棄處置4 個階段［12］。由于園林的規(guī)劃設計階段主要是設計師的腦力活動，不涉及到對化石能源的消耗，此過程的碳排放量可以忽略不計。

圖1 園林生命周期各階段碳排放構成

2.4 園林生命周期碳排放清單分析

清單分析的重點是以產(chǎn)品的功能單位表示的產(chǎn)品系統(tǒng)的輸入和輸出，其主要任務是對系統(tǒng)內(nèi)所有單元過程的輸入和輸出進行數(shù)據(jù)的收集和計算［13］。清單分析方法主要分為三種:基于過程的清單分析，基于經(jīng)濟投入和產(chǎn)出分析的清單分析和混合清單分析?；谶^程的清單分析以產(chǎn)品的生產(chǎn)過程為基礎，將產(chǎn)品系統(tǒng)在其邊界范圍內(nèi)分為一系列的單元過程或活動，通過對單元過程或活動的輸入及輸出分析，建立相應的數(shù)據(jù)清單。按照產(chǎn)品系統(tǒng)與各單元過程或活動的內(nèi)在關系，建立以功能單位表示的產(chǎn)品系統(tǒng)的環(huán)境交換清單［14］。

在分析園林生命周期的碳排放清單時，由于園林植物具有碳匯能力，能抵消掉相應數(shù)量的二氧化碳排放量;另在產(chǎn)品的更新再生階段，在清單分析中的輸入部分應折減由于原材料的回收利用所減少的碳排放量。

圖2 各階段清單建立步驟

2.5 園林生命周期碳排放測度方法

對于碳排量的計算，首先應將生命周期中所有的能源和碳排量建立關系。這種關系的建立需要以能源碳排放因子作為媒介。能源碳排放因子是表征某種能源溫室氣體排放特征的重要參數(shù)［15］。其概念是指單位質(zhì)量的能源產(chǎn)生碳排放的數(shù)量，具體可以以單位碳的量來表示，也可以用二氧化碳的量來表示，從量上來說包含了能源從開采到使用各個環(huán)節(jié)碳排放量的總和［16］。園林生命周期碳排放量即是建造園林所需材料的生產(chǎn)、園林的建造、園林建成后的使用維護、園林的廢棄處置4 個階段碳排放量的總和，計算公式為:

其中，C 表示園林生命周期的碳排放總量，Wi表示i 階段的碳排放量，n 表示所處生命周期階段。

其中，Wi表示i 階段碳排放量，Mj表示i 階段j能源的消耗量，Qj表示j 能源的排放因子。

結合《2006年IPCC 國家溫室氣體清單指南》及中國工程院相關研究資料，表1 根據(jù)不同類型的能源分別提供了碳排放因子以及CO2排放因子。計算時可以根據(jù)不同的能源類型分別選取不同的系數(shù)進行計算。

表1 常用能源排放因子

3 結語

園林建設涉及多個專業(yè)領域，并且由于國內(nèi)關于園林建設工程中的基礎數(shù)據(jù)的收集和管理還不完善，都給低碳園林碳排放量化工作帶來困難。本文基于生命周期法(LCA)界定了低碳園林生命周期碳排放評價對象和評價范圍，選擇了低碳園林碳排放功能單位并對低碳園林生命周期的不同階段進行了清單分析，提出了低碳園林生命周期碳排放評價的框架與方法。低碳園林的發(fā)展將是未來園林發(fā)展的重要方向，研究和建立低碳園林的量化評價體系具有重要意義。隨著我國相關行業(yè)基礎數(shù)據(jù)統(tǒng)計收集、檢測處理工作的進一步完善和透明，本方法希望能為低碳園林的碳排放量化評價工作的發(fā)展完善提供一些參考。

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