对碳足迹、低碳建筑的初步认识.docx

对碳足迹低碳建筑的初认识本文通过付老师在中冶赛迪的结题报告“低碳建筑碳足迹计算方法及评价体系的研究”，并结合自己所查找文献，写出本文对碳足迹以及低碳建筑的一些初步认识。1碳足迹的定义1.1碳足迹概念的提出碳足迹源于生态足迹的概念，1996年英国的Ress和Wackernagel发表的“Our Ecological Footprint”中采用生态足迹来描述人类生产消费活动造成的生态影响，以生态生产性土地面积表示，而碳足迹关注的是某项活动或某个组织所排放的温室气体量，以质量或面积表示。日本、英国、美国等国家都已相继开展了碳足迹相关评价的研究。具体通过测量碳消耗产生的导致全球变暖的主要元素二氧化碳量来评估人类活动对环境的影响。英国的碳信托（Carbon Trust）公司将碳足迹定义为用以确定和衡量每件产品或每一项活动的供应链流程步骤中温室气体总排放碳当量的一种明确的方法和技术。比较权威和综合性的是Thomas Wiedmann的定义：碳足迹是社会活动或某一产品生命周期过程中产生的二氧化碳排放量。虽然温室气体还包括其他气体，但是碳足迹是以二氧化碳这个当量表达的全部温室气体量，即其他含碳气体都被换算成二氧化碳来表示。1.2系统边界界定碳足迹的系统边界涉及两个问题：是否需要包括隐含在生产链上游相关过程中的间接排放；如果需要，那么边界应当划在哪里？目前大部分的观点是碳足迹应当包括产品或活动在生命周期内直接和间接排放的温室气体量。为便于描述“直接”和“间接”排放源，同时也为避免重复计算，不同学者及研究机构提出了多种碳足迹清单。这些清单可归纳为范围组建增大的“层”：第一层包含产品或活动引起的直接排放，第二层包括因电力消费所引起的间接排放，第三层包括其他所有间接排放。分层的优点是便于研究者识别碳足迹的主要来源，从而制定经济有效的减排对策。1.3分类碳足迹可以分为国家碳足迹、企业（组织）碳足迹、产品和服务碳足迹、个人碳足迹四个层面。其中产品碳足迹是应用最广的概念，即研究产品生命周期产生的温室气体排放量。国家碳足迹：整个国家或城市的总体物质与能源的好用所产生GHG（Greenhouse Gas）排放量。企业（组织）碳足迹：指在企业所界定的范围内产生的直接和间接二氧化碳当量排放量。产品碳足迹：以产品制造、使用及废弃阶段，全生命周期过程中所产生的GHG（Greenhouse Gas）排放量。个人碳足迹指的是个人日常生活中的衣食住行所导致的GHG排放量。2碳足迹的发展历程在全球范围内，碳足迹还是一个相对陌生的概念。虽然很多国际大公司很快采取了相应的实际行动，但在我国，这个概念还没有深入人心。2.1国外碳足迹的发展历程及现状2.1.1国外碳足迹的研究在国际形势的推动下，不但使企业与产品估算了自己的碳足迹，相关学者亦对碳足迹进行了许多研究。Paul等对美国10种网络碳足迹计算器进行了比较；Johnson对使用2种不同能源的叉车所产生的碳足迹进行了比较；Kenny运用6种碳足迹模型对爱尔兰的家庭碳足迹进行了研究；Perry根据清洁的使用提出在加工工业单位生产部门要提高能源利用效率，并提倡使用能源集成系统；Sundarakani等研究了产品供应链过程中的碳足迹，并提出了绿色供应管理方案；Weber等通过消费者支出点差以及多国家生命周期测算方法量化了全球贸易分配转狂对美国家庭碳足迹的影响；Druckman等构建了人们生活需求导致二氧化碳排放的社会经济分类框架，并基于QMRIO模型（quasin-multi-regional input-output model）研究了英国19902004年家庭碳足迹状况。全球环境保护组织世界自然基金会每2年发布一次的地球生命力报告，主要用生态足迹的方法对自然资源的消耗进行评价；瑞士洛桑管理学院选用生态足迹作为环境基础设施竞争力评估的指标；耶鲁大学环境法学与政策研究中心与欧盟研究中心等单位合作，每年定期公布的全球环境可持续指标已经将生态足迹作为评估废弃物与消费压力的依据。2.1.2碳足迹标签“碳足迹标签”又称碳标签，指在产品标签上把产品生命周期从原料、制造、储运、废弃到回收的全过程的“碳足迹”用量化的指数标示出来，以标签的形式告知消费者产品的碳信息，从而引导消费者选择更低碳排放的商品，最终达到减排的目的。英国专门成立了碳基金来鼓励向英国企业推广使用碳标签，并在2007年3月率先推出全球第一批加贴碳标签的产品。日本、美国、瑞典、加拿大、韩国等国家紧随其后也相继推出碳标签计划。美国的加利福尼亚州，在2008年通过了“2009年碳标识法令”，确定建立碳标志制度，该法令已在2009年年中生效。原属于斯坦福大学的气候中心响应该法令，建立了气候意识标志，使用生命周期分析方法，通过认证的产品将根据其碳排放低于基准线的程度，分别授予银、金、白金三个级别标志。2008年4月，德国政府支持的“德国产品碳足迹”试点项目启动。该项目由世界自然野生动物基金、德国生态研究所和波斯坦气候影响研究协会等共同协助完成企业产品碳足迹标志。2009年12月联合国环境规划署(UNEP)在哥本哈根召开的世界气候变化峰会上虽然没有达成一致协议，但发展低碳经济诸问题引起了各国高度重视，英国碳基金公司、美国芝加哥气候交易所、欧盟碳交易机制等为实现减少二氧化碳排放的机制、机构竞相发展，其核心技术手段碳足迹测算和认证等也在竞争中迅速发展。目前，全球已有12个国家和地区在国内推行碳标签制度。全球有1000多家著名企业将低碳作为其供应链的必需。国际标准化委员会关于“碳足迹”标签的国际标准ISO14067已完成草案的拟定，于2011年12月发布，国际规范将在2012年确立。2.2国内碳足迹的发展历程及现状2.2.1国内碳足迹研究发展我国碳足迹的研究才刚刚起步，国内正式提出碳足迹是在2007年6月的一个学术研讨会上。学者们综述了19602007年的Scopus和Science Direct中的42篇文章，归纳出了“碳足迹”这个词条。值得注意的是，2010年9月，由亿科环境与四川大学联合开发的生命周期评价软件（eBalance）和数据库（CLCD）正式发布，eBalance和CLCD是国内首个正式发布的、完整支持LCA方法、搭载国内外多套数据库、适用于各种产品建模分析的通用LCA软件系统。eBalance和CLCD的发布填补了中国本土商用LCA软件的空白，标志着我们已经具备了与国际领先的LCA机构相当的集成研发能力，可以为日益普及的LCA研究与应用提供全面的技术支持。2.2.2国内碳足迹评估在我国，正在接受碳足迹评估的公司都是环保和社会责任领域的领军企业。随着越来越多的公司开始接受碳足迹评估，我国温室气体减排能力也将不断地得到加强和改善。在2008年，中国标准化研究院与英国BSI开展“气候变化和能源”合作项目将PAS2050标准引入我国；2010年9月，双方签订协议将PAS2060标准引入我国。我国环保部也积极推进低碳产品认证和研究工作，2010年3月中国环境保护部环境发展中心与英国BSI在京签署了关于低碳产品认证的合作备忘录。在国际碳足迹标准及认证市场竞争日益激烈的情况下，我国部分企业已经开始积极应对，并自愿接受碳盘查和认证，且大多在化工、造纸、电子电器等高排放行业。2010年3月，中国质量认证中心(CQC)授予海尔空调为“低碳体系(ISO14064)定点试点企业”，以国际规范作为施行碳管理的切入点带动行业、企业低碳管理体系建设。2010年8月金光集团APP(中国)旗下金东纸业(江苏)股份有限公司完成英国碳信托有限公司的碳先锋试点项目，成为首家遵循国际PAS2050标准完成产品碳足迹测算的中国企业。同年9月在第九届中国国际装备制造业博览会上，英国标准协会联合中国标准化研究院与沈阳华利电器集团实施的PAS2050标准认证合作项目启动，将在电力设备行业节能减排中起到示范作用。 “但是，国内企业在碳足迹认证上仍处于探究阶段，测算数据的获取难度大、基础数据库建设存在技术瓶颈、政府进一步政策性引导不够等问题亟待解决。建立我国碳足迹测算相关标准对获取低碳经济话语权和主动权具有重要意义。” 中国科技战略研究院副研究员陈宝明表示。陈宝明建议有关部门建立协同机制，加快对我国主要出口的大宗产品和重点产业相关产品的“碳足迹测算”、“碳标签”的市场分析和发展预测研究；加快对于已颁布的国际标准的技术分析和研究；尽快研制并提出我国主要产业的“碳足迹”应对预案。为此，陈宝明还专门撰写了关于应该国际贸易中低碳壁垒的调研报告，在报告中他还建议 “我国应积极推行低碳产品认证制度，鼓励行业和企业开展碳标识活动，同时，大力推进和完善技术法规标准体系建设，在国内积极推动低碳技术标准，逐步与国际对接，推动企业加大低碳技术研发和应用，并进一步争取国外低碳技术和资金支持。”“低碳”标准的实行,将淘汰我国不能达标的企业碳风险,将是未来企业面临的最大风险之一。目前,跨国公司已率先行动,通过各种方式降低自己的碳排放。沃尔玛公司已经要求10万家供应商必须完成商品碳足迹验证,并贴上碳标签,这将影响全球超过500万家工厂,其中大部分在中国。这意味着,中国大量相关企业必须进行碳足迹验证,承担减排责任,否则跨国公司的订单将与你无缘。2.4碳足迹标准制定碳足迹标准制定的目的在于使碳足迹所建立的排放资讯具有可比性。目前国际主要关注的碳足迹标准是碳信托公司和英国环境食品农业部门委托英国标准协会（BSI）所制定的PAS 2050产品和服务生命周期温室气体排放评估规范。PAS 2050于2008年10月公告后即成为国际推动碳足迹计算的主要参考依据，亦成为国际标准组织（ISO）制定产品碳足迹标准（ISO 14067）的重要参考文件。除了PAS 2050外，日本于2009年公告其碳足迹标准TS Q0010，而世界企业永续发展协会与世界资源研究院自2008年底着手规划“Product and Supply Chain Standards”，该标准2009年于产业界试行，2010年底正式推出。国际标准组织也正在积极制定产品碳足迹标准ISO 14067，预计2011年正式公告，其内容框架以PAS 2050为主要参考依据。目前国际上碳足迹标准的发展均基于生命周期的精神与方法。我国还没有制定碳足迹相关标准。2008年7月，节碳基金与中国节能投资公司签订了合作备忘录以期建立合资公司，共同发掘中国节能减碳的商机；9月，节碳基金正式进入中国市场，并与中国节能投资公司携手研究PAS 2050标准在中国市场的应用；2009年6月，中国标准化研究院和英国标准协会共同主办的商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范（PAS 2050：2008）及使用指南中文版进行了发布，其对我国企业碳足迹估算起到了促进作用。3低碳建筑评价体系3.1低碳建筑的提出2009年12月哥本哈根气候大会前后，“低碳”概念铺天盖地。很多人发出疑问：究竟什么是低碳建筑？它与建筑节能、绿色建筑和生态建筑有什么区别？顾名思义，“低碳建筑”就是二氧化碳排放量低的建筑。这句话有两重理解：一是建筑使用过程中的低碳，主要是建筑的能源利用，在这个意义上可以说建筑节能是低碳建筑的一种体现；二是建筑全寿命周期的低碳，包括了土地利用、材料选择、能源系统配置等。当然，另外一种对低碳建筑较多的解释是，指在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量。目前低碳建筑已逐渐成为国际建筑界的主流趋势。欧洲近年流行的“被动节能建筑”可以在几乎不利用人工能源的基础上，依然能够使室内能源供应达到人类正常生活需要。这在奥地利、德国等国家，已经成为现实。在建筑界开始使用的经济活动和能源消耗比值，即单位GDP能耗。数据显示，美国现在这个数据是日本的2倍，中国则为日本的78倍，俄罗斯是其20倍。日本与英国是目前世界上低碳技术最发达的国家。3.2低碳建筑节能效果按照日本建筑的节能标准化设计流程，如果客户选择全部菜单，增加的建筑投入在总成本的5%左右，却能取得30%40%的减排效果。这增加的5%投资主要集中在3个方面：首先是隔热，这占到1/3，其次是照明，又是1/3，最后是电脑发热。” 日本著名建筑设计公司株式会社日建设计会长、建筑师中村光男在接受CBN专访时表示。从经济角度讲，增加的投入一般在56年就可以收回。统计数据显示，中国每建成1平方米的房屋，约释放出0.8吨碳，每年建成的近20亿平方米的新建筑，80%以上都是高能耗建筑。目前，我国建筑业相关能耗（包括建筑能耗、生活能耗、采暖空调能耗等）已超过工业成为社会第一能耗大户，站总能耗的46.7%。2007年我国提出的能源发展“十一五”规划中，明确提出到2010年，将使单位GDP能耗比2006年降低20%的目标。2011年7月，作为我国在天津等五省八市开展低碳省区和城市的试点工作的一部分，天津于家堡金融区“APEC首例低碳城镇示范项目”正式启动。一般认为，节能建筑高投资是不对的，低碳建筑更可行。采用中空玻璃、保温隔热、太阳能热水、自然光照明等措施，完全可以将建筑物的能耗降低50%至60%。如果策略得当，节能和低碳也并不总意味着高投资。3.3低碳建筑的评价指标建筑节能中的“节能50%”和“节能65%”是节能设计的计算依据。建筑节能是增量节能，即“少增加”而不是“少消耗”。低碳建筑要实现的减碳是在某个“基准线”上的减碳。迄今有人仍说中国的建筑能耗是发达国家的“几倍”，值得担心的是最终我们的建筑运行的碳排放基准线又会去“拷贝”外国标准。在低碳经济环境下，对建筑节能的评价不能仅用单一的能耗指标，而要做多元评价。下图就是建筑节能技术多元评价指标雷达图的一个例子。各项指标的权重，会根据情况而调整。评价指标不同，所选择的技术方案就不同。当然这也遵循了了付老师在报告中提出的全面性原则、主客观相结合原则和独立性原则。德国2008年推出的DGNB可持续建筑评估体系，首次对建筑碳排放量提出了完整、明确的计算方法，该方法代表了世界上第二代可持续建筑评估技术体系，在此基础上提出的碳排放度量指标（Common Carbon Metrics）计算方法已得到包括联合国环境规划署（UNEP）在内的多个国际机构的认可。该体系以建筑材料作为建筑碳排放的衡量切入点，通过分项累计，计算出建筑全寿命周期的碳排放总量。在我国，2009年11月全国工商联房地产商会和精瑞（中国）不动产研究院正式发布了中英文全球版的中国绿色低碳住区减碳技术评估框架体系。该体系被认为是目前国内首个“低碳住区标准”，得到业内权威专家的认可。该文件的贡献在于提出了一系列低碳住区的碳排放计算标准，包括建筑节能及相应的CO2减排量、住区节水及相应CO2减排量，及相应住区绿化系统对CO2的固定量。建筑碳排放实质上是人的碳排放，人通过使用建筑、消耗能源而排放二氧化碳。建筑只是人（使用者）能好的平台。国内学者龙惟定老师认为对建筑排放的评价，要用强度指标，即建筑使用者人均碳排放指标和建筑设备用能过程碳减排效率来评价低碳建筑。他建议要用指标来鉴别建筑是否低碳，即设定指标的阈值。付老师所提出的规定性指标、技术性指标和影响性指标富有技术和人文的内涵，客观和主观都考虑到了，科学且合理。3.4低碳建筑的技术路线首先是从规划入手，设立碳减排目标。然后分析可资利用的资源。例如，根据当地日照条件（当量满负荷日照小时数）和园区内可安装太阳能设施的表面，确定最大可获得的太阳能资源；根据当地土壤的大地热流值、适宜利用的土地面积，计算可持续利用的本区域地源热泵的热源量根据当地农业特点和收运条件，计算可利用的生物质能源资源及使用的经济性。用情景分析方法和能耗模拟软件分析建筑符合的特点。利用负荷的同时系数降低高峰负荷，是减碳的重要措施，必须改变用负荷指标决定系统规模的习惯做法。选择合适的供能系统。相对传统能源，可再生能源的供能强度较低，提供单一建筑面积的能源需求，往往需要数倍的装置面积。因此，可再生能源只有集成和集中应用才可能发挥其规模效应。要认真分析区域功能系统的经济性和合理配置，将协同效应发挥最大，将损失降低到最小。对系统进行能耗分析和环境评价，计算该系统的碳足迹，对照减碳目标进行调整。充分考虑建筑碳汇条件和交通能耗特点，选择合适的物种和合适的交通方式，研究碳中和和碳平衡。建立高效的系统调试和运行管理体系。因为最终的减碳量是要通过运行管理来实现的。4碳足迹的核算方法碳足迹的估算既有最简单、粗略的网络计算器方法，也有复杂的、较精确的生命周期分析法以及投入产出分析法。碳足迹估算的难点在于产品/生产过程的间接碳效应的评估。4.1过程分析法过程分析（PA）描述了产品从生产到消亡整个过程对环境的影响，是一种自下而上的模型。该方法以节碳基金基于生命周期评价理论提出的产品碳足迹计算方法最有代表性。基于生命周期的过程分析（PALAC）的自下而上的特性使得该方法会受到系统边界问题的困扰。4.2投入产出分析法投入产出分析法最早由美国经济学家Wassily Leontief于1936年提出。主要通过编制投入产出表及建立相应的数学模型，反映经济系统各个部门（产业间）的关系，是一种自上而下的方法。计算公式如下：B=bI-A-1Y （1）B为各部门为满足最终需求Y 而引起的温室气体排放量，包括直接排放和间接排放；b为直接排放系数矩阵，其元素代表某部门每单位货币产出直接排放的温室气体量；I为单位矩阵；A为直接消耗系数矩阵；Y为最终需求向量。环境投入产出分析（EIO）以整个经济系统为边界，具有综合性。其最大的优势在于，如果模型选择合适，在计算过程中可以节省时间和人力，适用于宏观系统的分析。4.2生命周期评价生命周期评价只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，包括能源使用、资源消耗污染物排放等。所分析结果具有针对性，适合于微观系统的碳足迹核算。不过生命周期评价法存在边界问题，即只有直接的和少数间接的影响被考虑在内，结果存在截断误差。另外，为获取详细的清单数据，投入的人力、物力资源较大。4.3混合生命周期评价该方法将投入产出分析和生命周期评价整合在同一分析框架内，是近年来的研究热点。胡合法的计算公式如下：B=b00bAMLI-Ak0 （2）其中：B为分析对象的温室气体排放量；b为微观系统的直接排放系数矩阵；A为技术矩阵，表示分析对象在生命周期各阶段的投入与产出；L表示宏观经济系统相分析对象所在的围观系统的投入，与投入产出表中的特定部门相关联；M表示