社区碳排放计算方法探讨及案例分析

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建设绿色低碳社区是我国实现双碳目标的重要路径之一。国务院于 2021 年 10 月发布的《2030 年前碳达峰行动方案》指出要“建设绿色社区”。上海市生态环境局于 2021 年 8 月印发《上海市低碳示范创建工作方案》，要求“十四五”期间在全市范围内创建完成一批高质量的低碳发展实践区和低碳社区，重庆、济南等多地也陆续提出试点“碳中和社区”。

在此背景下，如何对社区碳排放进行计算、评估，以及通过什么路径来降低碳排放，是目前关注的重点。由于社区碳排放涉及建筑、交通、固体废弃物、水、植物碳汇等多个方面，且目前国内社区碳排放计算方法尚未统一，其计算方法仍需更深层次的探索和研究。

目前国内外常用的碳排放核算方法包括《温室气体核算体系》（以下简称 GHG Protocol）、《IPCC 2006 年国家温室气体清单指南 2019 修订版》、ISO 14064 系列标准、城市温室气体排放评估规范（PAS 2070）等，国家发改委和各个省市也发布了相关行业的温室气体排放核算方法。针对社区碳排放的计算，国内外部分学者已开展了相关研究。R. J. Barthelmie 等^[1]根据社区碳足迹模型对某住宅社区的碳排放进行了计算，主要包括交通、能耗、废弃物等活动；Jones C M 等^[2]开展的社区碳排放计算研究范围主要包括交通、能耗、废弃物、水、建筑隐含碳、食物和服务等。在国内，深圳市《低碳社区评价指南》从低碳建设、低碳运营、低碳生活和低碳管理与服务方面对低碳社区进行评价，评价指标中的人均碳排放量主要指居民每人每年因生活而消费的能源所产生的 CO₂ 排放量，计算的能源种类包括电力和天然气；《上海市低碳示范创建工作方案》中对低碳社区的碳排放核算领域则主要包括建筑、交通、废弃物处理、碳汇、碳普惠、中国核证自愿减排量（以下简称 CCER）等，并对核算边界、核算方法、数据来源、能源使用碳排放系数和碳汇固碳系数进行了明确；黄娅^[3]对社区碳排放的直接碳排放和间接碳排放进行了分析，初步建立了社区碳排放评估方法，计算范围包括建筑、交通、垃圾、废水、碳汇等方面；黄建等^[4]对社区碳排放量和减排量的核算范围则主要包括建筑、交通、生活垃圾、给水与污水处理、可再生能源等。

参考 GB/T 31490.1—2015《社区信息化 第一部分：总则》 对社区的定义，以及我国社区的特点，本文社区碳排放计算的地理边界为社区居民委员会辖区的范围。参考 GHG Protocol 等方法，对社区内的主要碳排放源和汇进行梳理，主要包括以下几类。

（1）建筑、公共设施等固定排放源。此部分碳排放主要涉及到社区内建筑、公共设施如道路照明等的用能活动产生的排放，包括发电机、供暖、炊事等带来的化石燃料燃烧，社区外购的电力、热力、蒸汽等，冷机、空调等设备制冷剂使用过程碳排放，以及可再生能源产生的碳减排量。灭火器一般考虑使用时和泄露时的碳排放，由于灭火器使用的概率较低，碳排放量很小，故本方法中暂不考虑灭火器产生的碳排放。若社区内存在能源站且为本社区服务，则计算时需避免碳排放的重复计算。

（2）交通等移动排放源。此部分碳排放主要涉及社区居民使用私家车、摩托车等能源消耗所带来的碳排放，以及采用公交车、轨道交通等公共交通出行带来的碳排放。

（3）废弃物处理。此部分废弃物主要包括生活垃圾和废水，生活垃圾包括填埋处理、燃烧处理等处理方式产生的碳排放；废水主要包括废水处理过程所带来的碳排放。

（4）植物碳汇。社区内的植物碳汇主要集中在社区绿地，通过绿地形成碳汇，吸收和存储 CO₂，以降低社区内的碳排放。

基于上述对社区内碳排放源和碳汇的梳理，社区碳排放计算范围主要包括建筑与公共设施、交通、废弃物处理、植物碳汇四个方面，计算公式如式（1）所示。

TE＝B＋T＋W－P_i（1）

式中：TE——社区总碳排放量（折算为 CO₂，下同 ），kg；

B——建筑、公共设施等碳排放量的总和，kg；

T——交通碳排放量的总和，kg；

W——废弃物碳排放量的总和，kg；

P_i——植物碳汇碳汇总和，kg。

若社区采用了碳普惠、CCER 等碳抵消措施，需在社区总碳排放量基础上予以抵消。

3.1 建筑、公共设施等碳排放

此部分碳排放主要包括 3 部分。

（1）化石燃料燃烧。社区内锅炉、厨房、供暖、发电机等化石燃料燃烧所产生的碳排放，记为 B₁，计算公式如式（2）所示。

式中：A_i——化石燃料燃烧量，kg 或 m³；

EF_i——化石燃料的碳排放因子，kg/kg 或 kg/m³；

i——化石燃料类型（如汽油、柴油、天然气、液化石油气等）。 

（2）外购电力、热力、蒸汽等。主要包括社区建筑、道路等设施使用的外购电力、热力、蒸汽等能源，将能源消耗量乘以对应的碳排放因子，即可计算出外购能源所产生的碳排放量，记为 B₂，计算如式（3）所示。

式中：E_i——外购能源的量，kWh 或 kJ；

C_i——外购能源的碳排放因子，kg/kWh 或 kg/kJ；

i——外购能源类型（如电力、热力等）。

社区内道路设施主要包括路灯照明、景观灯照明等能源消耗产生的碳排放。对于新建社区而言，道路设施可通过各类灯具的功率、数量和照明时间推算用电量。建筑能耗可以通过软件模拟、标准对比等方式来确定，在规划前期也可例如参考 GB 55015—2021 《建筑节能与可再生能源利用通用规范》 或 GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》 中的单位面积能耗指标，估算对应的燃料燃烧量和外购能源量。再根据国家或所在地区的标准或主管部门发布的数据，选择燃料及外购能源对应的碳排放因子，计算出所有固定能源消耗产生的碳排放。

对于既有社区而言，由于已经存在所消耗的能源账单，可通过实际数据代入公式进行计算即可。

（3）可再生能源利用。社区内常见的可再生能源系统有太阳能热水系统、太阳能光伏系统、地源热泵系统及风力发电系统等。对新建社区而言，项目可按照 GB/T 51366—2019《建筑碳排放计算标准》 计算项目预计消耗的可再生能源产生的能源，并在对应的能源系统的能源消耗量中进行抵消，则式（2）、式（3）变为式（4）、式（5）。

式中：ER_i——项目预计消耗的可再生能源所产生的能源，kWh 或 kJ。

以太阳能热水系统为例，对于新建建筑，若按用水定额计算热水需求，那么太阳能热水系统所提供的能量将抵消一部分用于热水的燃料消耗量或外购热力。

对于既有社区而言，若项目采用太阳能光伏系统且存在余电上网或全部上网的情况，则上网发电量可以根据式（5）抵消等量的外购电力；若光伏发电量全部自用于社区内建筑、公共道路设施，则实际的能源账单为使用光伏电量后的外购电力量，按式（3）计算量。若项目使用了太阳能热水系统，且用于社区内，按照实际的能源账单获取生活热水的能源消耗量，按式（3）计算。

（4）制冷剂。含有制冷剂的设备如冷机、空调等在使用时和泄露时会产生一定的碳排放，记为 B₃ 计算公式如式（6）所示。

式中：m_i——设备的制冷剂充注量，kg/台；

y_e——设备的使用寿命，a；

GWP_i——制冷剂 i 的全球变暖潜值，kg/kg。不同制冷剂的 GWP 取值可参考 2017 ASHRAE Handbook Fundamentals 。

综上，建筑及公共设施的碳排放量总和 B 如式（7）所示。

B＝B₁＋B₂＋B₃ （7）

式中：B₁——化石燃料燃烧碳排放，kg；

B₂——外购能源的碳排放，kg；

B₃——制冷剂碳排放，kg。

3.2 交通碳排放

交通碳排放计算的核心是如何获取出行数据。考虑到社区内个体出行数据获得难度较大，因此在计算时，可主要考虑私家车、公交车和轨道交通等的交通工具的碳排放。将不同交通工具的平均出行里程，乘以对应的单位行驶里程碳排放因子，加权得到社区交通碳排放。需要注意的是，对于同一类交通工具，若采取不同的能源形式，也需要进行细分，如普通燃油汽车与新能源汽车。计算如式（8）所示。

式中：D_i——社区内所有人乘坐某种交通工具出行的总里程，km；

EF_i——某种交通工具的单位行驶里程的碳排放因子，kg/km；

i——交通工具类型。

对于既有社区，国内外相关研究中针对交通工具的行驶距离数据获取，多采用出行调查、手机信令、交通卡等方式获得。若无法收集到此数据，也可采用当地的交通统计数据对交通碳排放进行估算。

对于新建社区，可参考《上海市低碳示范创建工作方案》的方法，以私家车出行碳排放为主。私家车交通出行的总里程数可以通过社区停车位数量，及当地统计的私家车平均出行里程数来进行估算。

3.3 废弃物碳排放

社区废弃物的碳排放 W 计算包括两部分，分别是生活垃圾碳排放 W_g 和废水碳排放 W_w。

W＝W_g＋W_w（9）

式中：W——废弃物碳排放量，kg；

W_g——生活垃圾碳排放量，kg；

W_w——废水碳排放，kg。

（1）生活垃圾。社区生活垃圾的处理方式主要包括垃圾填埋和垃圾焚烧。生活垃圾填埋主要产生 CH₄，垃圾焚烧过程中主要产生 CO₂ 排放和少量 N₂O 排放，各处理工艺的碳排放详细计算方法可参考《省级温室气体清单编制指南（试行）》（以下简称“省级清单指南”）。考虑到生活垃圾碳排放计算获取的数据基础较为薄弱，本研究将生活垃圾处理碳排放量计算进行适当简化，不区分详细处理方式，计算如式（10）所示。

W_g＝w_g×EF_wg （10）

式中：EF_wg——所在地生活垃圾处理碳排放因子，kg/kg，例如上海市本系数可参考《上海市低碳示范创建工作方案》，取 0.549 kg/kg。

对于新建社区，可通过社区人数及当地的生活垃圾统计数据来预估生活垃圾产生量。

对于既有社区，可采用居民调研、物业垃圾处理记录等方式，获取生活垃圾产生量数据。

（2）废水。社区废水主要考虑生活污水处理的碳排放，其碳排放量 Ww 计算方法可参考省级清单指南。对于新建社区，生活污水的处理量可根据社区人数和用水定额进行预估。对于既有社区，可通过调研居民用水缴费情况和物业公共区域用水量账单来估算废水产生量。

3.4 植物碳汇

社区内植物碳汇可根据绿地建设阶段及可获取的数据颗粒度采用不同的统计方式进行计算。方式 1 最为简单，适用于新建社区规划阶段；方式 2 依据植物种类进行细化计算，适用于新建社区设计阶段；方式 3 最为精确，适用于苗木表已知的新建社区深化设计阶段和既有社区运行期。

（1）方式 1：根据经验统计值及绿地面积进行估算。城市层面的绿地碳汇量估算研究为城市、社区在规划建设阶段的碳汇量计算提供了数据支撑^[6-7]，即植物的总碳汇量 P₁ 如式（11）所示。

P₁＝A×CF （11）

式中：A——绿地面积，m²；

CF——绿地的固碳因子，kg/m²。

（2）方式 2：根据植物类型进行计算。基于生物计量法的单株植物的碳汇总量与植物类型相关，以各类型平均大小为标准，乔木类 49.44 kg/株， 灌木类 1.42 kg/株， 草本花卉 0.05 kg/株， 绿篱类 1.79 kg/株， 竹类 0.29 kg/株, 按大小排序分别是乔木＞绿篱＞灌木＞竹子＞花卉^[8]。根据统计社区绿地每种植物类型的种植面积，将每种植物类型的固碳量计算结果进行求和，得到植物的总碳汇，记为 P₂，计算如式（12）所示。

P₂＝ΣA_i×CF_i（12）

式中：A_i——第 i 类植物的种植面积，m²；

CF_i——为第 i 类植物的固碳因子，kg/m²。

（3）方式 3：根据植物品种进行计算。基于同化量法的植物固碳量分析表明，各类植物单位叶面积年光合总量并未表现出类别间的明显差异，而是表现出具体物种间的差异^[9]。当有社区绿地的详细苗木表信息时，可以根据每种植物的种植面积、冠幅及单位叶面积固碳量进行求和，得到植物的总碳汇，记为 P₃，计算如式（13）所示。

P₃＝ΣCF_i×n_i＋ΣCF_j×A_j（13）

式中：CF_i——第 i 种乔木或灌木单株植物固碳因子，kg/株；

n_i——第 i 种乔木或灌木株树；

CF_j——第 j 种地被草本或藤本植物单位冠幅面积固碳因子，kg/m²；

A_j——第 j 种地被草本或藤本植物的种植面积，m²。

3.5 案例分析

本文综合分析了国内外碳排放计算方法学和相关文献，结合项目实践经验，从建筑与公共设施、交通、废弃物处理、植物碳汇四个方面，区分新建社区和既有社区，对社区碳排放计算方法进行探讨，同时选取上海某新建社区项目对其碳排放量进行计算，以期为后续社区减碳方案制定提供依据与参考。