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生命周期评价方法学在生态城市评价体系中的应用研究

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2008年第4期 漳州师范学院学报(自然科学版) No.4.2008年 (总第62期) Journal of Zhangzhou Normal University(Nat.Sci.) GeneraI No.62 文章编号:1008.7826(2008)04.0103.05 生命周期评价方法学在生态城市评价体系中的应用研究 郑凤英 ,张灵2,钱沙华3,白超奕 (1.漳州师范学院化学与环境科学系,福建漳州363000;2.福建师范大学化学与材料学院福建福州350108; 3.武汉大学环境科学系,湖北武汉430074) 摘要:本文以生命周期评价方法学、城市生态环境学原理为指导,提出生态城市的内涵和目标、实施基本 原则、基本方法、基本特征,生命周期评价清单分析方法、评价的具体指标及量化方法,为具体评定城市的生态 化程度提供技术依据及量化标准. 关键词:生命周期评价;生态城市;城市生态环境学 中图分类号:X171.1 文献标识码: B 1 引言 生命周期评价(Life cycle assessment,LCA)【J J以全过程、全功能、全方位角度出发,面向产品,评 价产品生产、销售、消费和回收处理对资源和环境的影响,在产品的功能、消耗和排污之间寻求合理的平 衡,致力于“预防问题发生”,是一种综合环境管理工具,是环境管理模式的创新. 城市是一类以人类活动为中心的社会一经济一自然复合生态系统【4].生态城市是结构合理、功能高效、 关系协调的城市;具体而言,指城市空间布局合理,基础设施完善,人的建设与自然的选择相统一,环境 清洁优美,生活安全舒适,物质能量高效利用、信息传递流畅快速,经济发展、社会进步、环境保护三者 保持高度协调,人与自然互惠共生和谐发展,生态良性循环的城市复合生态系统;由社会、经济和环境自 然三个子系统构成,是按生态学原理建立起来的人类聚居地【5】.城市是在有限空间地域内各种经济市场相 互交织而成的网状系统,与周围环境不断地进行物质、能量、信息交流的空间地域开放大系统,有着向环 境摄取、加工生产和向环境排放的过程,城市可视为综合产品系统,适用生命周期评价法. 2003年国家环境保护总局启动生态县、生态市、生态省建设工程.生态城市评价体系构建成为一种迫 切需要.目前对生态城市的评价方法有:生态足迹法、城市代谢方法、模糊数学方法、单指标评价和综合 指标评价模型等L6】.生态足迹评价模型、和真实发展指数模型基于国家和区域层次提出的可持续发展评价 模型,应用于城市生态化水平评价时具有一定的缺陷性 ;模型综合性较差,强调人类发展对环境和生态 系统的影响,忽视了经济、社会、技术方面的可持续性;将生态系统的可持续性通过多指标相加,不合理【6】; 评价范围具有不确定性,没有针对城市生态系统,使城市生态评价转向了区域性评价;评价方法过于单一 . 生命周期评价已成功应用于城市生活垃圾【8J们、城市交通方式【l¨、城市水环境系 等单一系统研究,但 用于生态城市系统评价的应用研究未见报导.对城市建设的生态化程度目前尚无标准的评价体系对其生 态化进行定量评定,而只有量化标准,提供具体评价指标,城市生态评价管理才具可操作性. 本文以生命周期评价方法学、城市生态环境学为指导,结合生态城市建设经验及科研理论成果的特点, 深入、系统地开展城市生态体系构建和生态化程度评定. 2生命周期评价及其评价模式 目前,生命周期评价采用两种方法:SETAC—EPALCA分析方法(SETAC-EPA analysis),通常称为生 命周期评价方法(LCA)和经济输入.输出生命周期评价模式(Economic Input.Output Life.CycleAssessment model,EIO.LCA) .LCA分析法被纳A.ISO14000体系,我国于1999年 ̄2ooo年先后推出GB/T24040.1999 及GB/T24041.2000等国家标准.经济输入.输出生命周期评价模式(EIO.LCA)是输入.输出分析法在生命 收稿日期:2008.06.16 基金项目:联合国开发计划署.欧盟对中国联合资助项目(CPR/99/302/A/01/99);漳州市计委项目(Z05010) 作者简介:郑风英(1969一),女,福建省泉州市人,高级实验师,硕士. 104 漳州师范学院学报(自然科学版) 2008焦 周期评价中的应用模型由Lave[2]建立,并与纸杯和塑料杯的LCA分析法进行比较,认为EIO.LCA法更可 靠. 3城市生态生命周期评价清单分析 生命周期评价清单分析包括为实现特定的研究目的,根据目的与范围对所研究系统输入和输出数据的收 集,对结果进行解释,对数据进行评价.主要用途有:综合地认识相互关联的产品系统;确定研究目的与范 围,界定待分析的系统并建立系统模型,收集数据并就清单分析结果编制报告;通过量化待分析的产品系统 (分析为单元过程的整个系统)能流、原材料和向空气和土地的排放(环境输入输出数据),建立该系统环 境表现(行为)基准线;识别产品系统中那些能量和原材料消耗最多、排放最突出的单元过程,以进行有目 标的改进;提供用来帮助确定生态标志准则的数据:帮助制定备选政策方案(如有关采购的政策). 清单分析可通过下表1中数据的收集来完成. 表1生命周期清单分析数据收集表 制表人: 制表日期: 单元过程标识: 报送地点: 时段: 年 起始月: 终止月: 单元过程表述(如需要可加附页) 物料输入” 单位 数量 取样程序表述 来源 能量输入 单位 数量 取样程序表述 来源 物料输出 单位 数量 取样程序表述 目的地 注:此数据收集表中的数据是指规定时段内所有未分配的输入和输出. 1)如水、矿物、沙子、土壤、速生材、慢生材等. 2)如不可再生资源(石油、天然气、煤等),可再生资源(太阳能、风能、水力等),输入网电等. 3)如产品输出(成品、半成品、零件等)、向空气排放物(氯、一氧化碳、二氧化碳、颗粒物等)、向水体排放物(BoD、 COD、有机氯、汞、铅、铁离子等)、向土地排放物(矿物废物、工业混合物、农药化肥、毒性废物、生活垃圾等) 及向其他排放(噪声、辐射、振动、恶臭、余热等)等. 3.1数据采集的重点 城市的类型是复杂多样的,存在着地理、社会、经济、文化等方面差异,水平不同,类型不同,如工 业型、农业型和旅游服务第三产业型,它们的各种限制性指标就会不同r即评价指标侧重点也就不同,因 此数据采集重点应与城市类别相符、与城市生态功能区划相融合. 3.2数据质量要求 表述数据质量要求对于正确认识研究结果的可靠性,以及恰当解释研究结果都是很重要的.必须规定 数据质量要求以满足研究目的与范围.数据质量应通过定性、定量及数据收集与合并方法来表征. 应包括下列方面的数据质量要求: ——时间跨度:所需数据年限(如最近5年内)和从中收集数据的最短时段(如1年); ——地域广度:为满足研究目的,从中收集单元过程数据的地理范围(如县、区、市); ——技术覆盖面:技术组合(如实际工艺组合、最佳可行技术、最差作业单元的加权平均); 此外,还必须考虑决定数据属性的其他因素,如它们是从特定现场还是从出版物收集来的,是否应进 行测量、计算或估算等. 经敏感性分析:确认的贡献大部分物流和能流的系统单元过程,应采用从特定现场取得的数据,或有 代表性的平均值数据.产生影响环境的排放物的单元过程,也应采用从特定现场取得的数据. 在所有研究中,都必须考虑下列进一步数据质量要求,其详略程度取决于研究目的与范围. 第4期 郑风英,邓南圣,钱沙华,白超奕:生命周期评价方法学在生态城市评价体系中的应用研究 105 ——准确性:对每一数据类型中数据值的可变性的测算(例如方差); ——覆盖率:一个单元过程中,就每一数据类型报送基本数据的地点数占实际存在的地点总数的百分比; ——代表性:对数据集合反映实际关注群(即地域广度、时间跨度、技术覆盖面)的定性评估; 一——致性:对研究方法学运用于不同分析内容的统一程度的定性评估. ——可再现性:对其他执业人员采用同一方法学和数据值信息获取相同研究结果的可能性的定性评估. 当研究是用于支持面向公众的对比论断时,研究中必须规定上述各方面的全部数据质量的要求. 3.3输入与输出的关系 正确理解和应用“输入与输出”两者之间的关系非常重要.假设对某城市的资源输入过多,而产品输 出又太少,即使该城市的表面现象(如绿化、美化、住房面积等)建设得很好,那也不能说明该城市的生 态性能就高,因为它是以牺牲其它城镇和乡村的高利益为代价的(如过多资金、资源的投入),不符合全 社会全人类的大同利益.可以换句话这么说,该城市只求索取,不懂奉献,违背了大自然生态平衡、全社 会可持续和协调发展的根本性原则. 生命周期评价方法中对“输入与输出”的关注,很大程度上弥补了以往各种生态城市建设指标(如人 均公共绿地、饮用水源水质达标率、人均住房面积、城市垃圾处理率、噪声达标区覆盖率等)的不足. 4城市影响评价分析的单项评价指标 借鉴环境影响评价单项评价方法, 用于城市生态化评估的单项指标为: Pi mi/Mi 式中:Pi为单项指标值,m 为污染清单值,Mi为参比标准值.污染清单值m;是清单分析中列出的数 据,参比标准值Mi是体现现阶段人类社会对环境健康要求的基本标准(这里的基本标准的制定应将“环 境商EQ、绿色结算体系及GDP能耗”等重要理念纳入在内,以求达到“质和量”并重的目的效果),两 者之比即为用于评价的某项指标数据,下面分述各单项指标的计算方法. 4.1城市对资源消耗(主要指物料与能量输入)的评价指标 城市资源消耗是指城市向自然的索取.对城市而言,资源消耗越多,表明其环境性能越差.在这里资 源消耗视为污染的一种特殊表现形式,参照荷兰环境科学中心对消耗型环境干预中非生物资源消耗的处理 办法,确定城市资源消耗单项指标的计算方法为:Pi=miCi/Ri 式中:m为城市资源消耗量(资源I 城市产物量t);C为城市资源的年产量(亿吨资源/年y);R为 全国相应自由的已探明量(亿吨);i为资源种类.上述指标表示由于该城市使某种资源消耗增加的分额.R, C数据可以从国家统计部门、行业统计部门的统计数据中获得,得到的P值大,表明该城市的资源的消耗 问题越严重,而相应的数值最大者或在全部数值中所占比例较大者所对应的该种资源存在严重的资源消耗 问题.这种简单比较可用下式完成:P’i=Pi/∑Pi 且∑P’I.1 4.2城市对物料输出的评价指标 城市物料输出的几类指标其标准纲量通常是不同的,因此要作单独的考查. 4.2.1城市的产品输出 绿色GDP是指绿色国内生产总值,它是对GDP指标的一种调整,是扣除经济活动中投入的环境成本 后的地区生产总值.即:GDP总量.(环境资源成本+环境资源保护服务费用)=绿色GDP,可以说绿色 GDP是真正意义上的GDP.在此我们把城市的产品输出总量看作是城市所产生的货物和服务(包括对内 消费和对外输出的)价值的总额,以下我们也采用绿色GDP计算方法. GDP最常见的计算公式是:GDP=消费+投资(约等于全社会固产投资)+政府支出+出口.进口 因此可以得出绿色GDP计算公式: 绿色GDP=消费+投资(约等于全社会固产投资)+政府支出+出口.进口.(环境资源成本+环境资源保护 服务费用) 笔者建议该绿色GDP参照值为:个人绿色GDPE_35000元人民币. 4.2.2城市对水污染、大气污染 对于城市的水污染及大气污染我国都有相应的环境指标.选择标准时不应含有地方性、行业性因素, 且最好采用国际通用的标准作为LCA评价的参比基准,可选用以保护人体健康为目的的环境卫生和工业 漳州师范学院学报(自然科学版) 2008盆 卫生标准,它们不含地方特点与国际标准较为接近. 选定使用标准后,公式Pi=m /Mi中的各参数就有了具体的数据单位.P :单项指标值,m :污染清 单值,kg污染物,单位产物;Mt:参比标准值,mg污染物,m (水或大气).该单项污染指标的现实含义为: 由于该城市所造成的水和大气质量下降,而被污染的水或大气的体积数.这样,各种污染物对水体和大气 的污染有了一个统一的标准单位,可对不同性质的污染物进行比较. 同样,可以利用P’I_Pi P.和EP’i=1这两个公式对各单项指标进行处理,获得主要污染物的排 名次序以及它对该城市所造成污染的贡献率. 4.2.3城市对固体废物和其它污染 4.2.3.1城市固体废物定义污染清单值(mi)表示为kg废物/单位产物:参比标准(Mi)选用产物的 重量,单位为kg;单项指标(P.)用单位产物的重量进行处理后,表示为城市产生固体废物自重的比例, 反映城市的固废产率. Pi=ml/M 式中:M为产物的重量,kg:mi为产生的固体废物量,kg. 4.2.3.2城市噪声 国家关于噪声的标准都是以噪声声压级(dB(A))和噪声持续时间(h)规定的,得 到的污染清单值也以噪声声压级和持续时间(h)进行描述.但实际上,用声压级不能进行直接的比较, 而应转化为它所携带的能量,即噪声的声压(U)来进行评价,方可得到正确结论,城市噪声污染清单值 可由下式得出:Pi=Gi/Gs=Uitj/U t 式中:P为单项指标,无量纲;G为噪声水平,Pa h;u为声压,Pa ;t为持续时间,h;下标i为 污染源;下标S为标准规定水平. 在实际的监测工作中,往往直接利用仪器得到噪声声压级的数据(Lu),需要利用噪声声压级的有关 定义进行换算,才可以进行比较到达人体的声能的大小.声压u与声压级Lu之间的关系为: U=U0xl0L 。 其中:U0为人体可接受的声压域值,Uo:4x10 ”(Pa );Lu为声压级,dB(A). 计算得到的单项指标P_的实际含义为,噪声向人体传达的声能与人体平均可接受声能间的比例.当 Pi值大于1,则表示超过了所规定的可接受水平;Pi值小于1时,则表明噪声污染较小. 4.2.3.3城市放射性与恶臭国家有关标准规定了人体年最大可接受的放射剂量(雷姆),其检测所使 用的单位与之相同,为雷姆.可参照噪声单项指标的形成方法确定相应的放射性污染单项指标.恶臭的标 准我国还未正式发布,国外通常以恶臭的稀释倍数来表示,无量纲,也极易直接用测定值与标准值进行比 较,得到相对倍数的单项指标值.同时,这一类污染的单项指标数据都是无量纲的,且其物理的和实际的 指标含义均为超出规定标准的倍率,这样也便于对单项指标进行处理,进而产生环境要素的指标. 5关于生态城市评价指标的讨论 由清单数据及相应的标准值可以计算得到一系列单项环境指标并汇总成综合要素指标,它们都反映了 生态城市环境性能的某个侧面,所构成的整个数据组全面表达了生态城市与环境之间的关系.但这些要素 指标之间存在着某种不可比性,具体表现在: (1)数据值的差异如资源消耗指标值一般而言由于基准数据十分巨大,因而造成单项指标值和要 素指标值都可能成为非常小的值,要用负指数来表达;而大气污染指标由于累计了多种大气污染物的排放 造成的大气污染的体积数,而显然会以百、以千或以万计;其它类的数据有些则在零到几十之间,反映出 超过标准值的倍数.很显然各个量的数值绝对大小并不代表其环境影响的相对强弱; (2)各指标数据的单位不同不能对这些数据相互间进行直接的处理; (3)指标的性质不同 资源消耗指标反映该城市对某资源的消耗分额;产品输出则表示该城市生产 能力;水污染与大气污染指标则表示该城市所造成的水体和大气污染的量;其它类指标则代表污染超过人 体可接受值的倍数.它们的物理意义是完全不同的,无法进行直接的比较. 以上分析说明,虽然同类环境要素中各单项指标具有相同的含义,要素指标反映产品对某种环境要素 的影响程度,但各个不同要素却不能以指标数值进行简单处理.要产生一个全面反映产品环境性能、单一 第4期 郑风英,邓南圣,钱沙华,白超奕:生命周期评价方法学在生态城市评价体系中的应用研究 107 的、定量的综合指标值在理论上是必要的,也是可能的,但在实际上是非常困难的.LCA方法体系的建立 不一定着眼于单一指标的形成,若用一组数据可以很好地表达出产品的环境特性,且容易被使用者、建设 者和消费者辨识,也能在一定程度上达到预期的目的u引. 6生命周期评价在生态城市中的实施方法 选择典型支柱行业的重要产品或对城市物流影响较大的行业开展生命周期评价,揭示产业系统对整个 城市环境系统的污染负荷,以及城市工业系统与“城市病”的相互作用过程,为系统地评价城市健康状况 以及利用生态工业复合体系进行综合调控提供科学依据 引. 实施数据库的建立.生命周期评价清单分析数据收集表的数据质量要求具有数量大、多、杂等特点, 要收集完整是比较困难的,如通过人工的方法去一一收集,需要花费大量的人力、物力和时间,因此我们 可以通过数据采集的网络化,建立一个大型的收集着相关部门数据的数据库,以达到全面便捷地获取数据. 对关键性数据实行动态监控,对优先污染物和生态功能区划中的禁止性指标进行预警,以强化管理时效性. 实施生态城市的建设.依据生态城市环境学的要求,应用城市生态理念,对城市规划建设体系进行重 组,在保证经济较快增长的前提下,对所设立的城市建设项目、所采用的城市规划建设方案按生命周期评 价方法学进行评定. 实施生态城市建设的规划与科学研究.城市生态环境的恶化,迫使世界各国把LCA运用到城市规划 中来,而城市自身的属性、城市规划中已有的研究成果及理论为LCA的运用奠定了基础,LCA可作为城 市规划领域内的评价工具与方法学l】 .从生态城市科学研究项目的立项申报、建设总目标及其项目实施的 具体步骤与过程和最终科研与建设成果鉴定等方面对生态城市建设全过程都按生命周期评价即ISO14040 及14041等项标准进行监控,可以以重点骨干企业为切入点,融入到“十一五”规划当中去,建设出生态 效益型的工业经济,将不造成环境污染作为科研和建设立项的前提,将有完备的环境保护措施作为科技成 果通过鉴定的必备条件. 参考文献: 【1】胡 敏,卫振林,徐一飞.LcA一一种新型的环境影响评价方法【J】.环境导报,1997,4:23-25. 【2】邓南圣,吴峰,李顺兴,等.工业生态学理论与实践 .北京:化学工业出版社出版,2002. 【3王寿兵,胡聃,杨建新.综合产品环境审计工具:生命周期清单分析[3】J】.环境科学,2000,21(3):27-30. 【4】王如松.转型期城市生态学前沿研究进展【J】.生态学报,2000,20(5):830-840. 【5杨士弘,廖重斌.城市生态环境学【5]M】.北京:科学出版社出版,2005. 【6张坤民,温宗国,杜斌,等.生态城市评估与指标体系I6]M].北京:化学工业出版社,2003. 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Application 0f Life Cycle Assessment 0n Ecocitv ZHENG Feng-ying ,ZHANG Ling ,QIAN Sha-hua ,BAI Chao-yi (1.Department of Chemistry and Environmental Science,Zhangzhou Normal University,Zhangzhou,Fujian 363000, China;2.College of Chemisty and Materials Science;Fujian Normal University;Fuzhou;Fujian 350108,China; 3.Department of Environmental Science,Wuhan University,Wuhan,Hubei 430072,China) Abstract:Under the guidance of life cycle assessment and eco-city theor ̄the meanings,goal,principle,method and character of eco-city were discussed.The inventory analysis method for life cycle assessment,assessment indicators and quantiifcation standard were proposed for eco-city assessment. Key words:life-cycle assessment;eco-city;ecological city 【责任编辑:陈丽】 

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