作者简介：蔡博峰，博士，副研究员，主要研究方向为温室气体清单和低碳发展。
摘要
介绍城市温室气体排放特征和国际城市温室气体清单研究进展，研究了全球城市化和城市CO2排放的强正相关性，以及中国城市清单方法研究起步较早但发展缓慢的特点。分析了城市温室气体清单相对国家清单的特征，即城市清单编制往往采用消费模式，区别于国家清单的生产模式；国际城市清单中往往包括了由于外调电和供暖产生的CO2排放，同时城市温室气体清单编制灵活性和针对性更强。针对我国城市温室气体清单研究的不足，提出了我国城市温室气体清单方法，强调中国城市采用尺度1+尺度2的范围，暂不考虑尺度3的范围，即生产+消费的混合模式，并且在城市市域温室气体排放研究的基础上，加强狭义城市温室气体排放水平的研究。选择北京市和纽约市，对比分析了两个城市CO2排放特征，结果显示，在确定的清单体系下，北京市和纽约市具有较好的可比性。纽约市的总排放量(尺度1+尺度2)略低于北京市排放量，人均排放量略高于北京市。
关键词城市；温室气体；清单；尺度；狭义城市
中图分类号X321
文献标识码A
文章编号1002-2104(2012)01-0021-07doi:103969/jissn1002-2104201201.005
城市温室气体排放的快速增长成为全球温室气体排放上升的重要原因[1-2]。城市不仅是温室气体排放的关键源和绝对主体，同时也受到气候变化的严重影响。由于城市人口、资源和基础设施相对集中，气候变化的不利影响最可能出现在城市地区[3-4]。城市是创新与技术的热点，也是制定许多世界性难题解决方法的地方。由于城市人口密集、经济发达，因而城市低碳发展具有很强的示范效应。城市在应对全球气候变化和温室气体减排方面发挥着决定性的作用。
发展低碳经济和低碳城市，是全球积极应对气候变化和城市可持续发展的必然选择。低碳城市的前提是清晰、准确地掌握城市各个领域的温室气体排放情况。因而，城市温室气体排放清单是城市低碳发展的基石和参考标尺，通过研究城市温室气体排放清单和排放水平，可以辨识温室气体排放量及其排放特征，跟踪其增减变化及发展趋势，预测未来排放情景，进而确定减排目标，制订和实施行动计划，提出切实、有效的温室气体减排措施和方案，有力推动城市向低碳化方向发展。
国内低碳城市规划和建设进展很快，然而城市温室气体清单研究却相对滞后，难以满足城市发展的需求。中国当前城市温室气体清单在方法体系和城市边界上尚存在诸多问题。本文试图综述国际温室气体清单研究进展，并探讨中国城市温室气体清单的问题和不足，提出中国城市清单方法，并且以典型案例对比分析说明。
1城市温室气体排放
2010年，城市集中了全球50%以上的人口，到2050年，这一比例会达到70%[4]。城市占地球表面不到1%，却消耗世界约75%的能源。城市是人口、建筑、交通、工业、物流的集中地，也是能源消耗的高强度地区(见图1)，因此必然成为温室气体排放的热点和重点地区。大城市气候领导集团(C40)的研究报告认为，城市排放了世界80%的人为温室气体，尽管这一结论存在一定争议(IEA认为约为71%[1])，但是城市温室气体直接排放和受城市地区消费引发的间接排放总量无疑是非常巨大的。
全球城市化进程对全球温室气体排放有着显著影响。图2显示了全球CO2排放和城市化率的关系，两者之间有很强的正相关性。UNHABITAT认为全球温室气体排放增长和城市化快速进程的一致并非耦合，而是有着深刻的联系，城市聚集了大量人口，经济活动强度大，能源利用量大，因而城市发展对全球温室气体排放有着强劲的驱动[4]。O’Neill等人[5]研究认为城市化仍然会显著影响未来全球CO2排放。一些发展中国家，特别是中国和印度，城市人口增长可能导致高达25%的CO2排放量。这在很
大程度上是由于城市劳动力的高生产力和高消耗偏好导
致了高的温室气体排放。
2城市温室气体清单研究综述
城市尺度上温室气体清单研究始于20世纪90年代，由于西方发达国家城市自治性很强，所以城市在碳减排方面非常活跃，清单编制越来越受到重视，并且成为城市积极应对气候变化和低碳发展的关键步骤。温室气体清单对于城市有如下作用：①准确掌握城市能源利用中的低效和不足，发现节能和碳减排空间；②明确自身城市在国际、国内城市低碳经济中的定位和优劣势，确定今后低碳重点发展方向；③制订清晰、明确的低碳城市路线图，确保城市实现碳减排的可测量、可报告和可核查(MRV)；④积极开展教育宣传，引导城市公众和温室气体排放涉及者认识自身活动对于城市温室气体的贡献，提高低碳意识。
早期城市温室气体清单方法都是沿用政府间气候变化专门委员会(IPCC)国家清单方法，此后逐渐出现了专门研究城市温室气体清单的组织和机构。全球地方环境理事会(ICLEI)探索并建立了适合城市特色的温室气体清单编制体系和方法，经过不断完善，当前已经被国际上的城市广为接受，成为主流城市温室气体清单编制方法[8]。ICLEI成立于1990年，为城市温室气体排放清单和排放量计算建立了较为详尽和完善的研究体系。其发起的城市应对气候变化运动(TheCitiesforClimateProtection,CCP)主要协助城市核算温室气体和制定减排方案。WRI(世界资源研究所)/WBCSD(世界可持续发展工商理事会)提出了企业温室气体核算方法体系[9]，较为系统和全面，对许多城市产生了较大影响，许多城市的清单研究都对其有所借鉴[10]，但其主要是针对企业层次的，因而涉及温室气体排放链条很长，在城市尺度上很难操作。C40组织选择典型城市作为案例，研究其温室气体清单，并且选择典型的部门、行业进行深入研究，提出具有可操作性的政策和措施，分析措施的有效性。C40在建筑、交通等领域温室气体清单及减排方面具有很多成功经验，逐渐成为全球范围研究城市气候变化和温室气体的重要组织。中国北京、上海、香港等城市先后参加了2005年和2007年C40峰会。
不少研究者也对城市温室气体清单进行了研究和探索。以Kennedy为首的研究团队提出城市与外界物质、能量交换较大而需要采用独立的清单体系[10-11]。Kennedy的城市温室气体清单体系较为完整，不仅包括ICLEI建议的范围，而且包括水运和航空排放(这部分涉及大量的跨境排放)(见图3)，同时对城市道路交通的跨境排放问题提出了解决方案。此外，该清单体系还包括燃料的上游排放(即燃料生产导致排放)。Kennedy选择了10个典型城市进行实证分析，认为气候、资源可获取程度、电力、城市设计、废弃物处理等都对城市温室气体排放有着显著影响；城市的地理位置对其温室气体排放有着至关重要的作用[12]。Dhakal研究了东京、首尔、北京、上海的温室气体排放，采用的清单方法包括外调电力和采暖因素，和ICLEI的方法一致。研究发现4个城市的人均能源利用都有趋同表现(1990-1998年)，约1.3-1.6t标准油/人，但是北京和上海的人均CO2排放量却明显高于东京和首尔[13]。Glaeser等采用了类似ICLEI的方法体系，核算美国66个大城市温室气体排放，发现城市汽油消费量和城市人口大小的对数有较强的线性相关性；家庭天然气消费量(采暖为主)和1月份温度有较显著的线性相关性；家庭用电量和7月份温度有较显著的线性相关性。温室气体排放量和土地利用政策之间存在很强的相关性，许多地区建立严格的政策限制一些产业的发展，使得排放朝向高碳排放地区聚集。城市排放水平明显低于城市郊区，城市-郊区之间的碳排放差异在老城市例如纽约更加明显[14]。Norman等认为城市温室气体清单还应该包括建筑材料使用等全生命周期的排放，发现城市交通是最重要的减排温室气体方向，而建筑是降低能耗的重要方向。同时，疏松型城区的人均能源消耗和温室气体排放是密集型城区的2.0-2.5倍[15]。
Ramaswami等人提出了混合型生命周期碳足迹清单体系，并对城市与周边的跨界交通(道路和航空)的温室气体排放分配问题做出了详细论述[16]。此后，Hillman等完善了混合型生命周期碳足迹清单体系，认为还应该包括4种必需品(食物、燃油、水和建材)生产而带来的温室气体排放。该方法体系核算的CO2排放包括了城市终端能源利用、跨界水运和航空运输，以及城市4种必需品内涵温室气体排放(由于生产这些产品而产生温室气体排放，一般不在城市边界内)，这种清单体系已经超过了Kennedy等人的方法体系，接近WRI/WBCSD针对企业的清单要求(见图3)[17]。
Dodman等对ICLEI的清单方法提出异议，尤其对电力和供热的归属问题提出异议，并且提出了不同的清单方法，其结果是全球城市温室气体排放还不到人为排放的一半，许多城市人均排放量低于其国家人均排放量[18]。Satterthwaite认为城市温室气体排放占人类活动排放的75-80%的比例有些过高，农业、毁林、重工业、火电等都绝大部分都不在城市，因而全球城市温室气体排放仅占到人为排放30.5-40.8%，许多城市人均排放量低于其国家人均排放量。Satterthwaite认为虽然城市作为终端消费了很多能源，但把产品生命周期的排放归结城市有可能形成误导。因为并不是城市这一地理概念造成了高能耗、高排放，而是高收入水平国家中的个别高收入群体的高消费导致了城市消费生命周期的高排放[19]。
从上述学者的研究可以看出，对于城市碳排放问题，不同的研究方法，研究结果相差很大，尤其城市是一个高度开放的实体，其与外界的能源、物品交换强度很大，因而对于城市排放的不同界定，会导致城市排放水平的很大差异。对比当前国际城市主要采用的方法体系（见图3），总体趋势是，绝大部分城市在核算自身温室气体排放时，都考虑外部电力和热力供应所导致的温室气体排放，即世界地方环境理事会(TheInternationalCouncilforLocalEnvironmentalInitiatives，ICLEI)提出的主要考虑尺度1+尺度2+外部垃圾填埋的温室气体排放。全球已经有68个国家的1200个城市采用ICLEI方法编制了城市温室气体清单。许多研究基于这种清单方法提出了较为系统的
城市碳预算方案[20]。
中国城市温室气体清单研究起步较早，但发展缓慢。1994年，中国与加拿大政府开展了北京市温室气体排放清单研究，并较为全面地核算了北京市1991年温室气体排放清单[21]，但此后一直缺乏城市清单的研究文献。近几年城市清单研究逐渐增加，蔡博峰等人初步提出了城市温室气体清单研究方法，并且针对重点排放领域推荐了排放因子[22]。张晚成等人利用城市清单体系核算了上海CO2排放[23]。陈操操等人对城市温室气体清单方法做了较为详细的评价和总结，并且对比了城市清单和国家清单的异同[24]。蔡博峰探讨了中国城市温室气体清单研究存在的不足和困难，并提出了初步建议[25]。
3城市温室气体清单研究特点
城市温室气体清单相比国家温室气体清单而言，从编制模式、覆盖领域和针对性等方面都具有自身特色，这些特色也意味着国家清单方法体系（IPCC方法学指南）并不能适用城市温室气体清单编制的需要。
城市温室气体清单方法学早期借鉴了大量国家温室气体清单编制的方法，尽管后期在清单基础方法学、排放因子等方面很难有突破和创新，但在原则、技术路线和方法体系上却体现了城市的自身特点。当前，城市温室气体清单方法学和国家温室气体清单方法学的差异主要体现在如下几点。在编制模式上，由于城市和外界有着大量的能量和物质交流，城市往往采用消费模式，区别于国家清单的生产模式。国际城市清单中往往包括了由于外调电力和供暖带来的间接排放，即发生在城市地理边界以外生产城市用电和热力的温室气体排放。在覆盖范围上，城市清单往往比较简单，特别是发达国家城市，几乎没有农业问题，工业比例也很小，所以能源供应、建筑和交通以及废弃物处理往往是城市清单的主要内容。在针对性和灵活性方面，城市温室气体清单编制灵活、针对性强。国家温室气体清单编制的一个重要目的是为国家宏观制定减排政策提出科学支持和国际温室气体排放对比与谈判，因而国家清单相对比较规范和严格。而城市清单为了提高针对性，往往在组织结构上更加灵活。其提出的政策直接到技术层面，可核查性、可测量性和可报告性都很强，其温室气体减排的实现依赖于城市公众的参与和监督[25]。但城市清单的灵活性某种意义上影响了国际城市之间温室气体排放的可对比性。
4国内城市温室气体清单研究的不足
中国当前的低碳城市发展很快，但城市温室气体排放清单研究却相对滞后，主要是存在着两个核心问题。其一是城市排放清单方法体系不完善，其中边界、范围等关键问题尚未解决。绝大部分城市尚未编制较为全面的城市温室气体排放清单。许多城市依然沿用IPCC的方法核算温室气体排放，而IPCC方法不适用于城市尺度已经是国际共识。此外，发达国家城市排放清单都包括尺度1和尺度2水平，而我国当前已经编制的城市清单基本相当于尺度1水平，城市清单内容相比国际规范有较多残缺。由于核算方法的混乱，导致中国同一城市出现多种温室气体排放量，极不利于科学研究和政府决策。其二，无法核算真正城市意义的温室气体排放水平。中国城市和西方国家城市有较大差别，后者是专为城市而设立的一种建制类型，同行政区划并无必然联系。它突出了人口聚集点的概念，核心部分是城市建成区。而中国城市是一种行政区划建制，包含大量的农村、林地等非城市建设用地。因而中国城市更类似一种区域概念。对中国城市的特征，Montgomery也提出其不同于西方城市，并且建议将以建成区为核心的地区作为城市加以重点研究[26]。这种城市排放清单很大程度上失去了城市特色，变为与省/区域排放清单性质一致，因而无法有效支持中国低碳城市的积极发展。同时也使得中国城市温室气体排放水平很难直接与发达国家城市排放做直接比较，也不利于最大限度地借鉴西方城市低碳化发展的成功经验。发达国家估算的城市温室气体排放占国家排放比例约在70-80%，而在我国当前的情况，城市温室气体排放总量等于全国排放总量，城市这一极为重要的低碳发展因素无法突出其应有特色。
中国城市温室气体排放清单的不足严重制约了我国低碳城市发展，甚至可能误导城市低碳发展方向。研究解决上述两个中国城市碳排放清单核心问题，有利于规范我国城市温室气体排放核算方法，准确把握我国真正城市意义的温室气体排放水平和特征，澄清城市温室气体排放的一些误区和错误观点，并为低碳城市发展和政府决策奠定坚实基础。同时，清晰、明确的城市温室气体排放清单方法体系，便于城市之间以及城市自身时序上的比较分析，支持政府出台有效的政策措施，并建立相应的核查机制。
5中国城市温室气体清单编制方法
鉴于中国城市温室气体清单存在的问题和不足，以及当前的研究现状，本研究提出中国城市温室气体清单编制方法，以供研究者和决策者参考。方法介绍侧重城市清单的特色内容，排放因子等技术要素与IPCC一致，所以不作介绍。
5.1清单边界
中国城市清单边界问题是城市清单体系中较为重要的一个问题。主要原因是中国城市地理边界不明确。西方城市的核心和主要部分是城市建成区，其强调的是城市自治，而不是行政区划等级。由于中国城市的特殊性，本文提出狭义城市的清单边界，以区别于我国当前城市市域范围(城市行政区域)的清单。狭义城市是指包括城市建成区90%面积的最小市辖区/县范围。许多研究城市的学者把市辖区作为狭义城市的概念，但县升区的参考标准主要是整体经济水平，因而会把一些经济体量很大的农业县包括进来，例如北京市怀柔、平谷、门头沟、房山等区，其包括了大量的农村地区和非城市建成区。所以依据市辖区很容易高估狭义城市的面积。事实上，城市建成区是城市的最佳表征，然而城市建成区同城市行政区划并不完全重合，导致数据口径无法统一，难以完成数据收集和积累。
中国城市温室气体清单体系中，可以同时核算城市市域范围内(城市行政区域)的温室气体排放，和狭义城市温室气体排放。我国地级以上城市基本都有较为完整的市域范围内的公开统计数据，因而可以支持城市市域排放清单的编制。着重考虑狭义城市温室气体清单，可以突出城市意义和特色，真正指导中国城市低碳发展，同时也提高中国城市与西方城市温室气体清单的可比性，有利于中国最大限度地借鉴西方城市低碳化发展的成功经验。
排放源的归属问题在西方城市比较显著，因为西方城市中的私人公司或者是私人入股公司占据绝大多数。因而西方城市处理排放源归属问题往往分为运行控制(OperationalControl)和金融控制(FinancialControl)两类。运行控制是受市政府各项政策法规直接管理的，但其经营和财务关系未必完全受当地市政府控制。而金融控制符合国际财务会计标准，即对于一个排放源实体具有完全的金融管理权利。中国城市温室气体清单可以以行政管辖为边界，即相当于西方城市的运行控制，符合我国城市对企业的管理和统计口径。此外，由于西方城市的行政自治和民主管理的特点，城市温室气体清单都分为全市排放清单(CitywideInventory)和政府排放清单(GovernmentInventory)，后者属于前者，但单独列出。政府排放清单主要包括政府部门的用电、采暖、用水、交通、废弃物等，之所以单独列出，是因为全市和政府部门减排的措施有很大不同。对于政府部门的温室气体排放，完全可以采取强制手段进行减排，而对于城市水平的排放，政府只能通过政策鼓励或者财税刺激等市场方法，要想采取强制手段，必须通过地方立法，其操作和实施都较为困难[25]。这一点和我国倡导和实施的绿色政府比较相近，可以充分借鉴。
5.2清单范围
清单范围是指清单所包括的温室气体排放过程，主要指本地排放和异地排放，即直接排放过程（本地排放）和间接排放过程（异地排放）。具体可分为三个尺度(见图3)。①尺度1：所有直接排放过程，主要是指发生在清单地理边界内的温室气体排放过程。②尺度2：由于电力、供热的购买和外调发生的间接排放过程。以用电为例，大部分城市的电力依靠购买或外调，所以并不直接产生温室气体排放，但可能所购电力来自火力发电，而火力发电产生温室气体，所以这部分温室气体算为城市间接排放。③尺度3：未被尺度2包括的其他所有间接排放。这一尺度所包括的范围很广，包括城市从外部购买的燃料、建材、机械设备、食物、水资源、衣物等等，生产和运输这些原材料和商品都会排放温室气体[25]。
建议中国城市温室气体清单需要同时包括尺度1和尺度2，暂不考虑尺度3排放。这样中国城市编制清单相当于采用了生产+消费的混合模式，即在核算清单时，首先核算城市直接排放（生产模式），然后将外调电力和供暖导致的温室气体排放计入城市本身排放（消费模式）。国际上绝大部分城市都是采用这一“混和”模式编制温室气体清单。
6案例对比研究
选择北京市和纽约市，基于前文所述的城市温室气体清单原则和方法体系，对比分析两个城市的温室气体排放特征。根据前面所述的狭义城市，北京市包括城市建成区90%面积的区/县共6个，分别为东城区、西城区、海淀区、朝阳区、石景山区和丰台区。
本研究对比了2个城市的CO2排放水平。北京市市域的碳排放清单可以基于能源统计年鉴核算，但狭义城市的碳排放清单却缺乏数据支持，没有公开出版的北京市各区县的能源利用情况。因此，只能采用其它数据途径。欧盟和荷兰环保局联合开发了全球0.1°×0.1°(中纬度地区约10km)温室气体排放空间网格数据库，当前已经更新至EDGARversion4.1版本(2005年)，该数据库是迄今为止全球水平上空间精度最高的温室气体排放数据库。EDGAR排放源数据主要来源于IEA的排放点源数据库，比较全面地核算了区域空间CO2排放信息，非常有利于我们利用该数据计算狭义城市CO2直接排放水平。因此，基于EDGAR数据库，直接核算北京市2005年狭义城市的直接(尺度1)碳排放量为4473万t。然而北京市狭义城市间接(尺度2)排放量的估算较为困难，只能基于北京市市域直接排放和间接排放的比例来推算。
根据中国能源统计年鉴[27]、北京市统计年鉴[28]和IPCC排放因子[29]，2005年北京市域CO2排放量为1.413亿t，其中直接排放1.012亿t，间接排放(电力调入量为357.69亿KWh时，2005年无热力输入)0.401亿tCO2，间接排放占直接排放的39.62%。其中，外调电力排放因子取值为1.1208tCO2/MWh，该值来源于国家2007中国区域电网基准线排放因子中的华北区域电网电量边际排放因子OM(其计算数据基于2004-2006年《中国能源统计年鉴》)。根据北京市市域间接排放和直接排放的比例关系，以及北京狭义城市直接排放量，可以推算北京市狭义城市的间接(尺度2)碳排放量为1772万t。北京市和纽约市的温室气体排放对比见表1。
从表1可以看出，狭义城市的温室气体清单体系下，北京市和纽约市具有较好的可比性。纽约市的总排放量(尺度1+尺度2)略低于北京市排放量，人均排放量略高于北京市。较为显著的一点是，纽约市尺度2排放占总排放比例明显高于北京市的这一数值，这主要是因为纽约市内工业很少，主要能源消耗是电力和交通燃料。这也是西方发达国家城市的典型特征，即其低碳发展的主要方向都是建筑、交通、城市废弃物处理等明显具有城市特色的方向。北京市尽管在逐渐搬迁市内的重工业，但2005年依旧存在着不少工业企业。
7结论
城市温室气体清单体系的不完善和无法核算真正意义的城市温室气体排放，是我国城市温室气体排放研究的重要不足，直接影响我国低碳城市的积极、健康发展。借鉴和对比分析当前国际城市排放清单研究的主要方法，并对其进行梳理和筛选。选择主流和较为全面的方法体系，结合我国城市实际情况，确定我国城市温室气体排放清单的方法体系，是我国城市温室气体排放清单研究的首要工作。同时，考虑当前数据的可获取性，基于城市市域排放和理论模型，研究狭义城市的温室气体排放水平是一个重要的研究方向。
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ResearchonGreenhouseGasEmissionsInventoryintheCitiesofChina
CAIBofeng
(CenterforClimateandEnvironmentalPolicy,ChineseAcademyforEnvironmentalPlanning,Beijing100012,China)
1引言
政府间气候变化专门委员会（IPCC）第5次评估报告，以新气候观测、时间序列更长的气候数据集和更多的古气候信息，证明在最近的三个十年中，每个十年均已平均暖于自1850年以来之前的任何一个十年，地表到对流层普遍变暖，平流层变冷，全球气候系统变暖是毋庸置疑的。并进一步证明20世纪中叶以来全球气候变暖95%的可能是人类活动造成的。2006年以后，我国超过美国成为世界第一排放大国，2012年中国排放总量超过欧盟与美国的总和，在国际气候谈判形势越来越不利、压力越来越大的情况下，2008年北京、上海、天津成立交易所开始探索国内碳排放权交易市场。企业碳排放信息报告是碳排放权交易的公平、公正、有效开展的基础。
虽然，欧盟碳排放权交易给我国提供很好的借鉴经验，包括企业碳排放报告方法，但是，适合我国国情的行业企业碳排放信息报告指南还有待于加快研究完善。《我国主要行业温室气体检测与核算技术研究》课题旨在研究编制行业企业碳排放信息报告指南，并通过相关行业企业试用加以修改完善，最终，以国家标准形式实施。云南省承担了钢铁行业的碳排放信息指南试用、评估。
2温室气体核算指南与标准
目前，现行的温室气体清单指南和排放核算标准根据不同对象分为国家、区域、企业、项目、产品和服务等多种层级[1]。
部级层面以政府间气候变化专门委员会帮助缔约方编制的《2006年IPCC国家温室气体清单指南》[2]为代表，涉及能源，工业过程和产品使用，农业、林业和其它土地利用、废弃物五个领域温室气体排放的活动水平、排放因子、全球变暖潜势选择和核算方法。
根据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》，我国了《省级温室气体清单指南（试行）》，属于区域级层面的温室气体指南，包括能源活动、工业过程、农业、土地利用变化和林业、废弃物处理等五个领域的温室气体清单。在国家的指导下，各省市已完成了2005年和2010年省级温室气体清单。
针对企业法人或视同法人的组织边界，即行业企业级层面的温室气体核算指南，国际标准主要是温室气体核算体系（GHGProtoco1）、ISO14064-1[3]，涉及边界内的排放源广，例如包括灭火器等。国内除七个试点了各自不同行业企业的温室气体核算指南，包括电力、热力、制造、建筑、航空、服务等行业。国家发展改革委已两批行业企业温室气体核算指南，共计14个工业行业企业核算方法。
项目级层面的温室气体核算指南或标准运用于碳减排项目，主要包括ISO14064-2、PAS：2050、清洁发展机制方法学等。
3钢铁行业企业温室气体核算标准分析
ISO14064-1行业企业温室气体核算指南是一种通用型的行业企业温室气体核算指南，不再细分钢铁、电力等行业。国内七个碳排放权交易试点仅北京、深圳未涉及钢铁行业企业温室气体排放核算指南。国家发展改革委了《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》。《我国主要行业温室气体检测与核算技术研究》主要针对电力、钢铁、水泥、化工、石油等行业进行了温室气体核算指南编制并进行了试用。
3.1ISO14064指南
温室气体核算体系（GHGProtoco1）提供不同层面的温室气体核算标准和计算工具，包括企业组织层面的《企业标准》、项目层面的《温室气体核算体系：项目核算方法》，以及2011年出版的《温室气体核算体系：产品核算与报告标准》和《温室气体核算体系：企业价值链核算标准》。2006年，国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization）根据《企业标准》的相关要求，制定了组织层面温室气体核算标准（ISO14064-1），ISO14064-1标准与《企业标准》相兼容。ISO14064-1是一种通用行业的温室气体核算方法，不再细分钢铁、水泥、电力等，也不再分工序。核算边界指组织拥有的一个或多个设施上的一个或多个GHG源或汇。核算的温室气体包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）和六氟化硫（SF6）六种温室气体。核算排放边界包括从财务和运行控制的角度确定组织运行边界内的直接温室气体排放，消耗的外部电力、热力或蒸汽的生产而造成间接温室气体排放，以及因组织的活动引起的而被其他组织拥有或控制的温室气体源所产生的温室气体排放，但不包括能源间接温室气体排放。
3.2国家发展委试行钢铁指南
根据“十二五”规划《纲要》提出的“建立完善温室气体统计核算制度，逐步建立碳排放交易市场”和《“十二五”控制温室气排放工作方案》（国发〔2011〕41号）提出的“加快构建国家、地方、企业三级温室气体排放核算工作体系，实行重点企业直接报送温室气体排放和能源消费数据制度”的要求，为保证实现2022年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%的目标，国家发展改革委组织编制了《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》[4]。
核算边界包括净消耗的化石燃料燃烧产生的CO2排放，如钢铁生产企业内固定源排放（如焦炉、烧结机、高炉、工业锅炉等固定燃烧设备），以及用于生产的移动源排放（如运输用车辆及厂内搬运设备等）；钢铁生产企业在烧结、炼铁、炼钢等工序中由于其他外购含碳原料（如电极、生铁、铁合金、直接还原铁等）和熔剂的分解和氧化产生的CO2排放；企业净购入电力和净购入热力（如蒸汽）隐含产生的CO2排放。该部分排放实际发生在电力、热力生产企业；铁生产过程中有少部分碳固化在企业生产的生铁、粗钢等外销产品中，还有一小部分碳固化在以副产煤气为原料生产的甲醇等固碳产品中，应予以扣除。
根据《中国钢铁生产企业温室气体排放报告》可知，企业温室气体排放边界作为一个整体，仅分化石燃料燃料直接排放、工业过程直接排放、电力热力间接排放及固碳量，而不再从工序过程分为炼焦、烧结-炼铁-炼钢、轧钢等分别计算。
同时，《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》也仅提供了基于计算的核算方法，没有提供基于测量的核算方法。
3.3本课题钢铁指南
排放主体原则上为独立法人，与能源统计报表制度中规定的统计边界基本一致。排放主体的核算范围包括预期生产经营活动相关的直接排放和间接排放。其中，直接排放是指化石燃料燃烧和工业生产过程产生的温室气体排放；间接排放是指因使用外购的电力、热力等所导致的温室气体排放。生活能耗导致的排放原则上不计入核算范围内。钢铁行业具体核算范围包括：
（1）固定燃烧设备（如焦炉、烧结机、高炉和工业锅炉等固定燃烧设备）及厂界内用于生产的移动运输等生产辅助设备使用化石燃料燃烧产生的直接排放；
（2）生产过程中石灰石和白云石等含碳熔剂分解产生的直接排放；
（3）使用外购电力、热力导致的间接排放；
（4）余热回收发电上网、副产煤气制外销其他产品所蕴含的CO2排放量应被扣除。
根据《钢铁企业温室气体排放监测、核算与报告指南》，同时提供了基于计算的核算方法和基于测量的核算方法。基于计算的核算方法，首先分炼焦、烧结至炼钢、钢材深加工三个环节。炼焦环节分化石燃料燃烧直接排放、电力热力间接排放及外购焦炭间接排放；烧结至炼钢环节分化石燃料燃烧排放、工业过程排放（包括石灰石、白云石使用过程排放，电极消耗产生的排放，炼钢降碳过程含碳量变化产生的排放）、电力热力间接排放及其他外购材料间接排放；钢材深加工环节分副产煤气燃烧排放、电力热力间接排放。
分三个环节分别核算温室气体排放是与《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》核算方法的最大区别。其优势是能够清晰的识别出钢铁企业的流程长短，届时实施全国统一碳排放权交易市场时，以保证分配给流程长短不同钢铁企业的配额公平、公正。
4钢铁行业企业温室气体试用
经与钢铁企业多次交流培训，一家钢铁企业积极参与温室气体报告试用。
4.1工艺流程
经调研，该钢铁企业属于短流程工艺，仅有烧结-炼铁-炼钢过程，无炼焦和轧钢过程。
温室气体直接排放源包括：一是与生产相关的固定燃烧设备类型、数量：2台烧结机、3座高炉；厂区内运输车辆类型、数量：铲车4台、汽车4台、火车3台；使用的化石燃料类型：无烟煤、洗精烟、柴油、全焦、二次能源（高炼煤气、转炉煤气）。二是生产过程中使用白云石、石灰石。三是焦炭外购。温室气体间接排放源包括：部门电力外购。
4.2活动水平
因该钢铁企业还不具备时时测量温室气体排放量的能力，采用基于计算的方法核算该企业的温室气体排放量。温室气体排放源活动水平采用层级一数据，其计算方法是根据年度购买量或销售量以及库存的变化来确定实际消耗或产出的数据。购买量或销售量采用采购单或销售单等结算凭证上的数据，库存变化数据采用计量工具读数或其他符合要求的方法来确定。计算公式如下：
消耗量=购买量+（期初存储量-期末储存量）-其他用量
产出量=销售量+（期末库存量-期初库存量+其他用量
该钢铁企业按照指南要求，提供了化石燃料（无烟煤、洗精烟、柴油、全焦、二次能源（高炼煤气、转炉煤气）、碳酸盐（白云石、石灰石）、净购电力及自发电年活动水平数据。
从该钢铁企业提供的活动水平数据来看，除高炼煤气和转炉煤气混合自发电使用比例没有测量外，其它数据均能与该企业自身能源、原材料等统计相吻合，企业基本能够提供相关温室气体排放源活动数据。
4.3数据分析
2013年，该钢铁企业燃烧直接排放包括燃结-炼铁-炼钢和高炉煤气发电等化石燃料燃烧排放，各占总排放量的30.3%和58.9%，共计89.2%，该短流程钢铁企业温室气体排放主要来自化石燃料；工业工程排放包括石灰（包括白云石）及电极消费直接排放，各占总排放量的2.9%和3.7%；间接排放仅电力，占总排放量的4.2%。在炼钢工程中，有1.1万吨被固定在钢锭中。
关键词：外墙外保温；建筑节能；经济效益
中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：
1、概述
建筑节能是指在建筑工程设计和建造中采用节能型的建筑材料、产品和设备提高建筑物维护结构的保温隔热性能和采暖空调设备的能耗比，减少能耗，合理有效的利用能源。在我国多层居住建筑的采暖能耗中，外墙的热损失约占45%，外墙保温是建筑节能的重点。
目前，外墙保温的方式主要有内保温、夹心保温和外保温三种。外墙外保温在环保节能方面作用显著。外墙外保温是将保温隔热体系置于外墙外侧，使建筑达到保温的施工方法。由于外保温是将保温隔热体系置于外墙外侧，从而使主体结构所受温差作用大幅度下降，温度变形减小，对结构墙体起到保护作用并可有效阻断冷（热）桥，有利于结构寿命的延长。
2、外墙外保温系统的组成和结构
外墙外保温系统主要由以下几层构成：
(1)粘结层：一般由粘结胶浆构成，视需要可附加锚钉。如基面不符合粘贴要求时，需采用机械法固定。
(2)保温层：一般是阻燃型聚苯乙烯泡沫板(EPS)，也可以是挤塑板(XPS)等，厚度按各地节能要求选择。
(3)防护层：由抹面胶浆和玻璃纤维网格布组成。
(4)饰面层：可选用防开裂性、拒水性、透气性和耐候性等较好的外墙涂料等。
3、外墙外保温系统对舒适度的影响
对于居住建筑，当室外气温下降时，为了保持室内的舒适温度，需要采暖来补充室内向外传热的建筑物耗热量；反之，当室外气温上升时，则需要降低室内空气温度。墙体节能的实质其实就是对建筑物的护结构进行加强，使其保温、隔热和气密性能得到提高。而外墙外保温就是指在外墙主体结构的外表面上建造非承重的保温层。
影响人体舒适程度的气象因素，首先是气温，其次是湿度，再次是风向风速等。当人体接受外界的热量加上体内自产生的热量与向外散发的热量保持平衡时，人感到舒适。反之，前项与后项不平衡时，人就会感到“热”或“冷”。
3.1室内空气温度
人的体温基本是稳定的，不随外界气温升降而变化。按人体皮肤平均温度(约33-35℃)要求，室内热舒适环境中室内空气温度按标准要求，冬季采暖设计指标为16-18℃，夏季空调室内热环境设计指标为26-28C。在不同气候区对建筑外墙按节能设计标准对墙体传热系数的基本限值来达到。外墙外保温在冬季采暖期间，高热阻的保温层增加了外墙整体的传热阻，减少室内热量通过外墙向室外传递，提高其保温能力。在炎热的夏季，高热阻的外保温层外表面的蓄热系数小，传递给墙体的热量少，有效延迟了室外热流进入墙体；另一方面，重质材料的主体结构层热惰性指标高，具有较好的热稳定性。而且由于外墙外保温的保温层是在建筑主体结构的外侧，这使得主体结构与建筑室内温度基本一致，这就免去的因为温差对建筑主体结构的破坏。
3.2相对湿度
冬季一般要关闭外窗，室内的湿度主要来自人为因素，如起居、炊事、加湿筹；而夏季室内的湿度主要来自室外多雨、气压低湿度高等因素。而水蒸汽可通过材料由蒸汽压高的一侧向低的一侧转移。当室内水蒸汽压大于室外时，水蒸汽就会通过墙体由内向外传递。在冬季采暖的室内的水蒸汽，压大于室外，水蒸汽通过材料由室内向室外运动，当水蒸汽通过墙体时在某一材料内部超出了某点结露的饱和蒸汽压力，那么该处就会出现结露现象。室内相对湿度越高，持续时间越长，结露可能越严重。但是当建筑物内部发生少量结露后，水分可在短时间内还能转移出去的话，那么还是允许的。对于不同形式保温的外墙其温度和蒸汽压变化是不同的。
对于外保温墙体，由温度变化曲线可见重质主体结构部分因处在室内一侧，内表面蓄热系数又大，整个主体结构为暖体。从水蒸汽压变化曲线可见通过主体与保温层的水蒸汽压均小于会结露的饱和蒸汽压，因此保温墙体不产生结露。当室外相对湿度较高时，有可能在外保温层的外侧出现少量结露现象，但因对保温层外侧的防护层的水蒸汽渗透性是有要求的，也就是结露产生的水分是能蒸发出去的，加上室外经常受太阳辐射和风的影响，此处的水分较容易向室外转移而干燥，也就是室内的水蒸汽通过墙体能转移出去，对建筑物的热损耗影响不大。而对于内保温墙体主体结构部分处在室外一侧，其温度接近于室外温度，内保温层内表面蓄热系数小，水蒸汽压超出结露的饱和压力，处在保温层及其以外的墙体而产生结露，并会产生以下弊病：①发生在保温层结露，因室内相对湿度较高，空气流通较差，水分在整个采暖期可能保留在保温层中，引起保温层失效，使建筑物达不到设计保温效果；②长期结露，会霉变，变形；③主体结构部分温度极低，贮留的水分很难被蒸发，因冻融会造成结构的破坏。
在阴雨天，墙体长期直接暴露在雨水中，内保温墙体和不做保温的墙体面临室外的是重质材料构成的主体结构部分（混凝土或砖石砌体），会吸入大量的雨水，慢慢渗透进墙体，使整个墙体处在湿热状态，当长期处于湿热状态的墙体就会发霉。水蒸汽还会通过墙体扩散进入室内，增加室内的相对湿度。而外保温墙体面临室外的是保温层外具有良好的防水性和抗雨水渗透性的防护层，如采用ZL胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统时，其外保温体系具有良好的抗裂性能和防水性能良好的饰面层材料及高分子乳液弹性防水底层涂料外层，可确保防止雨水的渗透，使大量的雨水被拒之墙体外。
3.3热辐射
夏天炎热的主要原因是白天太阳辐射热大，日晒时间长。建筑物外墙严重地受到不稳定温度波作用，在这种室外综合温度作用下是一种非稳态传热，外墙表面对太阳辐射热吸收强弱是值得关注的问题，表面吸收的太阳辐射热越多，墙面的温度就越高，通过墙体传向室内的热量也就越多。夏季白天太阳辐射是建筑物热负荷的主要来源，外墙的热工性能除了传热系数符合标准要求外，就是用来抵抗温度波和热流波的热惰性指标，降低太阳辐射热传入室内，是减少室内热负荷的关键。外墙设计除了满足夏季白天具有良好的隔热性（衰减值较大，延迟时间长）、夜间散热快之外，还应了解这一地区采暖空调运行方式以及自然通风与室外热作用之间的相互关系，合理地采取降低围护结构的传热系数，增强其隔热性能。
外保温墙体在炎热的夏季，虽然内、外保温墙体计算的内表面最高温度相差不大，但实践证明在不开空调的情况下外保温比内保温舒适(约低2℃)。这是由于外保温层置于墙体的外表面，它的传热系数小，外表面蓄热系数小，传递给墙体的热量少，有效延迟了室外热流进入墙体，加之重质材料墙体的热惰性指标高，具有较好的热稳定性，室内温度波动（自然通风情况）对墙体内表面温度波幅影响很小，从而具有一定的隔热作用。
日光温室内，除温度较高的夏秋季节需在温室前屋面放底风外，一般只需通过顶风口放风即可调节温室内温湿度。顶风口就是在日光温室前屋面的最上部位留出的一条宽1.5—2.0m的长长的通风带，通风带用一幅宽2.5～3.0m的塑料薄膜单独覆盖，此膜称为放风膜。为了防止使用后收缩，放风膜须选用聚乙烯薄膜，不能使用聚氯乙烯薄膜。放风膜的下边要折叠粘接一条穿丝套，套内穿一根细钢丝，覆膜后将钢丝拉直。这条钢丝的主要作用，一是放风口合盖后，上下两幅膜能够贴紧，提高保温效果：二是开启通风口时，上下拉动钢丝，不损伤薄膜：三是上下拉动放风口时，用钢丝带动整幅薄膜，通风口开启的质量好，功效也高。
通风滑轮
过去，覆盖日光温室的棚膜为一个整体，一天须多次爬到温室屋顶上去扒缝放风，这种放风方式既增加了劳动强度，又不安全。而通风滑轮的应用是在1个目光温室上覆盖大、小两块棚膜，在温室内部就能通过滑轮和绳索调节通风口的大小，既节约时间，又安全省事。通风滑轮通常以3个定滑轮为一组，每隔一间使用一组，依据温室长度确定滑轮组数。
安装方法
先在距离温室放风口35～40cm的位置，安装固定一个定滑轮A于压膜绳上。然后，将另外两个定滑轮B和C固定在日光温室内后坡上的东西向钢丝上，位置应选在距离后砌柱10～15cm处，且定滑轮B和C之间的距离为30～35cm，之后，再将两根尼龙绳分别栓在放风膜内的钢丝上，尼龙绳之间的距离同样为30～35cm。最后，将其中的一根尼龙绳一头栓在放风膜内钢丝后，另一头返回温室内穿入定滑轮B中，此绳用于放风，称作通风绳。而另一根尼龙绳的一头栓在放风膜内钢丝后，再将其另一头穿入压膜上的定滑轮A后，再返回温室内穿入定滑轮C中，并将其拴在后立柱上(事先在距离地面1m处的后立柱上固定一铁丝圈)，此绳用于闭风，称作闭风绳。具体安装方法见图2。
使用方法
放风时，拉动通风绳：闭风时，拉动闭风绳。使用实景见图3。
放风保险绳
冬春季节刮风天气较多，常见北风或西北风，温室拉开放风口后，除了靠近拉绳处的放风膜不易被吹动外(因为放风绳固定在了后立柱上)，其它位置的放风膜边缘极易被吹动，这样便会减小放风口，甚至关闭放风口，导致放风效果不佳。解决这个问题的办法就是不时地检查一下，若发现风口关闭了，便重新拉开，继续放风。这样做费工费时，使用放风保险绳，就能克服此弊端。
安装方法
预先准备好一些5m长的绳带(颜色最好要与通风绳和闭风绳有所差别，便于区分)，然后将绳带的一头拴系在日光温室顶部的东西向钢丝上，另一头则通过放风口穿入温室内，并从放风膜下的钢丝(从风口向北数第三条钢丝)上通过(见图4)，最后放落在温室内即可。
使用方法
在每次拉开放风膜放风后，再用保险绳固定一下放风膜的放风距离，以防刮风将其关闭，注意保险绳的下端要拴系牢固。闭风时，要先解开保险绳，再关闭风口。温室内增设保险绳以辅助放风，既省工省力，又能保证放风效果。使用实景照片见图5。
顶风口下设置调风膜
在顶风口下设置调风膜，不仅可以防止温室外草苫上的杂草、尘土等进入温室中，落到植株的叶片上，影响蔬菜光合作用的进行，更重要的是能避免放风时冷空气直接吹到放风口下的蔬菜上，导致蔬菜果实表面的温度及干湿度发生剧烈变化，造成蔬菜叶片“干边”、果实“皴皮”等不良现象。调风膜对放风口下的蔬菜生长能够起到很好的保护作用。
安装调风膜后，使进入温室中的冷空气先被调风膜折射到后墙上，从而延长冷空气吹到蔬菜上的距离，给冷空气与温室内热空气一段对流的时间，使吹到蔬菜上的空气与温室内温度相当，从而避免蔬菜叶片干边、果实皴皮等。
设置调风膜的方法很简单。将宽度2.0—2.2m的调风膜的两侧利用粘膜机粘一条1.0—1.5cm的穿丝套。然后上侧穿丝套中穿一根比温室长长出6～8m的钢丝，固定在通风口下南边30—40cm的地方，再将钢丝固定在温室两端外侧的地锚上，用紧线机抻紧。再每隔15m使用铁丝将调风膜的钢丝与温室面上的钢丝或钢管固定一下，防止调风膜中间下垂。调风膜下部使用与温室长等长的钢丝，穿在调风膜穿丝套内，抻紧，固定在温室后立柱上即可。具体设置方法示意图见图3。
调风膜的改进
挡风增光膜
选用一面黑色(面向顶风口)一面银白色的调风膜既可起到一般调风膜的作用，又可增加室内的光照度。该技术已获得国家实用新型专利授权，专利权号ZL201120096368.4。主要用于冬春季节日光温室蔬菜栽培。
挡风增光膜具有以下优点：
安装挡风增光膜对顶风口下的蔬菜生长起到很好的保护作用。黑色塑料膜吸热多，使进八日光温室中的冷空气首先有一个预热的过程，而后被黑色塑料膜挡到后墙上，从而延长冷空气吹到蔬菜上的距离，给冷空气与日光温室内热空气一段对流的时间，使吹到蔬菜上的空气与棚温相当，从而避免蔬菜因温度及干湿度发生剧烈变化而造成叶片“干边”、果实“皴皮”等现象发生。
挡风增光膜能够改善日光温室内小气候，提高蔬菜作物产量，改进品质。挡风增光膜能替代日光温室靠后墙部位张挂的反光幕。既可明显增加日光温室内的光照度，又不影响在白天有太阳照射的条件下，日光温室后墙墙体贮存足够的热量，在夜间再不断释放出来，补偿日光温室气温损失的部分，以保证日光温室内温度达到要求的区间。
挡风防虫膜
选用一面银灰色(面向顶风口)一面白色的调风膜既可起到一般调风膜的作用，又可趋避蚜虫、粉虱，防止它们通过顶风口进入日光温室内，减轻病害特别是病毒病的发生。该技术已获得国家实用新型专利授权，专利权号ZL201120077418.4。主要用于夏秋季节日光温室蔬菜栽培。
挡风防虫膜具有以下优点：
安装挡风防虫膜后，使进入日光温室中的热空气先被该装置挡到后墙上，从而延长热空气吹到蔬菜上的距离，给热空气与日光温室内空气一段对流的时间，使吹到蔬菜上的空气与棚温相当，从而减轻蔬菜高温障碍症和病毒病的发生。
关键词：围护结构空调负荷热稳定性
近年来，为了降低建筑的空调负荷，实现建筑节能，围护结构的外隔热和内隔热技术发展很迅速，并得到了大面积的应用和推广。其主要原理是加大了围护结构的传热热阻，从而降低了围护结构因传热得热引起的空调冷负荷。但我们知道，室外气象参数是周期性变化的，围护结构的传热并不是一个稳态过程，而围护结构也并不仅仅是一个简单的纯热阻，因其有着蓄热功能，故在传热过程中，围护结构相当于是一个被动热源体，影响室内空调负荷的变化，同时也影响着房间的热稳定性。例如对于有着相同热阻的墙体，材料及厚度均相同，但其组合位置不同时，对室内空气的影响作用是不同的。在实际工程中，具体采用什么样的组合方式，应该根据实际的气候特征、建筑物的使用时段和空调方式而定，不能简单武断地认定外隔热一定比内隔热好，或内隔热一定比外隔热好。
1.围护结构主体结构的材料不同，加内隔热和外隔热后的效果不同
在对主体结构分别为轻质材料和重质材料的墙体分别加内隔热层和外隔热层后，其对室内空气的热稳定性作用效果是不同的，同时也影响了空调负荷。本文以广州地区为例，选用六种不同材料和结构的典型墙体，对其热工性能进行了计算，墙体材料的热工性能见表1，墙体组成见表2。第一种墙体结构为轻质材料内隔热；第二种为轻质材料外隔热；第三种为重质材料外隔热；第四种为重质材料内隔热；第五种为轻质材料不加隔热层结构；第六种为重质材料不加隔热层结构。在太阳辐射过程中，西晒得热最大，很多情况下最关心的也是西侧墙体的内表面温度是否高于可以接受的舒适性温度，所以在计算中以西墙为例。
表1计算中用到的墙体材料的热工性能材料
厚度δ[mm]
蓄热系数S
[W/(m2.℃)]
材料热阻R[(m2.℃)/W]
导热系数λ
[W/(m2.℃)]
热惰性指标D
密度ρ(kg/m3)
比热容c
(kJ/kg.℃)
聚苯乙烯
30
0.34
1.11
0.027
0.38
30
2.00
泡沫混凝土
200
1.07
2.60
0.077
2.78
232
0.88
钢筋混凝土
200
14.95
0.13
1.54
1.94
2400
0.84
石灰沙浆
20
8.9
0.02
0.93
0.19
1600
0.84
表2墙体结构及其隔热层
为了考究围护结构对室内空气热稳定性的影响，在这里引入围护结构热稳定性度时数的概念：，—室外综合温度波传到室内时的平均温度，—室外综合温度波传到室内时各时刻的温度，则即为综合温度传到室内时各时刻的波动幅度大小，为计算时间间隔，计算中取1小时，这样我们就可以得到墙体在一个周期（24h）内的热稳定性度时数（DH）。热稳定性度时数反应了围护结构对室内热稳定性的影响，热稳定性度时数（DH）越小，说明围护结构对室内的热稳定性越有利。对以上列出的六种墙体的稳定性度时数计算结果见表3。
墙体的热稳定性度时数虽然可以反应出其对室内热稳定性的影响，但并不能直观的反应出其对空调能耗的影响，为此我们同样引入了墙体反应系数的概念，定义墙体的反应系数为：，其中DH与上面的意义相同，为一个计算周期（24h）内墙体传热引起的空调负荷累加值，，为室外综合温度逐时值，为室内设计温度（即为舒适性温度，这里设为26℃），R0为墙体的总传热热阻，为计算时间间隔，计算中取1小时。墙体的反应系数综合反映了墙体对室内热稳定性和空调能耗的影响。墙体的反应系数越高，表示房间的热稳定性越差，空调因墙体传热得热引起的冷负荷越大，反之反应系数越低，说明热稳定性越好，空调能耗也越小。表3是对以上提到的六种不同结构墙体的反应系数的计算结果。
表4广州地区西墙几种不同结构墙体的反应系数和度时数计算值结构
结构1
结构2
结构3
结构4
结构5
结构6
度时数（DH）
2.90
2.62
3.35
4.66
4.97
27.53
墙体反应系（BER）
170.5
154.1
536.6
746.5
405.6
18476.0
把上面计算得出的各种不同结构墙体的热稳定性度时数（DH）进行比较：，，且接近于，说明采取隔热措施后可以提高房间的热稳定性，用同样的隔热材料采用外隔热比内隔热好，更有利于提高房间的热稳定性，对于主体结构为重质材料的墙体来说，隔热的效果更好。把各种墙体的反应系数（BER）作比较，可以看出在6种墙体中，墙体2的反应系数（BER2）最小，为154.1，墙体6的反应系数（BER6）最大，高达18476.0，说明墙体2对室内的热稳定性好，且因围护结构传热引起的空调负荷小，墙体6的热稳定性差，且因围护结构传热引起的空调负荷大。BER1=170.5与BER2=154.1接近，都小于BER5=405.6；BER3=536.6小于BER4=746.5，且远远小于BER6，说明加隔热层可以提高围护结构的热稳定性，同时有利于降低围护结构因传热引起的空调负荷，且外隔热的效果较内隔热更好，但主体结构为轻质材料的墙体加隔热层后没有主体结构重质材料的墙体起到的效果那样显著。
从上面的分析可以看出，对于连续运行的空调房间来说，当主体结构为重质材料的墙体时，加隔热层可以使房间的热稳定性明显提高，空调因墙体传热得热引起的能耗会减小，但当主体结构为轻质材料的墙体时，加隔热层对提高室内热稳定性的效果不是很明显。总的来说，加隔热层有利于提高房间的热稳定性和降低因围护结构传热引起的空调冷负荷，外隔热较内隔热更有利于提高室内的热稳定性。
2.隔热形式的选择与房间的空气调节系统运行方式有关
对于外隔热墙体，如果室内侧为体积热容量较大的承重结构，材料蓄热系数大，所以内表面温度波动小，对室温调节避免聚冷聚热有好处，适用于经常使用的房间，但对于一天只有短时间使用的房间，如体育馆、剧院、使用频率比较低的会议室等，在每次使用前临时降温，要求室温能尽快达到要求的标准，这时内隔热便比较有利。所以对于间歇使用的空调房间，围护结构的蓄热性能对房间的热稳定性和空调能耗是起负面作用的，这种情况下，宜采用内隔热，即使采用外隔热，主体结构内侧也宜使用热容量小的轻质材料。因为当长时间不用的房间在启用时，房间的空调冷负荷：Q=围护结构的传热负荷+室内人员及设备的散热负荷+围护结构的蓄热负荷+新风负荷。采用内隔热，一方面可以加大墙体的传热热阻，减小围护结构的传热负荷，另一方面，因为隔热层在内侧，对室内的冷量起阻隔作用，减小了因墙体蓄热带来的短时间内的空调冷负荷，从而降低了使用时段内的空调能耗。据有关实验表明[1]：对长期处于自然条件下隔热层处于不同位置的围护结构的房间进行瞬时初加热，加热热源为散热器（内壁热媒水温为定值）和辅助加热源（电加热器）。在计算中同样引入了热稳定性度时数和围护结构的反应系数，其定义为：热稳定度时数，，其中表示热舒适温度(20°C)，为室内逐时温度，为计算时间间隔，加热周期为一天，这个数据显示了在定义的一个周期内室内空气温度与舒适性温度的差值；定义在加热日建筑围护结构的反应系数为：，其中代表在加热日总的加热量。实验结果表明：隔热层在内部时，房间空气达到舒适性温度的时间最短，并且在电加热器关闭后很长一段时间内室内气温比较稳定；热稳定性度时数（DH）最低，围护结构的反应系数（BER）也最小，说明间歇运行的空调房间，内隔热更有利于室内的热稳定性，空调的负荷也会得到降低，有利于节能。
对于空调系统连续工作的房间，围护结构的蓄热系数大，对室内温度变化的抑制能力就强，有利于房间的热舒适性。此种情况下，墙体宜采用外隔热，这样热容量大的墙于室内侧，热容量小的隔热材料位于室外侧。由于隔热层位于外侧，主体材料的温度与室内空气温度接近，这就意味着当负荷不均衡时，可保证室内侧的墙体表面温度不急剧波动，蓄热层吸热或放出能量，朝有利于室内温度保持稳定的方向变化。通过表3的计算结果也可以看出，对于连续运行的空调房间，外隔热墙体的热稳定性度时数（DH）低，墙体的反应系数（BER）也小，说明外隔热更有利于室内空气的热稳定性，如果可以合理利用夜间通风降温，让主体结构白天吸热升温，夜间放热降温，更有利于降低空调能耗。
3.墙体材料及隔热形式的选择与房间的使用时段有关
围护结构的材料和结构不同时，延迟时间就不同，在设计时，我们可以通过合理设计墙体的结构，控制墙体的温度波延迟时间，让温度波低谷部分传到室内时，房间处于使用时段，当室内壁温度处于高谷时，房间处于间歇时段。比如对于中小学校，房间主要是白天使用，而室外综合温度最高值一般出现在下午2：00~4：00点，如果围护结构的延迟时间可以达到6小时，那么其室内温度高峰期就会出现在晚上8：00~10：00，这样教室在白天的使用时段内，房间的温度就不会太高；再如对于一些居住建筑，一般晚上7：00以后有人在，那么围护结构的延迟时间就应该小一些，如果延迟时间小于3小时，室内温度高峰期就会出现在晚上5：00~7：00以前，这样房间在使用时段内7：00以后就可以避免室内温度太高。
另外，对于完全靠自然通风调节的房间，如果使用时段在白天，总的来说，宜使用重质围护结构，这样可以增强室内空气的稳定性。对于使用时段主要在夜间的房间（如居民住宅），隔热层宜布置在围护结构的内侧。由于绝热材料在内侧，晚间室外温度低于室内温度，室外空气进入室内，室内空气温度下降，墙体内表面的温度迅速下降。如果蓄热材料在内侧，由于白天房间没有空调，室内温度偏高，主体材料温度也高，夜间即使开窗通风调节，墙体的温度也不会迅速下降。
4.围护结构材料及隔热形式的选择与气候特征有关
对于夏热冬冷地区，在夏季，气温的日较差很大，白天温度太高，夜间温度太低，这种情况下，使用重质结构的墙体加外隔热，不仅可以提高室内的热稳定性，而且如果在夜间自然通风利用的好，还可以使空调的能耗得到明显的降低，但对于夏热冬暖地区来说，气温的日较差比较小，夜间室外温度与内侧墙体温度差别不大，所以这种靠夜间自然通风来进行节能调节的效果就不是很明显，对节能来说意义不大。
5.结论
围护结构在传热过程中，墙体是一个被动热源体，对室内的空调负荷起着调节作用，同时也影响了房间的热舒适性。这种调节作用的强弱主要是由围护结构的材料和隔热层的位置决定的,在设计中应根据本地区的气候特点、室内热环境的要求和具体的使用时段等实际情况来考虑这一问题。合理的设计围护结构不仅可以提高室内环境的热稳定性，而且会大大降低建筑的空调能耗。
参考资料
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关键词温室栽培;温度;光照;湿度;气体;肥力;调控技术
温室包括各类玻璃温室、pc板温室、膜温室等。国内外温室栽培技术近年来得到迅猛发展,其中以荷兰、以色列、美国、英国、日本、法国、澳大利亚等国发展最快,我国温室栽培技术研究始于20世纪80年代后期,特别是近10多年来发展迅速,但由于许多栽培者在生产过程中对温室内环境因子调控技术掌握不到位[1-3],造成温室栽培没有发挥出应有效益,甚至亏本。因此,掌握温室内环境因子的调控技术是决定温室栽培成败的关键。
1温室内温度调控技术
温度与植物生长发育、花芽分化、光合作用、蒸腾作用、呼吸作用以及同化产物的运输等都有密切的关系,极端的高温与低温会影响植物的正常生长和发育,严重时甚至使植株死亡。土壤温度对作物生育也有很大影响,因为地温的高低直接影响作物根系吸收营养和水分,而且还影响土壤微生物的活动。采用温室的主要目的是在植物不适于露地栽培的季节进行栽培,因此温度就成为温室环境调控中的一个重要因子[4-6]。目前,对温度的控制主要有保温、加温和降温几个方面。
1.1保温技术
一是减少贯流放热和通风换气量。温室的散热有3种途径,即:经过覆盖材料的维护结构传热即贯流传热;通过缝隙露风的换气传热;与土壤热交换的地中传热。3种传热量分别占总散热量的70%~80%、10%~20%、10%以下。为了提高温室的保温能力,近年来主要采用外盖膜、内铺膜、起垄种植再加盖草席、草毡子、纸被或棉被以及建挡风墙等方法来保温。在选用覆盖物时,要注意尽量选用导热率低的材料。其保温原理为:减少向温室内表面的对流传热和辐射传热;减少覆盖材料自身的传导散热;减少温室外表面向大气的对流传热和辐射传热;减少覆盖面的露风而引起的对流传热。二是增大保温比。适当降低设施的高度,缩小夜间保护设施的散热面积,有利于提高设施内昼夜的气温和地温。三是增大地表热流量。通过增大保护设施的透光率、减少土壤蒸发以及设置防寒沟等,增加地表热流量。
1.2加温技术
加温的方法有酿热加温、电热加温、水暖加温、汽暖加温、暖风加温、太阳能储存系统加温等,根据作物种类和设施规模和类型选用。其中酿热加温利用的是酿热物(比如牲口粪便、稻草等)发酵过程中产生的热量。太阳能加温系统是将棚内上部日照时出现的高温空气所截获的热能储存于地下以提高地温,当夜间气温低于地温时,储存于土壤中的能量可散发到空气中。通过太阳能储存系统的运用,温室内地温可提高1~2℃。
1.3降温技术
当外界气温升高时,为缓和温室内气温的继续升高对作物生长产生不利影响,需采取降温措施,目前温室的降温主要有以下方式:一是换气降温。打开通风换气口或开启换气扇进行排气降温,在降低室温的同时,还可以排出湿气,补充二氧化碳。二是遮光降温。夏天光照太强时,可以用旧薄膜或旧薄膜加草帘、遮荫网等遮盖降温。三是屋面洒水降温。在设备顶部设有有孔管道,水分通过管道小孔喷于屋面,使得室内降温。四是屋内喷雾降温。一种是由温室侧底部向上喷雾,另一种是由大棚上部向下喷雾,应根据植物的种类来选用。
2温室内光照调控技术
植物的生命活动都与光照密不可分,因为人类赖以生存的物质基础是通过光合作用制造出来的。目前,温室内的光照仍以自然光照为主,但光照强度一般较弱,这是因为自然光要透过透明屋面覆盖材料才能进入温室内,这个过程中会由于覆盖材料吸收、反射、覆盖材料内表面结露的水珠折射、吸收等而降低透光率[7-9]。如果透明材料不清洁,使用时间长而染尘、老化等因素,其透光率甚至不足自然光的50%。因此,要尽量提高大棚内的光照,使之满足蔬菜花卉等设施栽培作物生长发育的要求。
2.1合理设计温室结构,提高透光率
一是合理设计。施工前选择好光照充足的建造场地;设计合理的建造方位和屋面坡(弧)度;尽量减少温室棚面龙骨的数量和表面积;选用透光率高的覆盖材料。二是保持覆盖材料表面干净。经常清扫覆盖物表面,减少灰尘污染,以增加透光率,提高棚内光照强度。三是减少覆盖物内表面结露。通过通风等措施减少覆盖膜内表面结露,防止光的折射,提高透光率。目前,我国已经研制出不易产生结露的无滴膜,生产时应作为首选材料。四是延长棚面光照时间。在保温前提下,尽可能早揭晚盖外保温和内保温覆盖物,增加光照时间。双层膜温室,可将内层改为能拉开的活动膜,以利光照。五是合理密植。合理安排种植行向,以减少作物间的遮荫,密度不可过大;否则,作物在设施内会因高温、弱光发生徒长。作物行向以南北行向为好,没有“死阴影”。若是东西行,则行距要加大。单屋面温室的高栽培床要南低北高,防止前后遮荫。六是选用耐弱光品种。温室栽培时应选用耐弱光品种,同时加强植株管理,对于高秧作物通过及时整枝、打杈、插架等措施以防止上下叶片互相遮荫。七是采用地膜覆盖或挂反光幕(板)。地膜覆盖有利地下反光以增加植株下层光照。在温室内悬挂反光幕可使反光幕前光照增加40%~50%,有效范围达3m。八是利用有色膜改变光质。在光照充足的前提下,采用有色薄膜,人为创造某种光质,例满足某种作物或某个发育时期对该光质的需求,获得高产优质。例如紫色薄膜对菠菜有提高产量、推迟抽薹、延长上市时间的作用;黄色薄膜对黄瓜有明显的增产作用;而蓝色薄膜能提高香莱的维生素丙的含量。
2.2遮光技术
温室遮光20%~40%能使室内温度下降2~4℃。初夏中午前后,光照过强,温度过高,超过作物光饱和点,对生育有影响时应进行遮光。遮光材料要求有一定的透光率、较高的反射率和较低的吸收率。一是覆盖各种遮荫物。覆盖物有遮阳网、苇帘、竹帘等。二是玻璃面涂白。将玻璃面涂成白色可遮光50%~55%,降低室温3.5~5.0℃。三是屋面流水。使屋面安装的管道保持有水流,可遮光25%,遮光对夏季炎热地区蔬菜及花卉栽培尤为重要。
2.3人工补光技术
补光有调节开花期的日长补光和栽培补光,日长补光是为了抑制和促进作物花芽分化,调节开花期。而栽培补光主要是促进作物光合作用,促进作物生长。据研究,当温室内床面上光照日总量小于100w/m2时,或光照时数不足4.5h/d时,就应进行人工补光。因此,在北方冬季很需要这种补光,但因成本高,国内主要用于育种、引种和育苗。人工补光的光源是电光源。对电光源有3点要求:一是要求有一定的强度。使墙面上光强在光补偿点以上和光饱和点以下。不同作物的光补偿点和光饱和点分别不同,所以应用时要因作物而定。二是要求光照强度具有一定的可调性。三是要求有一定的光谱能量分布和太阳光的连续光谱。可以模拟自然光照或采用类似作物生理辐射的光谱。
3温室内湿度调控技术
由于温室内土壤的蒸发和植株的蒸腾作用,使空气湿度明显高于露地。而湿度是影响温室栽培作物病害发生的主要因素。湿度调控一是地膜覆盖。温室内覆地膜可使覆盖地面蒸发大大减少,从而达到保持土壤水分,降低空气湿度的目的。二是控制浇水。尤其在寒冷的季节,推行在地膜垄沟内暗灌,不仅有利于降低室内空气湿度、抑制病害发生,还能起到减少热能损耗、提高地温的作用。三是通风降湿。通过通风,可调节改善室内的湿度状况。但在通风降湿的同时,也降低了室内的温度,因此在寒冷的冬季,要以保温为主,尽量减少通风次数与时间;春季则要适当加大通风量,以协调温室内的温度与湿度,缓解温度与湿度矛盾。另外,大型设施在进行周年生产时,到了高温季节还会遇到高温干燥、空气湿度不够的问题,要注意加湿。加湿的方法有喷雾加湿、湿帘加湿和温室内顶部安装喷雾系统,降温的同时也可加湿。
4温室内气体调控技术
4.1温室内气体的种类
一是co2。对温室作物影响最大的气体是co2,它是作物光合作用的主要原料,其含量直接影响到设施栽培作物光合作用的进行。空气中co2的浓度一般为340~350mg/kg,远低于光合作用的适宜浓度(600~1200mg/kg)。而温室是一个相对封闭的空间,其中co2主要来自大气,植物和土壤微生物的呼吸活动、有机肥料的分解也可以释放一些co2,但由此而来的co2远远满足不了作物生长的需要,如果不及时补充co2,植物的光合作用减弱,光合产物数量少,供应养分不足,导致植株生长缓慢,产量低,品质差,畸形果多,落花落果严重。因此,对温室大棚设施补充co2,是提高作物产量与品质的主要途径之一。二是o2。土壤中的o2对作物影响较大,作物地上器官呼吸所需要的o2可以从空气中得到满足,根系需要的o2要从土壤中获得,缺氧时根系易腐烂,当土壤含氧量低于5%时,根系就不能进行正常的吸收活动,甚至会使根系窒息而死亡。三是有害气体。温室生产过程中往往会产生一些有毒气体对作物产生毒害。如温室中施入未经腐熟的鸡禽粪等有机肥,再发酵过程中会产生大量的nh3,另外大量使用碳酸氢铵、尿素等氮素化肥,也会放出nh3、no2。燃煤或燃烧沼气加温时会产生so2、乙烯等。质量不好的农膜还会产生cl2,这些气体如果不及时排出便会导致作物中毒。
4.2温室内气体调节技术
一是人工使用co2肥。利用强酸和碳酸盐进行化学反应产生碳酸,碳酸在常温下很快分解生成水和co2,目前在冬暖大棚广泛应用的是稀硫酸和碳酸氢铵的反应,产生co2。此法操作简单、安全,费用相对低,其反应速度随反应物浓度和外界温度的增高而加快,但要注意温度过高而引起碳酸氢铵的分解,产生氨中毒。或用燃烧沼气、天然气、液化石油气、无烟煤、丙烷、煤油等碳氢燃料的方法生成co2。此法生产co2气肥有2个较大的缺点,即虽经过滤但仍会放出co和h2s等有害气体及成本较高。或用干冰填埋法。在大棚内每1m2挖1个坑,坑内埋入少量干冰,使co2缓缓的释放到大棚里。这种方法释放量大、使用方便,但成本过高、劳动强度大,且因co2气体密度大,从地面向空气中释放比较困难,不利于作物吸收,无法做到定时定量,有降温效应。或用瓶装液态co2法。瓶装液态co2是化肥厂、酒精厂等企业的副产品,是比较理想的农用co2气源,且资源丰富、成本低廉、很容易控制、方便安全,具有其他co2气源所不具有的优点。还有生物法。在保护地内高架作物下堆放食用菌袋,既可生产食用菌,食用菌呼吸放出的二氧化碳又能被植物利用。二是通风换气。通过通风,在排出有害气体的同时,补充co2和o2,但这种方法只能使co2浓度最高达到大气水平。三是改善土壤o2供应。增施腐熟的有机肥,中耕松土,防止土壤板结;覆盖地膜,既能保墒又能保持土壤疏松透气,但地膜间垄沟要定期中耕。四是其他调节办法。选用含硫量低的煤作燃料,选用合格农用塑料膜,每次施肥后几天内要加大通风量,减少有毒气体对作物的危害。
5温室内肥力调控技术
5.1温室内施肥特点
一是禁用挥发性化肥;二是不能使用未腐熟的有机肥;三是多施有机肥。施有机肥不仅能提高土壤肥力,还能防止盐类积聚,并且有机物分解过程中产生的co2可供作物光合作用需要。少施容易被土壤吸附的硝酸钾、氯化钾、硫酸镁等化肥。
5.2施肥技术
一是有机肥。有机肥一般作基肥,多在耕前撒施。为提高肥效,种植行距较大的果蔬时最好集中沟施,注意分层施用并与土混匀。二是氮肥。氮肥是速效肥,一般用作追肥,分期施用,施用时埋在地下5~10cm为宜,尤其是在温室中不能施在地表,以免发生氨气危害。如果采取膜下暗灌技术可随水追施。三是磷肥。为了提高磷肥利用率,磷肥应集中深施,也可集中分层施用。颗粒磷肥比粉末磷肥效果好,有效磷含量高。四是钾肥。钾肥多作基肥和定植肥,可集中沟施,对于浅根性作物还可洒在地表,与表土掺匀。五是微量元素。多数土壤不缺乏微量元素,但温室内连作严重,常导致土壤中微量元素吸收障碍或缺乏。不同作物对微量元素缺乏的敏感性不同,生产上应根据作物种类的不同及生长发育表现,决定是否缺素。微量元素多进行叶面喷施,喷施浓度通常是0.2%~0.5%。钼、铜的实用浓度应适当降低,叶面喷施在傍晚进行最好,药液不容易风干,便于叶片吸收。用液量为375~750kg/hm2。
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