家庭碳排放计算方法分析评价_曾静静

第31卷第10期2012年10月
地理科学进展
PROGRESS IN GEOGRAPHY
V ol.31,No.10Oct.,2012
收稿日期：2012-01；修订日期：2012-04.
基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（XDA05140100）。

作者简介：曾静静(1981-)，女，重庆人，副研究员，主要从事全球环境变化战略情报研究。

E-mail:zengjj@
1341-1352页
家庭碳排放计算方法分析评价
曾静静1，张志强1，曲建升1，李燕2，刘莉娜2，董利苹1
（1.中国科学院资源环境科学信息中心/国家科学图书馆兰州分馆，兰州730000;2.兰州大学教育部西部环境重点实验室/西部环境与气候变化研究院，兰州730000）
摘要：碳排放定量评价是碳减排政策制定的依据。

家庭作为产品和服务消费的主体，其能源需求及碳排放问题正日益引起国际社会和科学界的关注与研究。

本文在界定家庭碳排放及其构成等相关概念的基础上，梳理了国际上家庭碳排放的主要计算方法，对比分析了各种主要计算方法的优缺点，并构建了符合中国家庭碳排放构成及特点的评价指标体系及计算方法，这对家庭碳排放的相关研究具有重要的现实意义。

关键词：家庭碳排放；间接排放；直接排放；评价指标体系；计算方法
1引言
工业化革命以来，人类的生产和生活活动消耗了大量的化石能源，在满足其所需产品和服务的同时，也导致了大量的温室气体排放。

根据美国橡树岭国家实验室CO 2信息分析中心(CDIAC)的数据，1751-2010年全球累计CO 2排放达13365.85亿t [1]。

在迄今的温室气体排放相关研究中，气候变化总是与“工业温室气体排放量”联系在一起，工业排放量俨然成为所有温室气体排放源的代名词，而忽略了家庭和个人的生活温室气体排放量。

国际社会在评估CO 2排放量时也遵循这一传统方式，通常根据排放源的不同将其分为工业、商业、交通、居民排放量，很少将个人行为或者家庭视为一个单独类别。

家庭作为产品和服务消费的主体，其能源消耗及其碳排放问题正日益引起国际社会和科学界的广泛关注。

国内外学者开展了大量的研究工作[2-17](表1)，主要是以家庭能源消耗及其碳排放的角度切入，试图阐明家庭消费方式对环境的负面影响。

研究结果表明，家庭能源消耗以及其碳排放在各国能源消耗及其碳排放的比例具有举足轻重的地位，家庭和个人温室气体排放量是一个独立的、数量巨大的温室气体排放源。

大多数情况下，间接用能及其CO 2排放要高于直接用能和排放，食品支出、家庭规模、交通和娱乐是导致间接用能增加的主要因
素；私人交通、供热和电力对直接用能的贡献是相同的[7,18-19]。

由表1可以看出，目前有关家庭能源消耗及其碳排放的相关研究旨在通过改变家庭消费方式来减少家庭能源需求及其环境影响。

家庭能源需求及其CO 2排放占各国能源需求及其CO 2排放的份额日益增长。

就家庭直接与间接能源需求及其CO 2排放所占比重而言，中国与发达国家的情况不尽相同：发达国家家庭间接能源需求及其CO 2排放高于直接能源需求及其CO 2排放；中国城镇家庭间接能源需求及其CO 2排放大于其直接能源需求及其CO 2排放，农村家庭间接能源需求及其CO 2排放小于其直接能源需求及其CO 2排放。

究其原因同各国经济发展与城市化水平、家庭碳排放构成及其影响因素等有密切关系。

家庭消费水平（收入水平）、家庭规模、住宅类型、能源结构、城市化进程等都对家庭能源需求及其CO 2排放量产生显著影响。

在制定合理有效的节能减排政策时，需要兼顾家庭直接与间接能源需求及其CO 2排放的特征及影响。

IPCC 第三次评估报告指出，改变消费方式可能是减缓气候变化影响的有效方法[20]。

OECD 许多国家已经采取措施来减少家庭活动产生的环境影响：①旨在通过鼓励节约能源或者提倡废物回收来直接影响家庭的消费活动决策；②通过引入标准或者征收税款来间接影响消费者行为[21]。

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随着研究的广泛开展与深入，人们逐渐认识到个人行为和生活方式是全球碳排放的重要来源之一[6]。

定量化计算家庭和个人碳排放可以指导改变个人行为和生活方式，从而为气候变化减缓和低碳社会建设做出巨大贡献。

家庭碳排放计算方法与模型在教育公众管理和减少温室气体排放方面发挥着重要的作用。

研究指出，碳排放模型可能会作为计算碳税、碳排放配额分配和个人碳交易的基础工具之一[22]。

本文在界定家庭碳排放及其构成等相关概念的基础上，梳理了国际上主要的家庭碳排放计算方法，对比分析了各种主要计算方法的优缺点，并构建了符合中国家庭碳排放构成及特点的评价指标
体系及计算方法，这对家庭碳排放的相关研究具有重要的现实意义。

2相关概念界定
在进行家庭碳排放评价计算方法分析之前，有必要对家庭碳排放及其构成、计算内容与边界进行明确地界定，以保证计算结果的准确性与可比性。

温室气体排放包括CO 2和其他温室气体，其中CO 2占主体，也是导致全球变暖的主要温室气体。

因此，本文所指“家庭碳排放”即为家庭CO 2排放。

2.1家庭碳排放的定义
国内外对家庭碳排放开展了一系列研究，
有关
表1家庭能源消费及其碳排放研究回顾
1342
31卷10期曾静静等：家庭碳排放计算方法分析评价家庭碳排放的定义归纳为以下6种(表2)：①“家庭
碳排放”[6,8,12-16,23]
是指家庭直接和间接能源需求产生的温室气体排放量；②“居民终端消费CO 2排放”
[9]是居民家庭使用能源所产生的直接排放和为居民家庭生活提供消费品的产业部门在生产过程所产
生的间接排放；③“家庭CO 2排放”[11]是居民家庭消
费产品和服务的生命周期全过程的CO 2排放情况；
④“家庭碳足迹”[10,24]是指对家庭或个人相关活动引
起的直接和间接温室气体排放量（用CO 2当量来表
示）或者家庭消费的产品（服务）全生命周期中产生的温室气体排放量的一种测度，并以此来衡量家庭相关活动对全球变暖的贡献性；⑤“居民生活碳排
放”[25]主要包括居住与居民交通所产生的碳排放；⑥“居民生活消费的碳排放”[17]是指居民生活中的
能源消耗引起的温室气体排放。

结合前人研究成
果，本文所指的居民家庭碳排放是居民家庭生活中的直接能源需求以及消费的所有产品与服务在生产过程中的CO 2排放量。

2.2家庭碳排放的构成
家庭碳排放由直接碳排放和间接碳排放两部分构成。

尽管研究目的与角度有所不同，但国内外针对直接碳排放与间接碳排放有类似或相近的以下7种定义(表3)：①Weber 等将家庭直接消费的能源载体(煤炭、石油、天然气和电力)产生的CO 2排放量称之为直接碳排放，而将家庭使用的某种商品在生产过程中或服务在被使用之前发生的CO 2排放量称之为间接碳排放[26]；②Munksgaard 等将家庭直接消耗的能源产品产生的CO 2排放量定义为直接CO 2排放量，例如电力、取暖、天然气和其他液体燃料，
将家庭消耗所有其他产品在生产过程中产生的
表2家庭碳排放的有关定义
Tab.2Definition of household carbon
emissions
表3家庭碳排放构成概览
1343
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CO2排放量定义为间接CO2排放量，例如家庭使用的家具、服装、食品和服务等在制造过程中产生的CO2排放量[27]；③Bin等[6]和Wei等[8]将家庭直接用能与私人交通产生的CO2排放量划分为直接碳排放，Wang等[13]和Liu等[16]将家庭使用的产品与服务在制造过程中产生的CO2排放量划分为间接碳排放；
④Kok等将家庭实际消耗能源产品产生的温室气体排放称之为直接碳排放，而家庭消费的所有产品与服务的生产、分配和处置过程中产生的温室气体排放称之为间接碳排放[28]；⑤刘晶茹等将居民家庭使用能源所产生的CO2排放量称之为直接排放，将为居民家庭生活提供消费品的产业部门在生产过程中所产生的CO2排放量称之为间接排放[9]；⑥张艳等将家庭在生活中用于交通、取暖、炊事、照明及其他家用电器等直接能源消费过程中排放的CO2称之为家庭直接能耗的碳排放[29]；⑦冯玲等将居民直接购买和消费的能源商品(如用于炊事、家电、取暖、洗浴等的电力和燃料消费)引起的碳排放称之为直接碳排放，将居民衣、食、住、行中的非能源商品和服务消费在其生产、加工、供应和处置全生命周期中所引起的碳排放称之为间接碳排放[17]。

综上所述，学术界对家庭直接碳排放的构成的认识较为统一，通常是指家庭直接消费能源载体(涉及供暖、空调设备、用水加热、制冷设备、照明与其他电器、炊事和电力等)和私人交通(利用各种交通工具进行的长短途旅行)产生的CO2排放量；而对家庭间接碳排放的构成尚未形成统一认识，一般是指居民日常生活中消费的衣、食、住、行所涉及的非能源商品与服务(通常划分为食品、服装、住房、休闲娱乐、交通通讯等类别)在生产过程中产生的CO2排放量。

2.3家庭碳排放的计算内容与边界
确定家庭碳排放的计算内容与边界，可以避免重复计算或者漏算，从而保证计算结果的准确性与可比性。

顾名思义，家庭碳排放是以单个家庭或家庭成员为研究对象，从直接能源消费与间接能源消费两个角度出发，将家庭碳排放分为直接碳排放与间接碳排放两部分。

目前学术界尚未对家庭碳排放的计算内容与边界进行统一与规范，本文所指的家庭碳排放的计算边界是限定于家庭消费范围以及家庭消费产品和服务的生产链上端。

具体而言，可以细分为：①边界1，即家庭范围内所有化石能源消耗产生的直接碳排放，包括煤炭、汽油、柴油、煤油、液化石油气、天然气、煤气；②边界2，即家庭使用的电力、水力、热力(集中供暖)等能源产品其本身在使用过程中不产生碳排放，但在生产过程中产生碳排放；③边界3，即家庭消费各类非能源产品与服务(例如食品、衣着及日用品、家庭设备用品、医疗卫生保健、住房、交通通信、教育文化娱乐服务等)在生产过程中产生的碳排放。

边界1内能源产品的使用与碳排放均发生在家庭边界内；边界2和边界3内产品和服务的使用发生在家庭边界内，但碳排放发生在家庭边界外(图1)。

3中国家庭碳排放的构成与特点
3.1中国家庭碳排放的构成
改革开放以来，我国经济社会发展取得巨大成就，在社会经济快速发展的同时，人民的物质生活得到了较大的提高与改善，家庭年收入与消费支出呈逐年增加趋势。

由于中国典型的“二元经济”结构特征，以及城镇与农村地区在能源消费、生活方式、居住条件、基础设施等方面存在的显著差异，相关研究主要是从最终使用和消费方式对家庭碳排放的影响角度切入，针对城镇和农村居民分析中国家庭碳排放的构成和特点。

张英杰等[25]、Zheng等[31]认为中国城镇居民家庭碳排放由居住和居民交通两部分构成：居住碳排放包括生活用电、冬季供暖和日常炊事(包括3种主要燃料：煤炭、煤气和液化石油气)所产生的碳排放；居民交通碳排放包括私人交通(私家车、出租车)和公共交通(公共汽车、轨道交通)。

生活用电和冬季供暖是城市居民家庭碳排放最为重要的组成部分，分别占家庭碳排放总量的39%和43%；日常炊事与居民交通各占家庭碳排放总量的9%。

杨选梅等[32]指出家庭能耗、交通出行和生活垃圾是南京城镇居民家庭碳排放的组成部分：家庭能耗碳排放由家庭用电、家庭用水、家庭天然气用量和家庭瓶装液化气所产生的碳排放构成；交通出行碳排放涉及小汽车出行、公交车出行、摩托车出行、地铁出行、长途车出行、火车出行和飞机出行所产生的碳排放。

家庭能耗、交通出行和生活垃圾碳排放量分别占南京城镇居民家庭碳排放总量的64%、12%和24%。

；家庭用电和天然气用量是影响家庭能源消耗碳排放的重要因素，占家庭能源消耗碳排
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放量的95%；私人交通(小汽车、摩托车出行)碳排放量是交通出行碳排放量的绝对主力，占交通出行碳排放总量的86%，公共交通碳排放量(公交车、地铁)和其他长途交通出行(长途汽车、火车、飞机)碳排放分别占19%和5%。

冯玲等[17]将城镇居民碳排放分为直接碳排放和间接碳排放两大类，直接碳排放包括炊事、家电、取暖、洗浴等电力与燃料消费产生的碳排放；间接碳排放由食品、衣着、居住、家庭设备用品以及服务、医疗保健、交通通信、教育文化娱乐服务、杂项商品与服务8类消费在生产过程中产生的碳排放构成。

直接碳排放燃料消费品种主要有煤炭、液化石油气、煤气、天然气、煤油5种，电力和煤炭是直接碳排放的最主要来源；食品、教育文化娱乐服务、居住产生的间接碳排放量最大，交通通信和杂项商品与服务产生的间接碳排放量最小。

Wei 等[8]、Liu 等[16]、凤振华[23]等将中国家庭碳排放划分为直接碳排放和间接碳排放两部分。

直接碳排放包括家庭用能和私人交通，家庭用能涉及照明、电器、炊事、取暖和洗浴等；间接碳排放由食品、衣着、居住、家庭设备用品及服务、医疗保健、交通通信、教育文化娱乐服务、杂项商品与服务等八类在生产过程中产生的碳排放构成。

曲建升等[33]、王琴等[34]将家庭碳排放分为直接碳排放和间接碳排放两大部分：直接碳排放是指家庭取暖、照明、烹饪以及私人交通等能源消费过程
中产生的碳排放，如煤炭、汽油、柴油、液化石油气和天然气的消费；间接排放主要指电力、食品、衣着、医疗、教育、交通、通信以及文化娱乐等消费活动所产生的碳排放构成。

由于数据或其他条件限制，已有研究通常以家庭碳排放的部分指标和组成部分来表征中国家庭碳排放量，这既不能全面客观地反映中国家庭碳排放的全貌，也不便于比较分析中国各地和不同收入水平下家庭碳排放之间的差异。

因此，本文认为中国家庭碳排放由直接碳排放和间接碳排放两部分构成：直接碳排放是指家庭直接用能(煤炭、汽油、柴油、煤油、液化石油气、天然气、煤气、电力、水力、
热力等)和私人交通(私家车、摩托车)两部分产生的碳排放；间接碳排放是指衣、食、住、用等过程中非能源产品和服务消费在生产过程中的碳排放，主要涉及食品、衣着及日用品、家庭设备用品、医疗卫生保健、住房、交通通信、教育文化娱乐服务等方面。

3.2中国家庭碳排放的特点
中国家庭碳排放呈现出以下显著特点[8,17,23,25,31]：
①城镇居民家庭间接碳排放高于直接碳排放，农村居民家庭直接碳排放高于间接碳排放；②食品、衣着、居住、教育文化是城镇居民主要的家庭碳排放
源，农村居民主要的家庭碳排放源是食品消费；③收入水平对家庭间接碳排放的影响较大，高收入水平的家庭碳排放量高于低收入水平家庭，城镇居民家庭碳排放结构比较多样化，农村居民家庭碳排放
图1家庭碳排放的计算边界
Fig.1Accounting boundary of household carbon emissions
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结构相对单一；④东部沿海城市的家庭碳排放水平高于内陆城市，北方城市的家庭碳排放水平明显高于南方城市。

4家庭碳排放评价指标体系与计算方法
4.1评价指标体系
根据排放来源的构成，可以将家庭碳排放评价指标体系分为直接碳排放指标体系和间接碳排放指标体系两大类。

结合前人研究成果(表1)，以及中国家庭碳排放的构成与特点，本文所指的家庭直接碳排放包括家庭直接用能(煤炭、汽油、柴油、煤油、液化石油气、天然气、煤气、电力、水力、热力等)和私人交通(私家车、摩托车)两部分产生的碳排放，间接碳排放涵盖家庭成员衣、食、住、用过程中的非能源产品和服务消费(主要包括食品、衣着及日用品、家庭设备用品、医疗卫生保健、住房、交通通信、教育文化娱乐服务等)在生产过程中的碳排放(表4)。

由于中国经济城乡二元结构比较突出，农村使用薪柴等参考能源较为普遍，但是国际上对参考能源是减少碳排放还是增加碳排放尚存着争议，因此参考能源的碳排放不计算在家庭碳排放之内，将在本文5.3节进行介绍。

4.2计算方法概览
家庭碳排放的计算方法可以划分为排放系数法[35-36]、投入产出方法[12,16,24,26,34]、消费者生活方式方法[6,8,15,23,32]、生命周期评价方法[9,37-38]和碳足迹计算模型[39-40]。

4.2.1排放系数法
排放系数法主要源于《IPCC 温室气体排放清
单指南》[35]
，其计算原理是用家庭的能源消耗量乘
以相应的碳排放系数。

排放系数法广泛应用于家
庭直接碳排放的计算[36]，是受到认可的方法之一。

4.2.2投入产出方法
投入产出方法是由瓦西里·列昂惕夫于20世纪30年代创立的一种反映经济系统各部分之间投入与产出数量依存关系的分析方法，它是一种从宏观尺度评价嵌入到商品与服务中的资源量或污染量的有效工具。

已经被广泛用于许多经济和环境问题分析，目前大多数工业化国家和许多发展中国家都定期编制投入产出表。

投入产出方法常用于家庭能源需求及其碳排放的计算[12,16,24,26]。

Kok 等[28]将投入产出方法分为3种：①基本投入产出方法；②投入产出消费支出方法；③投入产出过程分析方法。

基本投入产出方法中的货币数据纯粹是基于国民经济核算。

家庭间接碳排放的计算是用部门累计碳排放强度乘以家庭最终需求的货币数据。

家庭最终需求的货币数据可以从投入产出表获得，或者通过最终需求被划分为各种商品类型的使用表。

投入产出消费支出方法类似于基本投入产出方法，不同的是投入产出消费支出方法中的消费数据源自消费支出调查而不是投入产出表。

通过投入产出消费支出方法，家庭直接碳排放可以单独计算，但是基于从家庭层面收集到的能源使用数据。

投入产出过程分析方法是一种实用的、分步测定家庭消费项目的生命周期能源使用情况的方法，
由
表4家庭碳排放评价指标体系
Tab.4The indicator framework of household carbon emissions
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31卷10期曾静静等：家庭碳排放计算方法分析评价
Engelenburg等提出[41]。

它结合了基本投入产出和投入产出消费支出的优点，对产品生命周期各阶段的排放情况进行分析。

4.2.3消费者生活方式方法
消费者生活方式方法由Bin等[6]于2005年提出，是用于分析以消费者为导向的能源利用与CO2排放的综合分析评估方法。

消费者生活方式方法中的消费者是指以个人和家庭消费为目的，购买和使用产品和服务的实体；生活方式是指受个人消费行为影响和反映的行为方式。

消费者生活方式方法的基本前提就是通过了解消费者，从而设计出更好的公共政策。

消费者生活方式受许多复杂因素的影响，通常包含5个因素：①外部环境变量，例如文化背景和技术发展等都是构成消费者决策过程的外部环境；②个人决定因素，例如态度和信念等心理变量可以影响个体消费者的决策；③家庭特征，例如家庭规模、住房类型与大小、收入和地理位置等形成了个体消费者决策的家庭背景；④消费者选择，例如购买和使用服务与设备等；⑤消费者行为后果，例如家庭碳排放、资源利用及其相关环境影响。

消费者生活方式方法运用两种方法计算消费者活动产生的CO2排放量[6,23]：①运用实际和预计的燃料使用量和碳排放系数计算直接碳排放；②利用消费支出的经济数据和经济活动相关的CO2排放的经济投入产出矩阵计算间接碳排放。

4.2.4生命周期评价方法
生命周期评价方法是可持续消费的主要研究方法，主要针对消费产品和服务的整个生命周期各阶段的能源需求及碳排放情况进行分析[37]。

生命周期评价方法[38]可以分为：①投入产出生命周期评价方法；②过程生命周期评价方法；③综合生命周期评价方法。

过程生命周期评价方法是进行生命周期分析最常用的方法。

在过程生命周期评价方法中，排放量是基于主要生产和供应链过程中的能源流与质量流进行评价。

投入产出生命周期方法的排放量是基于货币交易进行计算，该方法利用货币部门的交易表来描述经济体系各行业之间的依存关系。

由于交易表是以国民经济核算为基础，因此，投入产出生命周期评价结果为无边界弃位的研究对象提供了全面的排放清单，除了研究对象生命结束阶段，这在计算过程中也应该包含在内。

综合生命周期评价方法兼顾投入产出生命周期评价方法的完整性与过程生命周期评价方法的准确性等优点，可以在缺乏信息的情况下进行生命周期评价。

综合生命周期评价方法可以划分为3种不同的类别：①分层综合生命周期评价方法，投入产出分析涵盖高阶的上游阶段，而直接排放量和最重要的上游阶段都利用过程分析方法；②基于投入产出的生命周期评价方法，对产出部门进行分解，以包含过程数据和避免聚集与弃位问题；③将过程级的信息纳入投入产出模型中的综合集成分析模型。

综合生命周期评价方法从根本上减少了过程生命周期评价方法固有的弃位误差，与直接的投入产出方法相比，又可以增加结果的准确性。

4.2.5家庭碳足迹计算模型
家庭碳足迹计算模型是量化家庭碳排放的关键，目前已开发的家庭(或个人)碳足迹计算器有很多，主要是针对生活用能和交通出行产生的直接碳排放[39-40]，通常采用将每年的电力、石油、天然气、煤炭和汽车燃料的消耗量转换成CO2排放量的方法，而没有考虑食品、衣服、家庭产品、医疗卫生保健、服务等方面产生的CO2排放。

4.3各种主要计算方法比较
通过比较各种计算方法的数据来源、适用范围及优缺点(表5)，可以使研究人员根据研究需求本身出发，选择适宜的计算方法，促进家庭碳排放研究工作。

排放系数法是针对宏观和微观层面的家庭直接碳排放的计算，其计算数据可以取自历史统计数据或者微观家庭调研数据，其优点在于简单、易用，便于操作和普及，但由于各国和地区生产技术水平的差异，导致计算采用的碳排放系数各不相同，从而使计算结果的可比性降低。

投入产出方法、消费者生活方式方法和生命周期评价方法都可以用于微观和宏观层面的家庭碳排放计算，它们的数据来源来自历史统计数据、微观家庭调研数据和过程数据，研究结果较为全面和准确。

但是数据需求量都较大，工作量较大，比较耗费时间。

投入产出方法和消费者生活方式方法在计算时假设进口产品与服务和国内同类产品与服务具有同样的碳排放强度，因此，计算结果无法明确进出口产品与服务的排放量。

此外，利用投入产出方法还存在许多不确定性，例如数据错误、一个部门有多种产品、一种产品有多种价格、一种产品有多种生产技术以及一种产品有多个生产商(或
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