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    基于排放系数法的校园碳排放核算

    时间：2023-01-17 14:15:42来源：百花范文网本文已影响人

    何东颖，李翀潇，覃福雨，郑文亨

    (桂林电子科技大学 建筑与交通工程学院，广西 桂林 541004)

    《2020年全球气候状况》指出：2020年全球平均温度与前工业化时期水平相比约高1.2 ℃，是有记录以来的3个最暖年份之一[1]。全球气候变化的最大成因之一是人为温室气体的排放[2]。面对全球气候变暖和环境恶化的问题，联合国政府间气候变化专门委员会呼吁各国采取行动，努力将升温控制在1.5 ℃以内[3]。为此，中国政府在第七十五届联合国大会上提出“双碳”目标。低碳校园建设是实现“双碳”的关键之一[4]，校园碳排放核算是实现“双碳”目标过程中必不可少的一环。然而，夏热冬冷地区的校园碳排放目前尚缺乏系统研究[5]。

    碳排放的概念源于碳足迹，碳足迹的评估方法主要包括“自下而上”的生命周期评价法及“自上而下”的投入产出法[6-7]。生命周期评价法同时考虑了生命周期内直接和间接碳排放，评价结果精度较高。马康维基于生命周期评价法分析了寒冷地区典型办公建筑的碳排放构成，提出了相应的低碳设计策略[8]；
    杨晓静将该方法运用于太阳能住宅的碳核算，分析西部地区住宅建筑不同阶段的碳排放特点[9]。研究表明，该方法适于核算微观碳足迹[7]，但需要投入较多的人力及物力[10]，不适于校园宏观的碳核算。投入产出法核算边界明确[11]。董会娟等基于该方法计算41个行业部门的隐含CO2排放强度，研究了北京市2007年居民消费直接碳足迹和隐含碳足迹的特征[12]；
    赵先超等运用该方法估算湖南省旅游业的直接碳排放，分析了湖南省旅游业直接碳排放强度与人均碳排放的演变趋势[13]。研究表明，该方法适于经济体系的碳核算，对于校园的碳核算存在一定的局限性[12,14]。而排放系数法计算简便快捷、可信度高，适用于研究校园的整体碳排放[15]。

    可见，国内外相关研究侧重于建筑物全生命周期以及行业部门的碳排放核算，对校园碳排放的定量分析较为匮乏。为完善校园碳排放核算体系，本文以夏热冬冷地区的桂林电子科技大学花江校区为例，通过实地调研，用排放系数法定量分析该校校园碳排放，探究校园的碳排放特征和规律。

    1.1 研究对象

    桂林电子科技大学花江校区占地面积约为2.36 km2，总绿化面积为0.32 km2，绿化面积占总面积的13.4%。截至2020年，学生人数为30 686人，教职工人数为1 540人。

    1.2 研究方法

    以桂林电子科技大学花江校区为例，结合实地调研，用排放系数法进行校园碳排放核算。碳核算包含设定组织边界、确定排放源、收集数据、确定计算方法、核算结果报告等[16]。

    1.2.1 组织边界

    组织边界为桂林电子科技大学花江校区空间范围内的建筑和设施，包括教学办公楼、图书馆、学生活动中心、商业街等建筑，以及车辆运营产生的碳排放，计算年度为2018—2020年。

    1.2.2 碳排放核算清单

    根据《温室气体核算体系：企业核算与报告标准》[17]，将校园碳排放源分为3类：校园辖区内的所有直接排放，主要包括校园内部基础设施、交通工具、工业生产活动、废弃物处理活动产生的温室气体排放；
    校园内从辖区外采购的能源的活动产生的间接排放；
    校园内部活动引起，产生于辖区之外的其他间接排放，主要包括将废弃物运输至辖区外处理，污水处理的温室气体排放。通过实地调研，花江校区碳排放核算清单如表1所示，排放源活动水平统计结果如表2所示。

    表1 桂林电子科技大学花江校区碳排放核算清单Tab.1 Carbon emission accounting list in Huajiang campus of Guilin University ofElectronic Technology

    表2 排放源活动水平Tab.2 Emission source activity level

    1.2.3 计算方法

    采用排放系数法计算碳排放量，基本原理是各项碳排放源的碳排放等于活动水平乘以碳排放因子。其中，活动水平量化了组织边界内产生碳排放的活动；
    排放因子是指每单位活动水平对应的碳排放量。碳排排量的计算方法如下[15]：

    C=QF

    (1)

    式中：C为某种活动导致排放温室气体的二氧化碳排放量；
    Q为排放源的活动水平；
    F为碳排放因子。

    校园碳核算包括正碳排放和负碳排放。负碳排放即直接或者间接减少大气中的CO2，常见减碳方式有种植绿色植物和利用可再生能源。植被在生长过程中通过光合作用吸收大气中的CO2，并以生物量的形式固定在植被或者土壤中。绿植固碳过程能够有效减少大气中的CO2含量，负碳排放C*计算方法如下[18]：

    (2)

    式中：Qi表示第i类绿地类型单位面积净日固碳量；
    Si表示花江校区第i类绿地类型占地面积；
    D表示天数，取365 d。

    1.2.4 排放因子的遴选

    根据《城市温室气体核算工具指南》[19]，水、汽油、柴油和垃圾焚烧处理的碳排放因子如表3所示。

    表3 碳排放因子Tab.3 Carbon emission factor

    国内电力以火力发电为主，燃料品种较多[20-21]，各区电网发电量、发电产生的二氧化碳排放量差异较大，致使不同地区之间的电力碳排放因子差距较大[22]。为保证核算结果的准确性，本文取南方区域电网的电力碳排放因子F=0.804 2 kg/(kW·h)[23]。

    根据表1所示的碳排放分类方法，将校园碳排放分为直接排放(Ⅰ类)、间接排放(Ⅱ类)及其他间接排放(Ⅲ类)。再根据表2所示的排放源活动水平及表3所示的碳排放因子，由式(1)计算各项碳排放源的排放量，对比分析其大小及其产生的原因。

    2.1 直接排放(Ⅰ类)

    2018—2020年，花江校区直接排放核算结果分别为93.12、99.33及98.67 t。

    花江校区直接碳排放量先上升后下降，2019年、2020年相比2018年分别增长6.67%、5.96%。增长的原因是由于学生及教职工人数增加，导致校园内车流量增多；
    2020年相比2019年有所减少，原因是校园受疫情影响，车流量减少。

    2.2 间接排放(Ⅱ类)

    2018—2020年，花江校区间接排放核算结果分别为11 569.95、14 362.05及16 524.94 t。

    花江校区间接碳排放量呈逐年上升的趋势，2019、2020年相比2018年分别增长24.13%、43.83%，年均增长率达19.60%。原因有3方面：学生宿舍内空调和洗衣机设备增多，且供热水时间延长；
    就读于金鸡岭校区的学生陆续搬迁至花江校区，花江校区学生人数增多；
    新教学楼及新宿舍区等教学资源投入使用。这些原因导致电力的消耗量增加，使间接碳排放量逐年增长。

    2.3 其他间接排放(Ⅲ类)

    2018—2020年，花江校区其他间接排放核算结果如图1所示。

    图 1 其他间接排放核算结果Fig.1 Accounting results of other indirect emissions

    其他间接碳排放总量逐年降低，2019、2020年相比2018年分别减少2.20%、4.33%。原因是2019年学校自来水供水管理改制，将教职公寓从校园供水统计中分离，以致校区用水统计量有所减小；
    2020年受疫情影响，春季开学时间推迟，花江校区用水量减少。

    废弃物碳排放量不变，原因是花江校区的废弃物是通过有关单位按规定进行处理，难以获得详细数据，本研究参考张晨悦在校园碳核算研究中的校园废弃物碳排放估算方法[24]，计算得花江校区的年废弃物碳排放量为972 t。

    2.4 校园绿植固碳分析

    花江校区绿植固碳核算结果如表4所示。

    表4 花江校区绿植固碳核算Tab.4 Carbon sequestration accounting of green plantsin Huajiang campus

    花江校区内园林绿化可分为乔灌草型、草坪型以及草地型[18]。草地型绿地单位面积固碳作用较小，其平均日固碳量为23.38 g·m-2·d-1，年固碳量占总绿植固碳量的10.39%；
    乔灌草型绿地单位面积固碳作用较大，其平均日固碳量达到79.99 g·m-2·d-1，年固碳量占总绿植固碳量的10.61%；
    草坪型绿地占总绿地面积的71.19%，是影响花江校区碳吸收的主要绿地类型，其年固碳量占总绿植固碳量的79.00%。

    综合上述碳核算结果，得出花江校区的碳排放量从2018至2020年逐年上升，分别为13 867.60、16 617.46、18 732.74 t，间接排放量占比较大，至少占总碳排放量的83.43%。间接排放主要来源于电力。目前我国仍以火力发电为主[20-21]，电力碳排放因子较高。学校建筑面积和人员数量直接影响电力的消耗量[25]，校园扩建以及学生人数激增致使间接排放逐年大幅上升。直接排放量占比较小，至多占校园碳排放量的0.67%，原因是在校师生通常步行上下课，减少了交通碳排放。

    2018—2020年，花江校区人均碳排放量逐年增长，分别为0.49、0.53、0.58 t，说明在校师生对电能需求增加，节能意识较低。绿植固碳对校园减排效果显著，至少抵消了校园总碳排放量的30%，说明提升校园绿化率能有效降低校园净碳排放量。此外，校园安装光伏系统也能有效减少碳排放，是校园节能减排的重要手段之一，建筑屋顶安装光伏系统后每平方米每年可节约11.53 kW·h的电能，减少9.35 kg的碳排放[26]。目前，花江校区对太阳能、地热能等可再生能源的利用率相对较小。结合碳核算结果，对花江校区提出以下建议：合理利用现有建筑屋顶，安装光伏系统，提高可再生能源的使用率；
    学校应对电力设备的使用进行管理与监督，同时开展校园低碳教育，培养学生日常生活中的低碳意识，营造低碳文化。

    为进一步了解校园碳排放特征和规律，将桂林电子科技大学花江校区与国内外不同地区、不同气候条件下的其他几所高校的人均碳排放进行对比，结果如图2所示。

    图 2 国内外几所高校人均碳排放量Fig.2 Per capita carbon emissions of universities at home and abroad

    可以看出，桂林电子科技大学花江校区(GUET)人均碳排放相对较少，主要原因是受该校区生活方式、气候条件、能源需求等因素影响。中国地质大学(北京)(CUGB)、北京建筑大学西城校区(BUCEA)报告了校园碳排放主要贡献之一与采暖消耗的能源有关[27-28]，而桂林电子科技大学花江校区(GUET)属于夏热冬冷地区，采暖需求相对较低。西南科技大学(SWUST)的交通碳排放占总碳排放的40%[29]，大都会自治大学(UAM)的交通碳排放占总碳排放的51%[30]，原因是师生每天需要开车或乘公交车往返校区和住所，而桂林电子科技大学花江校区的学生和部分教师住在校内，且师生在校内的交通方式是步行或骑行。挪威科技大学(NTNU)人均碳排放达4.6 t，其中医学系学生的人均碳排放较高，约为9.6 t，原因是学校购买大量用于科研的设备和消耗品[31]。

    1) 电力消耗对花江校区校园碳排放影响显著，其产生的间接碳排放量在校园全年碳排放量中占比较高，达到83.43%，远高于耗水碳排放和废弃物碳排放的总量；
    而交通车辆的汽油和柴油消耗对该校园碳排放影响不显著，其产生的直接碳排放量仅占校园碳排放量的0.67%。

    2) 绿植碳吸收效果显著，至少抵消了校园总碳排放量的30%。合理提升校园的绿化率能有效降低校园碳排放。

    3) 校园碳排放与在校师生的日常行为习惯以及节能意识有着密切联系。花江校区人均碳排放量逐年增长，增长率为8.80%，说明在校师生节能意识较为薄弱。

    4) 建筑用电碳排放占据校园碳排放中的绝大部分份额，因此在低碳校园建设中应优先制定建筑物的节能运行策略。

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