高校碳排放量測算方法及軟件系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

周彪 汪德成 蔣山青 胡笑穎

摘 要：本文概括地介紹我國低碳發(fā)展的必要性以及當(dāng)前國內(nèi)外對高校碳排放測算的相關(guān)研究成果，闡述測算高校碳排放量的重要性；根據(jù)高校的能源使用結(jié)構(gòu)，編制高校二氧化碳排放清單；通過調(diào)研統(tǒng)計，獲取高校能源使用數(shù)據(jù)，并基于物料平衡法和《北京市企業(yè)單位二氧化碳核算和報告指南》，提出具體的碳排放測算方法，開發(fā)出高校碳排放測算軟件，完成高校碳排放總量及各個建筑功能區(qū)的碳排放量測算。

關(guān)鍵詞：低碳高校；碳排放測算；二氧化碳排放清單；物料平衡法

目前，國內(nèi)外眾多學(xué)者、機構(gòu)在碳足跡和碳結(jié)構(gòu)[1]方面做了很多研究。但是在碳排放測算方面，始終沒有形成一套系統(tǒng)完備的方法，之前的很多研究宏觀上也主要集中在國家經(jīng)濟建設(shè)中的碳排放政策與措施[2]等大的尺度上，不夠細(xì)化；在微觀方面，則主要關(guān)注于個人和家庭的碳足跡研究，很少涉及高校。然而國內(nèi)高校人數(shù)多、規(guī)模大，是碳排放的“大戶”，所以合理編制符合其實情的二氧化碳排放清單，統(tǒng)計碳排放量，對做好高校節(jié)能減排工作將起到很好的推動作用。

1 二氧化碳排放清單

1.1 清單對象的確定

二氧化碳排放清單是包括所有能夠產(chǎn)生二氧化碳的能源消耗行為[3，4]，在編制高校碳排放清單時，突出影響碳排放量的主要因素，忽略次要因素。不同于其他能耗企業(yè)，高校能源種類、消耗方式較為集中，所以在編制二氧化碳排放清單時主要考慮水、電、化石能源、食物四個方面的消耗所產(chǎn)生的二氧化碳排放。在高校中，化石能源的消耗主要用于燃燒、實驗需要及設(shè)備驅(qū)動，所以只考慮天然氣、燃煤、汽油、柴油。食物方面分為主食、肉類、果蔬類。具體計算碳排放量時，利用公式：二氧化碳排放量=消耗量×對應(yīng)的碳排放因子。

1.2 二氧化碳排放清單編制方法的選擇

根據(jù)IPCC清單指南和《北京市企業(yè)單位二氧化碳核算和報告》，本研究編制的原則相同，只是在編制方法、技術(shù)路線上更多地體現(xiàn)出高校的特色，使清單更能反映出其實際情況。二氧化碳清單編制方法基于物料平衡原理，計算出各類能源消耗量與相關(guān)排放因子乘積之和。其中化石能源的碳排放因子=燃料熱值×單位熱值含碳量×碳氧化率×CO2與碳原子量比。

2 二氧化碳排放量測算方法

基于《北京市企業(yè)單位二氧化碳核算和報告指南》中的相關(guān)碳排放因子[5]的計算公式，由水、電、食物及能源的用量數(shù)據(jù)，采取物料平衡法，可以計算出相應(yīng)的二氧化碳排放量。其中高校總碳排放量=用水隱含碳排放量+用電隱含碳排放量+食物消耗碳排放量+其它能源直接碳排放量。

（1）用水隱含二氧化碳排放量計算式：

Ed1=D×fg1 （TY-1）

式中，Ed1是二氧化碳排放量，單位為tCO2；D是校園用水消耗量，單位為MWh；fg1是水的間接排放系數(shù)，采用發(fā)布的最近年份排放系數(shù)0.19t/kg。

（2）用電隱含二氧化碳排放量計算式：

Ed2=D×fg2 （TY-2）

式中，Ed2是二氧化碳排放量，單位為tCO2；D是校園電力消耗量，單位為MWh；fg2是電的間接排放系數(shù)，采用發(fā)布的最近年份排放系數(shù)。

（3）食物消耗產(chǎn)生的二氧化碳計算式：

式中，Ai是食物的類別的重量，單位為t；Fi是對應(yīng)食物的二氧化碳排放系數(shù)，單位是tCO2/t。

（4）化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量計算式：

式中，E是化石燃料燃燒二氧化碳排放量，單位為tCO2；Ai是化石燃料燃燒活動水平數(shù)據(jù)，單位為tJ；Fi是第i種燃料的排放因子，單位為tCO2/tJ；

故企業(yè)第i種化石燃料消費量的熱量按公式（TY-5）計算。其中排放因子的確定：第i種燃料二氧化碳直接排放的排放因子按公式（TY-5）計算得到。

Fi=Ciρ （TY-5）

式中，F(xiàn)i是燃料i的排放因子，單位為 tCO2/tJ；Ci是燃料i的單位熱值含碳量，單位為tC/tJ；αi是燃料i的碳氧化率；ρ是二氧化碳與碳的分子量之比，為一常數(shù)3.667。

3 軟件可視化輸出

高校碳排放測算軟件[6]是基于“C#”與“Access”開發(fā)的、具有數(shù)據(jù)計算功能的軟件，它能夠根據(jù)各類能源消耗量計算出高校碳排放總量和各個建筑功能區(qū)的碳排放量，從而實現(xiàn)在時間、空間上對高校碳排放量的全局掌控。

計算軟件包括4個模塊：全校CO2總量計算、各建筑功能區(qū)CO2計算、統(tǒng)計分析以及個人應(yīng)用。相應(yīng)地CO2計算公式通過源程序編譯給出，只需在對應(yīng)的CO2清單中輸入使用量參數(shù)，軟件會自動計算出該時間段學(xué)校所產(chǎn)生的CO2量。同時，我們把學(xué)校分成了8個建筑功能區(qū)，各個建筑功能區(qū)的CO2清單不盡相同，輸入對應(yīng)的能源參數(shù)后，軟件可以計算出該區(qū)域的CO2排放情況。

4 結(jié)果分析

利用上述CO2測算方法，可以得出水、電以及各類能源的測算結(jié)果。本次研究選取2010年用電、用水、能源（能源選取煤為代表）來分析結(jié)果。

由表1清單結(jié)果可以看出，2010年碳排放量中以用電消耗最大，其次是用水，煤的碳排放量最少，且碳排放總量數(shù)值巨大，存在很大的節(jié)能減排潛力。由2010年各區(qū)用電量比例進行進一步的分析，并得出各建筑功能區(qū)用電碳排放占比如圖1。

由各區(qū)總量比例可以看出，宿舍用電碳排放量最大，其次是教學(xué)樓和食堂。而原因在于學(xué)生是學(xué)校用電的主體，學(xué)生活動的最主要場所為宿舍，對用電的需求最大；教學(xué)辦公區(qū)是學(xué)校的重要功能區(qū)，是學(xué)生學(xué)習(xí)和教職工教學(xué)活動的主要場所，故其用電量在學(xué)?？傮w用電量中也占有一定比例。無論是宿舍還是教學(xué)辦公區(qū)中電力消耗主要來源于照明，但是學(xué)生節(jié)約用電的意識不高，用電浪費情況比較嚴(yán)重，同時教學(xué)區(qū)自習(xí)室用電也缺乏規(guī)范管理，這些現(xiàn)象都在一定程度上導(dǎo)致學(xué)校用電碳排放量增加。

5 結(jié)論與討論

通過高校碳排放測算方法，從時間上也可計算出不同年份、不同月份的連續(xù)CO2排放值；從空間上能夠較為準(zhǔn)確地得到高校的碳排放總量及校園各個建筑功能區(qū)的單一區(qū)域碳排放量。從而能夠立體化地反映出高校能源使用的真實情況，做到從時間、空間的實時對比與監(jiān)測，為國家實施高校節(jié)能減排政策及高校本身有針對性的出臺相關(guān)能源使用規(guī)定提供數(shù)據(jù)支持。

參考文獻

[1] 周敬森，汪鳳嬌，于守權(quán).高校碳足跡和碳結(jié)構(gòu)探索[J].科協(xié)論壇.2011（04）.

[2] 婁偉.城市碳排放測算方法研究--以北京市為例[J].華中科技大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2011，（03）：104-110.

[3] 顧朝林，袁曉輝.中國城市溫室氣體排放清單與方法概述[J].城市環(huán)境與城市生態(tài).2011（01）.

[4] 張晚成，楊旸.城市能源消費與二氧化碳排放量核算清單——以上海市為例[J].城市管理與科技.2010（06）.

[5] 張秋菊，王平，朱幫助.基于LMDI的中國能源消費碳排放強度變化因素分解[J].數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識.2012（13）.

[6] 李超，趙鴻雁.C#中Access數(shù)據(jù)庫圖片存取問題的研究[J].電腦編程技巧與維護.2015（17）.