高校工程訓練中心實現碳中和途徑的探討

馬智慧

(貴州理工學院工程訓練中心，貴州 貴陽 550003)

0 引言

國家“2030年前碳達峰、2060年前碳中和”目標的提出，為高校工程訓練中心(下面簡稱中心)的綠色、低碳運行提供了強有力的政策依據[1]。特別是近年來，我國很多高校成立了碳中和研究中心或者制定碳中和校園計劃。我校工訓中心結合其他高校的經驗，積極進行碳中和建設，實現零碳工程訓練中心，是對國家碳中和目標的積極響應。

工程訓練中心是高校領域碳排放的主要來源。中心實現“雙碳”目標是一項非常系統性的工程，需要行政辦公樓、綜合實訓大樓、普車、鑄造、配電車間等各類建筑物共同整合能源，有機分配，同時采取設備節能技術、環保節能建筑技術、新能源替代等才能達到碳中和目標。按照工程訓練中心的物理邊界，中心內碳排放的計量必然包括中心內各類建筑，由于中心各類車間的設備完全不一樣(有電工和金工兩大類)，所以各車間的節能減碳措施在工藝流程方面有差異，且關系到實訓生產經營安全，具體執行有一定的復雜性。以下主要以貴州理工學院工程訓練中心為例來探討“雙碳”目標實施路徑。

1 碳核算

1.1 中心簡介

高校工程訓練中心碳核算是指通過科學方法，盤點學校實際的溫室氣體排放情況，查找出主要的二氧化碳排放源，為建設零碳中心提供支撐數據。

貴州理工學院工程訓練中心占地面積約為6 600 m2，建筑面積為6 190 m2，車間面積為3 119 m2，其他庫房、危房等低耗能面積約為2 600 m2，辦公面積為400 m2。

目前工程訓練中心設有16個車間，分別是數控車訓練車間、多功能訓練車間、普通車削訓練車間、鉗工訓練車間、裝配訓練車間、鑄造訓練車間、焊接訓練車間、3D打印訓練車間、智能裝備訓練車間、電子工藝訓練車間、電工訓練車間、電力配電訓練車間和CAD/CAM 訓練室等。現有各類設備534臺(套)。工程訓練中心平面布置圖如圖1所示，空閑屋頂面積約2 000 m2。

圖1 工程訓練中心平面布置示意

1.2 中心能耗統計

1.2.1 工程訓練中心能耗匯總

碳達峰和碳中和里面的碳排放量究竟是如何計算的呢？這是一項正在探討的學科方面。[2]

一般來說，工程訓練中心主要進行的電工實習和金工實習，主要為機電控制類、電子工藝類、智能控制類、普通車削、數控、焊接等實習活動，同時也包括教職工的辦公活動。總的來說其進行的是低效能生產活動。中心生產中碳排放計算方法為：總排放=電力耗能+生產過程排放。

當然二氧化碳的排放計算也可以通過具體實際能源使用量(比如采用燃料、水電費的用量)，乘上一個碳折算系數，就可以得出碳的排放量。根據在中心使用能源情況，主要為電力消耗，那么能耗這塊的二氧化碳排放量等于耗電度數乘以0.785。具體負荷匯總情況如表1所示。

表1 工程訓練中心碳排放清單

中心年均用電量約18 000度電，能耗二氧化碳排放量為

S能耗=18 000×0.785=14 130 kg

如果再加上水資源、廢棄物處理、耗材消耗等所產生的碳排放以及減去綠色空間的二氧化碳吸引量，那么中心年均總二氧化碳排放量約為S總=30 000 kg。

根據估算，中心年均總二氧化碳排放量約為30 000 kg。

1.2.2 中心屋頂及電力設施等存在問題

中心實驗室建筑建設年限超過20年，屋頂存在漏水問題，常年的維修也是個大問題，同時辦公樓屋頂設置的隔熱層效果較差，夏天辦公樓頂樓辦公室很熱。

2 工程訓練中心碳中和主要途徑

工程訓練中心的零碳目標需要根據實驗區域和辦公區域的不同建筑類型，從能耗、廢棄物處理、耗材消耗等幾大項來制定具體的雙碳途徑。

2.1 建立健全碳排放管理體系

中心應結合學生技能實習場所的特性，建立完善的碳排放管理體系，加強普通教師甚至是中心領導的參與，厘清內部管理職責，重視碳數據監控與披露并組織節能低碳技術的相關培訓教育，從而提升中心的碳管理水平[3]。

2.2 采用節能減碳技術措施

現貴州理工學院工程訓練中心，實訓設備價值1 000多萬元，但大部分設備為貴州大學遺留下來，設備老舊，節能等級低，智能化水平低。首先，對于這些已經大大超過使用年限、無法滿足工作需要的設備，應該及時更換新的設備。比如，普通車削車間設備為2002年采購的，設備老舊，能效低，無動態監測系統。其次，對于在壽命期的中大型設備，可以加裝能源測控系統，動態監測，智能運行，提升能效比。最后，在實驗室新建過程中，必須將節能減碳技術融入其中，作為驗收、后續運行的重要一環。

2.3 可再生能源的替代應用

分布式光伏也是國家鼓勵的綠色能源，對于學校整體達到雙碳目標，是可行的措施之一。根據中心的負荷特性，大部分負荷在白天中產生，而分布式光伏也是在白天發電，就地使用，由于傳輸距離短可以做到低電力損耗。

根據貴州理工學院工程訓練中心綜合訓練大樓、普通車削車間以及辦公樓等大量閑置屋面情況，可以大面積安裝分布式光伏(BAPV)，降低中心對傳統電力能源的需求和依賴，大大降低中心的碳排放。同時由于實驗室和辦公樓頂樓，在夏季存在較熱的問題，如果采用分布式光伏，就可以使頂樓夏天溫度高的問題迎刃而解，進一步提升了能效水平，減少了碳排放。

根據統計，中心可安裝分布式光伏面積S=2 000 m2，全市年日照時數約為T=1 000 h。根據現在光伏組件的轉換效率，每平方米可在屋頂安裝100 W左右的光伏組件，那么整個中心光伏安裝容量約為P=200 kW。

W=P×T=200×1 000=20 000 kW·h>18 000 kW·h

根據以上估算，加上儲能設施后，分布式光伏所發電量基本可以滿足中心用電需求。

2.4 采用建筑綠色技術或改造

在中心各實訓車間，可以采用一些改善性的綠色技術進行提升建筑的能效水平。比如在實訓車間大玻璃窗戶，掛設高性能遮陽窗簾，也可以頂樓長長的廊道上，積極采用自然采光。

2.5 擴大綠植范圍，提高碳匯價值

原庫房后雜物堆放處，有約200 m2空地，一直處于低效用地狀態。建議將此區域種上綠植，擴大整個中心的綠植范圍，提高碳匯價值。

2.6 綠色教育與綠色行動

專業是高校人才培養的基本單元，是建設高水平本科教育、培養高素質人才的“四梁八柱”。通過綠色教育的系統化設計、一體化推進，綠色教育能更好地融入專業培養各環節、各方面，讓學生在專業培養全過程中接受主流價值觀念的熏陶，樹立正確的綠色環保理念[4]。在綠色行動方面，教職工的辦公用紙可以節約，比如每學期要準備的教學文件，包括教學大綱、教案、計劃表、二次課表、點名冊等；學生的教材可以回收循環利用等。

總的來說，踐行綠色行動，打造零碳高校工程訓練中心，需要在各個方面都要付出努力。

3 結語

工程訓練中心嚴格制定碳管理體系、采用節能技術和新能源等手段，是可以實現雙碳目標的，同時其踐行過程也對學生起到潛移默化的綠色教育作用，樹立正確的綠色環保理念，為培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人打好堅實基礎。

在新工科背景下，工程訓練中心越來越受重視，探索出一條符合高校工程訓練中心自身特點的“零碳中心”之路，對于國家碳達峰、碳中和的整體目標實現具有深遠的意義。