雙碳背景下高校實驗室低碳建設
——以風洞實驗室建設為例

唱思琪， 龔 強

（1.東華大學旭日工商管理學院，上海 200051；2.上海交通大學體育系，上海 200240）

0 引言

高校實驗室建設面臨低碳難題。高校發展與國家發展同向同行［1］，高校肩負著為“雙碳”目標實現提供科技支撐和人才保障的雙重使命，既應組織科研力量攻克“雙碳”科技難題，將“雙碳”知識和理念融入專業課程體系，也應將建設近零碳排放校園作為高校自身發展的內在要求。實驗室是高校特別是高水平研究型大學瞄準“雙碳”領域共性真問題和“卡脖子”關鍵技術難題，強化有組織科研攻關的重要平臺［2］。據統計，全國普通本科高校實驗室總數36000 余個，建筑面積超過3700 萬m［2-3］。實驗室耗能高的特性，使其成為高校供電節能和綠色建筑的重點領域，但其低碳建設卻鮮少得到重視［4］。在此背景下，高校亟須厘清“雙碳”目標對實驗室低碳建設帶來的挑戰，將建筑物的全生命周期納入節能減排的范疇，統籌考慮，與時俱進深化和推進實驗室低碳建設。

1 實驗室碳排放核算標準

全生命周期分析（LCA）是評價建筑環境影響的重要客觀方法，成為國際組織及各國政府對建筑碳排放進行定量測算和評價的重要工具。經過多年的實踐和探索，許多專注于政府主體和市場主體的溫室氣體排放相關的標準化方法及體系逐漸出現，如《PAS 2050：商品和服務在生命周期內的溫室氣體排放評價規范》《IPCC國家溫室氣體清單指南》和《溫室氣體核算體系》（GHG Protocol）等。

1.1 建筑運營碳排放計量國際標準

與溫室氣體排放相關的國際標準主要有ISO 14064（在組織層面溫室氣體排放和移除的量化和報告指南性規范）和ISO 14067（用于確定產品的溫室氣體排放或碳足跡），但這些標準均不是專門設計且適用于計算整個建筑或具體使用階段的碳足跡［5-6］。考慮到這一背景，ISO（國際標準化組織）旨在彌合這一差距，決定開發編制一套區別于同族，側重于建筑運行階段的碳排放計量、報告和核證的國際標準ISO 16745（2017）。根據溫室氣體類型可將標準的適用范圍劃分為3 類：CM1（建筑相關能源使用）、CM2（CM1 +建筑使用者相關能源使用）、CM3（CM1 +CM2 +其他與建筑有關的排放），具體劃分如圖1 所示。年度溫室氣體排放量之和由每類能源能耗量乘以相應的能源碳排放因子加總計算得出的，計算方法如圖2 所示，且排放因子應來自并按以下優先順序獲得：國家正式發布的數據、獨立渠道獲得的數據和國際約定的數據，而準確、透明地獲得具有建筑特征的循證數據是一個復雜、繁重的過程。

圖1 ISO 16745（2017）適用范圍

圖2 ISO 16745（2017）運行階段碳排放核算方法

1.2 建筑運營碳排放計量國家標準

目前國內公開發布的對碳排放計算方法有詳細描述且認知度較高的核算標準為國家標準《建筑碳排放計算標準》GB/T 51366—2019［7］。它全面細致地介紹了建筑全生命周期的碳排放核算方法，涵蓋了全生命周期所有階段，建筑全生命周期核算框架如圖3 所示，該框架適用范圍包括實驗室在內的單體公共建筑，是我國當前建筑碳排放計算的主要依據。該標準對運行階段碳排放的計算采用排放因子法（見圖4），但與ISO 16745（2017）相比存在兩點不同。①國標考慮了碳匯核算方法；②國標的電力活動水平數據可扣減區域內的可再生能源上網電量。

圖3 《建筑碳排放計算標準》建筑全生命周期核算框架

圖4 《建筑碳排放計算標準》運行階段碳排放核算方法

2 實驗室低碳建設中存在的問題

實驗室既屬于社區層面也屬于產品層面，是政府主體和市場主體共同的“雙碳”目標下獨自推進又交互反饋的體現。研究將以上述兩個標準為指引，考慮“雙碳”背景并結合實驗室自身特點，提出實驗室在低碳建設中可能存在的問題。

2.1 各界對實驗室低碳建設認識不足

目前，高校建設零碳校園的決心大，但配套實施方案針對性不強。在近期發布的關于近零碳排放區示范工程實施方案中，各省市選取學校作為區域突破口仍為少數，且未就高校實驗室但低碳建設做出前瞻性的政策指引和詳細規劃。當前近零碳排放試點示范項目尚處試行階段，涉及近零碳校園政策制定的文件及政策關鍵點如表1 所示。可以發現，在工作方案、評價指標體系及碳排放核算方法中均缺乏具體的實驗室低碳建設要求，對高校實驗室低碳建設問題的關注仍遠遠不足。隨著高質量人才培養需求的提高，對作為載體的實驗室提出了新的剛性需求，實現“雙碳”目標，將低碳發展放在突出位置是未來實驗室建設的發展方向。《綠色校園評價標準》（GB/T51356—2019）作為國家系列綠色建筑標準體系中校園評價標準［8］，強調以單個校園或學校整體作為評價對象，以既有校園的實際運行情況為依據，彌補了我國綠色校園評價領域的空白，但對“單體建筑”不具有較強的針對性。

表1 部分地區有關近零碳校園政策制定情況

2.2 實驗室碳排放數據量化存在短板

（1）核算體系不健全。為了能夠對實驗室低碳建設提供相應的政策支撐，重要依據之一就是碳排放的統計核算。盡管碳達峰碳中和工作領導小組全體會議強調建立統一規范的碳排放統計核算體系，但我國僅處于起步階段且沒有用于年度核算［9］，導致簡化核算時的數據缺乏權威性。與歐盟等發達國家相比，我國還沒有形成監測內容細致、多方面統籌配合的核算體系。

（2）核算標準不統一。相較于《建筑碳排放計算標準》，行業標準《民用建筑綠色性能計算標準》和國家標準圖集《綠色建筑評價標準應用技術圖示》提出了不同的建筑碳排放核算方法，研究結果之間的可比性較弱。當前核算依據涉及多種政策法規，且允許多套核算規則并行使用，可能出現核算邊界不一致、數據來源不統一等問題。

（3）核算精確度不足。對于化石燃料燃燒排放，國內主要借鑒IPCC 的核算方法和指南，根據排放因子進行核算。排放因子一般采用自測值或缺省值，而自測值難以核查和缺省值精準度不夠的特點，使得結果存在彈性空間。中國各省份的碳排放差距，尤其是區域間碳排放差距逐年擴大［10］，會存在針對性不強的問題。

2.3 實驗室綠色建筑節能材料缺位

（1）早期實驗室建設低碳意識不足。一些高校早期建造的實驗室受當時科技發展水平限制，未采用合理的節能設計手法，造成大量的能源浪費。隨著時間的推移，建筑本體出現了不同程度的老化，使實驗室在供配電、通風、計算機網絡等方面的配置無法滿足綠色發展的需要。

（2）我國綠色建材起步較晚。2013 年1 月，國務院辦公廳轉發《綠色建筑行動方案》，首次提出將“大力發展綠色建材”列為十大重點任務之一，為我國綠色建材的發展指明了方向。由于我國綠色建材市場仍然處于起步階段，綠色建材行業存在整體發展緩慢、消費市場沒有打開、綠色建材評價標準和產品認證體系需要完善等問題。

（3）現有建筑標準不能滿足新的要求。現有科研建筑設計標準是在碳達峰、碳中和目標提出前制定的，已經無法滿足新形勢對高校實驗室低碳建設提出的新要求。

2.4 實驗室污染物處理方法較落后

隨著近年來高校的擴招和科技創新的不斷實踐與探索，實驗室的科研教學活動日漸頻繁，污染物處理問題日益凸顯。早于2005 年教育部、原國家環境保護總局聯合下發的《關于加強高等學校實驗室排污管理的通知》，要求將高校實驗室納入環境監管范圍，并將實驗室污染防治費用納入年度預算。但仍有高校未安裝凈化裝置，也未采取其他防護措施，將產生的有毒有害廢氣直接排放，污染周邊環境。實驗室產生的污染物種類繁多，特性各異，因此采用的治理方法也各不相同。但是由于體量小，使得隨意處置現象屢見不鮮。高校實驗室對污染物處理能力有限，相較于交由環境保護行政主管部門認可、持有危險廢物經營許可證的單位處置，部分實驗室選擇實行粗放式管理，造成周邊環境污染。

3 “體育風洞”實驗室的實踐與啟示

中國的“雙碳”戰略目標促進了北京2022 年冬奧會成為第一個“碳中和”冬奧會［11］。《北京冬奧會低碳管理報告（賽前）》顯示，北京冬奧會的低碳管理主要分為碳減排和碳抵消兩個方面。其中，體育風洞實驗室不僅在科技上為冬奧助力，并且還為“雙碳”背景下實驗室低碳建設提供了借鑒。

3.1 體育風洞實驗室介紹

風洞是指按一定要求設計、具有動力裝置、用于各種氣動實驗的可控氣流管道系統［12］。風洞技術成為提高運動員競速類項目成績的重要科技手段，已經被英國、加拿大等冰雪運動強國廣泛采用進行針對性訓練［13］。國內首座體育綜合訓練風洞由十一院第三研究所自主設計建造，其尺寸規模和風速范圍可滿足滑雪、滑冰、雪橇等冰雪運動項目及部分夏季運動項目等模擬需求，通過測試運動員氣動數據，判斷和優化運動員的最佳競技姿態，測試和標定參賽器材的性能，以提高運動員競技成績。該體育風洞實驗室由二七廠柴油機試驗站改造而成，充分體現了“綠色辦奧”的理念。在“風洞”技術的支持下，10 余支國家集訓隊的冬奧健兒可以不受天氣狀況及季節的影響，也無須遠赴國外，最終鑄就9 金4 銀2 銅的歷史最佳戰績。

3.2 體育風洞實驗室帶來的啟示

2018 年國家體育總局與宣告停產的二七廠簽署協議，決定利用部分老舊廠房，建設一個國家冰雪運動訓練科研基地。既傳承弘揚優秀工業文化，又促進企業轉型和城市更新協同發展。地表土壤經過嚴格的修復程序凈化干凈后再回填再利用，廠房頂部的天車經過改造加工后成為檢修平臺，最大限度地利用現有建筑和結構條件，使工業遺產延續生命、煥發新生機。改造后的場館采用空氣能為場館管理用房供暖，其高效節能、綠色環保的特質使得一個場館每年可實現100余噸二氧化碳的減排。據統計，空氣能熱水器的年平均熱效比是電加熱的4 倍［14］。

4 實驗室低碳建設路徑及建議

綜上所述，實驗室低碳建設對實現校園碳中和具有重要價值，有助于形成有效合力，助推“雙碳”目標的實現。當前，德國等發達國家注重對建筑能耗進行嚴格監控，并對建筑節能項目提供補貼。經過多年的發展，我國低碳建筑取得了顯著成效，認證面積逐年上升。在實現“雙碳”目標背景下，高校必須著力解決實驗室低碳發展仍存在的諸多問題和挑戰，從低碳技術、減碳措施、組織實施、全員參與等方面穩步推進面向“雙碳”目標的實驗室低碳建設，保障“雙碳”行動的成效和進度。

4.1 實驗室低碳技術

北京冬奧會所有新建、改造場館和設施全部滿足綠色建筑標準［15］，本屆冬奧會運用的低碳節能技術有應用到高校實驗室的可能。①通過科學合理的結構設計降低實驗室能耗。在具體設計上，可以先進結構設計為突破口，通過結構設計的創新和改善，來改進結構性能。增強與周邊環境的協調相容性，建筑空間設計著重實驗室科研活動和教學功能的復合性。在建材選取上，應積極采用綠色建材，選用綠色建材采信應用數據庫中的產品。②引進智能管理系統實現遠程控制。結合網絡技術、計算機技術、電子技術、智能卡技術和安防技術等新一代信息技術［16］，構建面向“雙碳”目標的教學科研信息共享平臺，實現實驗室管理人員、教師和學生間教學信息的共享和互動。豐富智能管理系統的功能性，在線學習進入實驗室的前期培訓和考核，并在系統中申請實驗室準入資格。在課程中心上傳實驗操作流程，充分保障學生對實驗操作流程的規范操作及熟練度，以達成提高實驗成功率，減少實驗室碳排放的效果。

4.2 實驗室減碳措施

考慮到“雙碳”目標實現的緊迫性，未來針對高校實驗室的低碳建設和綠色發展必須成為推動碳中和校園的重要方向。①強化頂層設計，完善配套制度建設工作。我國應以《高等學校節約型校園建設與管理技術導則》為依據，逐步建立完善高校碳排放核算及評價指南的體系建設，完善實驗室廢棄物回收管理、循環利用等方面的管理制度，為高校實驗室低碳建設創造良好的制度環境。②嚴控新建建筑節能標準，持續推進綠色建筑普及。高校應保證新建實驗室全部達到節能標準要求，降低實驗室建造和運行能耗。高校應加快出臺實驗室節能改造工作方案，對現有實驗室進行節能改造，降低實驗室能耗水平。鼓勵使用清潔能源，推廣分布式光伏發電，推動建筑光伏一體化。③落實清單管理，加快廢棄物管理的探索。高校應通過出臺清單的方式明確實驗室廢棄物的屬性，依據《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》等標準進行固廢和廢水處理過程中的溫室氣體清單編制。對所有廢棄物進行標識，至少包括名稱、主要成分和性質，還應提示可能產生的危險。建立嚴格的處置臺賬，詳細記錄處置者、處置數量、處置方式、處置時間等相關信息，并對記錄進行雙重審核，定期檢查，長期存檔。④實驗流程優化，逐步實現綠色實驗教學。通過實施減量化（Reduce）、再利用（Reuse）和資源化（Recycle）的“3R”原則［17-18］，優化實驗設計，合理安排實驗順序鼓勵學生以“綠色實驗”為設計理念，注重實驗全過程的低碳化。高校應以“雙碳實驗室”為引領，強化產學研深度融合，在著力于解決相關重大理論與技術難題的同時，實現實驗室自身的低碳建設，并打造可復制、可推廣的低碳實驗室范本。

4.3 實驗室組織實施

高校應積極開展加強實驗室低碳建設專項行動，并按照“校級統籌、部門負責、突出重點、組織有序、確保安全”的原則，強化組織實施為保障主要目標和重點任務順利完成。①壓緊壓實各級各部門主體責任。各高校成立專項行動實施領導小組，負責專項行動的貫徹落實、統籌推進及投入保障，研究解決推進實驗室低碳建設過程中的重大問題。②建立完善實驗室低碳建設的長效機制。高校需要據專項行動內容來制定實施方案，構建長效工作機制，針對建立問題清單建立整改臺賬，由專人負責并常態化更新管理舉措，著力解決“痛點、難點、重點”三點問題。高校要制定全面的年度實驗室低碳建設工作計劃，做好實驗室低碳建設進展情況、實施成效以及經驗做法等備案工作。③加強督查檢查考核工作力度。加強督查檢查考核工作力度。各高校依照專項行動目標和任務要求，強化效能考核和職能督察，把實驗室低碳建設工作納入學校內部檢查、日常工作考核和年終考核，對在實驗室低碳建設工作中表現突出的單位和個人給予獎勵；對履職不力的單位和個人予以批評和處罰。④做好典型案例的宣傳教育工作。各高校應加大對各種經驗做法和先進典型的宣傳力度，注重運用指導性案例和典型案例開展實驗室低碳建設的宣傳，配合開展“植樹認養”“節能降碳”等活動，提高師生的低碳意識。

4.4 實驗室全員參與

高校作為全國的技術、人才高地，為實現“雙碳”目標提供科技支撐和人才保障的同時，實現實驗室自身的低碳建設。①開展形式多樣的教育引導活動，將低碳環保理念滲透到學校教育整個過程。②通過低碳校園等創建活動，示范推廣綠色低碳高質量實驗室。創新完善“校園碳積分”等活動形式，調動廣大師生參與實驗室低碳建設積極性。③健全實驗室管理運行機制，培育發展低碳組織和輪值制度，暢通合理化意見反饋渠道，構建全校踐行綠色低碳的行動體系。

5 結語

高校實驗室是助力實現“雙碳”目標的重要場所，也是“雙碳”人才培養的重要組成部分。在“雙碳”背景下，積極推動高校實驗室低碳建設，將綠色低碳理念納入教育教學體系，采用準確的溫室氣體核算方法，有效甄別實驗室低碳建設現存及可能存在的問題，找尋實驗室低碳建設的有效路徑，形成一批可復制可推廣的經驗做法，為落實“雙碳”目標奠定良好基礎。