基于碳平衡核算的寒冷地區高校校園低碳建設策略研究

鄒苒 張晨悅 ??房濤 王崇杰

摘要以校園碳平衡核算為主要技術手段的量化分析，能夠目標明確的闡釋校園內碳排放和碳吸收情況，根據碳排放量和碳吸收量占比制定相應的校園低碳減排建設策略，對高校今后的低碳化發展能夠提供科學性、準確性的量化依據。本文考慮到碳排放因子的差異性，以實體項目作為分析基礎，遴選與集成既有碳排放核算方法，進行了寒冷地區校園碳平衡核算。目標校園為山東建筑大學新校區，計算邊界為山東建筑大學新校區空間范圍內所有建筑和設施運行產生的、與學校日常事務相關的全部能源消費CO2排放。計算時間以2014年為參照基準年份，以2015年為主要計算年份。碳平衡計算結果表明：2015年校園碳排放量，建筑為20 051 t，交通為171 t，生活為6 576 t；碳吸收量中綠植固碳11 936 t，光伏固碳266 t，凈排放24 596 t。校園碳排放系數為3.02，人均碳排放系數為1.04。分析核算數據，校園內碳排放量主要集中于建筑的日常運行用能排放，建筑用能排放中煤炭>電力>天然氣，所涉及耗能用途主要為冬季采暖、空調、照明、熱水及炊事。因此，這些用能成為影響校園碳排放的主要影響因素，據此提出高校校園碳減排策略，主要包括：基于碳平衡預測下的校園規劃；遵從地域氣候特征的生態補償；建筑單體的低碳化設計與改造；設備系統的低碳化調適與更新；可再生能源的替代性應用。

關鍵詞碳平衡；寒冷地區；高校校園；建設策略

中圖分類號X32文獻標識碼A文章編號1002-2104（2017）04-0144-07doi：10.12062/cpre.20170310

2015年 12月12日，在法國巴黎布爾歇會場閉幕的《聯合國氣候變化框架公約》締約方聯合簽訂了歷史上首個針對氣候變化的協議——《巴黎協定》。在全球積極應對氣候變暖的背景下，碳減排也成為中國經濟和社會發展急需解決的首要矛盾。據美國能源署（EIA）統計，中國在2009年已成為全球第一大碳排放國，排放總量約占全球的23%[1]。由此，“低碳經濟”成為我國緩解經濟與環境之間矛盾的必要手段。我國高等學校作為社會的重要組成單元，具有人數多、規模大的特點，數據顯示，目前國內兩千多所高校每年消耗的能源相當于3 000萬t標煤，能源與資源消耗量遠遠高于社會平均水平[2]。根據住房與城鄉建設部2005年對45所高校能耗和水耗消費數據統計，高校人均用水量是全國人均的1.95倍，人均年能耗是全國的4.32倍[3]。同時，因高校內部人員的吃穿住行使其具備了完善的社會屬性，所以針對高校的低碳建設研究不僅能夠降低自身的碳排放，更可對整個社會碳減排提供必要的參照依據。我國當前針對低碳校園的定量核算研究偏少，多數研究成果借鑒環境經濟學、能源經濟學、生態學理論，從定性分析的角度強調校園內人的用能行為、管理組織、宣傳教育等方面的低碳排放發展策略，而我國幅員遼闊，氣候差異性大，建筑的用能特點、人的用能行為等均存在較大差異，且以往研究往往不計入校園內綠植及可再生能源設備的固碳作用，由此導致既有研究成果在參照性方面存在不足。本文以《建筑氣候區劃標準》（GB50178-93）中的寒冷地區高校校園為研究目標，利用該地區的建筑用能特征及人的用能行為具備相似性特點，計算碳排放邊界中所有涉及內容，同時納入可再生能源系統及校園綠化在不同組合形式下的碳吸收，由此通過校園碳平衡核算而形成的適宜于我國寒冷地區高校校園低碳建設策略具備科學性和可參照性。

1文獻綜述

發達國家高等院校開展低碳校園研究較早，通過碳排放核算研究提出了相應的校園低碳規劃策略、節能減排發展目標、定量評估研究方法等。2008年5月，400所美國高等院校共同簽署協議，確保實現校園的碳平衡，其中加州大學伯克利分校約定到2050年碳排放水平較1990年降低80%[4]，耶魯大學提出通過“既有建筑節能改造”和“可再生能源使用”等手段，在2020年比1990年碳排放降低10%[5]，哥本哈根大學、哈佛大學等也制定了符合校園自身特點的低碳校園建設目標[6-9]，日本東京大學計劃2030年比2006年碳排放降低50%[10]。從承諾的階段性減排目標來看，國外絕大部分高校都是基于自身碳平衡核算清單基礎上的碳減排行動[11]。

相對國外高校較為明確的節能減排計劃，國內高校還未形成明確的減排目標，低碳校園建設還處于起步階段，目前已有的研究成果多圍繞低碳校園的組織制度、低碳文化、監管體系、宣傳教育等方面進行相關策略的研究。郭茹[12]等以上海市某大學為研究對象，通過建立能源碳核算分析提出了低碳校園管理策略，王小兵[13]等從低碳經濟的角度強調應從文化、實踐、內部動力激勵等方面進行低碳校園建設的考核機制，呂斌[14]等結合西方校園案例構建了我國可持續校園評價體系，郝秀芬[15]等綜合運用經濟學和生態學理論對低碳校園的實踐發展思路進行了分析與實踐。在低碳校園的地域與空間形態研究方面，陳錦富[16]等研究了華中地區低碳校園的土地混合利用空間功能規劃對低碳校園的影響，謝鴻宇[17]等對廣州大學2005—2007年間的校園碳排放進行了量化比較，姚爭[18]等運用生態足跡法對北京大學校園進行了碳排放量化分析，提出了低碳校園發展建議。

綜上所述，我國當前的低碳校園建設在減排目標不清晰的條件下，有必要針對《建筑氣候區劃標準》（GB50178-93）中的不同氣候類型區，進行同一分區內大學校園的碳排放和碳吸收兩者之間的平衡量化計算，依據計算結果形成這一區域低碳大學校園的建設策略，確保研究結果的科學性和可參照性。基于以上原因，本文的碳平衡核算以寒冷地區高校校園為研究對象，借鑒國際碳核算研究的成熟作法，通過對我國權威部門公布的碳排放與碳吸收折算因子進行遴選，建立包含碳排放和碳吸收兩方面內容的碳平衡核算清單，形成新的科學量化工具，通過量化統計數據來探討我國寒冷地區低碳校園的建設發展策略。

2碳平衡核算清單與評價方法

2.1研究對象

本文研究對象為我國寒冷地區山東建筑大學新校區，學校位于山東省濟南市臨港開發區，新校區總建筑面積61.17萬m2，在校教職工與學生總人數為27 000余人，統計時間包括2014、2015年兩個完整周期，以CO2為核算單位標準，研究地理邊界設置為新校區用地紅線內。

2.2研究方法

目前，較為成熟的碳排放核算體系主要有兩種：一種以《IPCC國家溫室氣體指南》為基礎形成的國家碳排放源分類，依照層次的不同從大到小依次層層細分并進行核算，其包含內容較為全面和廣泛；第二種基于企業產品和項目的碳排放核算體系，常用體系包含國際化標準組織（ISO）發布的《溫室氣體核正標準》、世界資源研究所（WRI）和世界可持續發展工商理事會（WBCSD）聯合發布的溫室氣體核算體系（GHGprotocol）、英國標準協會（BSI）發布的“公眾可用規范（PAS）為代表” [19]。第一種方法是國際公認的比較合理的碳排放計算方法，但其所提供的碳排放因子與我國實際碳排放計算因子存在偏差；第二種方法偏重于產品的碳核算這一微觀層面，在區域碳排放核算方面存在一定局限。因此，在本研究實際操作過程中采用兩種方法相結合的方式，即以《IPCC國家溫室氣體指南》中的源排放和匯清除作為核算目標，借鑒ISO14064中的分類方法進行校園碳排放源分類，結合我國權威部門發布的《綜合能耗計算通則》、《省級溫室氣體清單指南》、《2015中國低碳技術化石燃料并網發電自愿減排項目區域電網基準線排放因子》等遴選相應排放因子，形成符合我國寒冷地區高校校園的碳平衡核算清單。

2.3碳排放核算清單計算邊界

碳排放核算清單計算邊界包括組織和運營兩個邊界，組織邊界是從組織結構的角度確定核算范圍，即確定不同設施運行產生的碳排放核算范疇，以及每個設施或運行操作所產生的碳排放量屬于清單范圍的百分比。運營邊界是在組織邊界基礎上，為實現有效管理而對報告實體核算范圍內的全部排放活動進行統一分類[20]。本文研究對象的組織邊界限定為山東建筑大學新校區空間范圍內，與學校運行相關的所有建筑和設施（包括教學、實驗、辦公、后勤、圖書館等全部建筑，后勤部門食堂、爐灶、設備用房和校園內同行所有機動車輛）產生的能源消費CO2排放。計算周期以2014年為參照基準年，以2015年為主要清單核算年年份。

2.4碳排放源分類

高校的碳平衡核算與國家社會層面從自身特點而言有一定區別，但從整體方面還具有一致性，按照《IPCC國家溫室氣體指南》可分為兩大類，一類是碳排放（碳源），另一類是碳吸收（碳匯）。根據現場調研，納入校園碳平衡核算的主要碳源包括建筑、交通、生活，碳匯為校園植被綠化和太陽能光伏發電系統，主要使用能源為煤炭、電力、燃油、天然氣和壓縮天然氣，其中用于采暖的煤炭類型為煙煤。由此，根據前期確立的組織和運營邊界，校園內的碳源可整體分為建筑、交通和生活三大類，進行細致劃分整理后，如表1所列。

2.5碳平衡核算系數遴選與計算

碳平衡核算中所選取的排放因子應因地制宜，針對具體的校園碳排放核算必須采用文獻檢索、實地調研與時空動態選擇相結合的方式，由此可保證核算結果的準確性與科學性。

2.5.1碳源計算系數

高校具備管理統一的運行特點，所以高校碳排放中所涉及的相關運行數據可通過實測法獲取，碳排放因子中的標煤這一系數可參照《綜合能耗計算通則》[21]選取，電力碳排放系數選擇《2015中國低碳技術化石燃料并網發電自愿減排項目區域電網基準線排放因子》山東地區碳排放系數0.730 8 tCO2/MWh，未涵蓋系數依據低位發熱值與標煤熱值比進行換算，具體計算公式如下：

M=E/EB

（1）

其中，M折標煤系數；E能源低位發熱量；EB標準煤熱值，一般取29 270 KJ。

由此，可得山東建筑大學新校區內能源碳排放系數，如表2所列。

2.5.2碳匯計算系數

綠色植物的光合作用是減少大氣中二氧化碳含量的主要方式，綠色植物中的喬木、灌木和草地在不同組合形式下具有不同的固碳效果，因此校園的碳匯計算應對綠色植物進行調研分類，按照分類植物的固碳量進行核算，以此抵消或折減校園碳排放量。以園林景觀分類方式，校園綠化可分為喬灌草型、灌草型、草坪型及草地型，四種形式對固碳作用依次遞減，其計算公式為[22]：

C綠植=∑nj=1Tj×Sj×D

（2）

其中，Tj第j類生態綠地對應類型每日固碳量（g·m-2·d-1）；Sj第j類生態綠地類型的面積（hm2）；D計算天數，一般取365天。

四種類型綠地的凈固碳量如表3所示。

校園內太陽能光伏發電系統碳匯量以通過并入電網系統輸出至校園用地紅線以外區域的電量進行減碳量折減，折減系數參照建筑用電碳排放系數，具體計算方法為單位時間內的光伏系統并入電網電量乘以建筑用電碳排放系數，計算公式為：

C光伏入網電量=∑nm=1Sm×I電

（3）

其中，Sm光伏發電站年發電并入電網電量（kWh）；I電電的碳排放系數（kgCO2/kWh）。

2.6碳平衡核算的評價方法

在當前低碳校園減排目標不清晰、建設衡量標準缺失的前提下，如何對校園的碳排放水平進行有效評估，是實現定量化考核，保證減碳策略有效性的關鍵，也是實現高校校園能源結構轉型、低碳技術推廣的有力保障。因此，為更加清晰的評價校園碳平衡核算的結果，明確碳源與碳匯兩者之間的相互關系，有針對性的制定相關減排策略，對碳平衡核算評價引入了碳平衡系數的概念，即以2014年、2015年兩個周期作為計算時間范疇，以兩個年份的碳排量統計結果進行縱向對比，具體計算方法如下：

S=C碳排/C吸收

（4）

其中，S碳平衡系數；C碳排整體碳排放量（t）；C吸收整體碳吸收量（t）。

當S>1時，為正碳排放；當S=1時，為零碳排放；當S<1時，為負碳排放。

同時，碳排放量會因高校每年人數的變化而產生變動，整體碳排放量統計結果不利于反映碳排放趨勢，單一總量上的碳排放量難以體現個人減排行為。因此，在評價反映個人碳排放情況時引入人均碳排放比較系數，以此可利用最終計算結果進行同屬我國嚴寒寒冷地區的其他高校進行橫向對比，可實現低碳校園建設策略間的優勢互補，具體計算方法如下：

T=Cn/Cm

（5）

其中，T人均碳排放比較系數；Cn碳核算目標年人均碳排放量（t）；Cm基準參照年人均碳排放量（t）。

3校園碳平衡核算與統計分析

3.1碳排放核算結果

依據本文2.4中的校園碳排放源分類，統計了2014年、2015年的各類能源（電力、煤氣、汽油、柴油）的消耗量，數據來源于多條途徑，其中建筑能源消耗主要來自于學校能耗監控管理平臺，交通能源消耗統計中的公交車來自于校園內部公交路線、班次調研，小型車來自于校園車輛管理系統提供數據，生活碳排放主要來與在校師生及相關人員的呼吸排放。

3.1.1建筑碳排放量統計

山東建筑大學新校區用地紅線內建筑面積共計61.17萬m2，建筑用能主要為水、電、煤氣及天然氣，各項能源消耗量計算結果分別如下：

（1）用電排放。建筑電力需求主要來自于教學辦公設備、空調制冷通風、室內照明及部分生活電器的使用，根據學校能耗監控管理平臺統計數據，2014年用電1 306 556 kWh，2015年用電13 729 233 kWh。依據2014年、2015年在校人員數量統計，人均能耗分別為485.92 kWh/人、497 kWh/人，依據表2提供碳排放系數進行計算，2014年、2015年電力碳排放量分別為9 548 t、10 033 t。

（2）用煤排放。校園用煤主要是在采暖期為建筑提供采暖熱量，所用類型為煙煤，2014年、2015年煙煤消耗量分別為10 180 t、10 939 t，依據表2提供碳排放系數進行計算，2014年、2015年煙煤碳排放量分別為17 785 t、19 112 t。

（3）天然氣排放。學校食堂的燃氣廚具主要使用天然氣，2014年、2015年的天然氣使用量分別為272 262 m3、418 843 m3，根據表2提供碳排放系數進行計算，2014年、2015年的使用天然氣碳排放量分別為589 t、906 t。

3.1.2交通碳排放量統計

（1）公交車碳排放量。校園內公交車共2條路線，車輛均為新能源車輛，動力類型為油電混合和壓縮天然氣，其中油電混合車輛使用柴油密度為0.84 t/m3，百公里油耗為32 L，即0.032 m3，使用壓縮天然氣密度為0.717 4 kg/m3，百公里耗氣量為34 m3。根據工作日、休息日及假期班次統計，油電混合動力公交車一年校園內行駛總里程為30 240 km，壓縮天然氣動力公交車一年校園內行駛總里程為20 664 km，依據表2提供碳排放系數進行計算，分別為25.5 t、15.2 t。

（2）小型車碳排放量。校園內小型車輛多為教職工、外來人員和學生使用，燃料類型為汽油，密度為0.722 kg/L，百公里油耗取自工信部《2014年中國乘用車企業平均燃料消耗量》中規定的7.22 L/百公里。依據車輛管理系統數據統計，結合車輛入口行駛路線匯總，校園內小型車行駛里程分別為教職工1.9 km/d·人，外來人員1.3 km/d·人，學生1.35 km/d·人，依據表2提供碳排放系數進行計算共計0.472 t/d，除去寒暑假每年行駛274 d，總計碳排放量為130 t/a。

3.1.3生活碳排放量統計

根據學校統計數據，山東建筑大學2014年全日制專科、本科、碩士及博士研究生共計24 858人，在編教職工2 030人。2015年全日制學生共計25 672人，在編教職工1 950人。因學生與教職工在校停留時間有所差異，所以分別賦予1和0.5的系數，計算時間不包含寒暑假，碳排放量取0.9 kg/人·d[18]。由此，2014年、2015年校園內人員生活碳排放量分別為6 302 t、6 576 t。

3.2碳吸收核算結果

3.2.1綠植固碳

依據2.5.2中對校園綠化方式進行分類，校園內喬灌草型綠地面積307 873.14 m2，灌草型94 677.33 m2，草坪型22 834.31 m2，結合公式2、表3提供的計算方法和日固碳標準，三種綠地日固碳量分別為24.6 t/d、6.8 t/d、1.3 t/d，共計32.7 t/d，全年可吸收CO211 936 t。

3.2.2光伏發電系統減碳

在綠色大學校園建設過程中，學校對既有建筑屋面進行了1 MW光伏發電系統安裝，產生電量直接并入市政電網，因此該部分可再生能源產生的電力減排量并入碳吸收核算范圍進行折減。光伏發電系統監控平臺提供數據顯示，2014年、2015年發電量分別為290.1 MWh、364.3 MWh，依據公式3得到光伏系統減碳分別為212 t、266 t。

3.3碳平衡核算結果統計

針對以上碳平衡核算結果進行統計，山東建筑大學2014年、2015年碳減排與碳吸收核算清單如表4所列。

針對表4所列內容，依據公式4進行碳平衡系數進行計算，山東建筑大學的2014年、2015年碳平衡系數分別為2.78、3.02，即以目前校園內3.02倍的碳匯措施可完全吸收產生的碳排放，相比于寒冷地區同類型大學碳平衡系數32.3偏小[23]。在人均碳排放比較系數方面，2014年、2015年人均凈碳排放量為0.87 t/a、0.89 t/a，依據公式5計算人均碳排放比較系數為1.04，與沈陽大學3.04 t/a、遼寧大學2.56 t/a、沈陽工業大學1.4 t/a及東北大學3.11 t/a等相比[24]，山東建筑大學新校區人均碳排放比較系數處于較低水平。

3.4碳排放影響因素分析

依據調研數據統計分析，結合校園能耗監測平臺及后勤部門提供數據，校園內各碳源排放量排名如表5所列。

從表5所列排名可知，校園內碳排放量主要集中于建筑的日常運行用能排放，建筑用能排放中的煤炭>電力>天然氣，所涉及耗能用途主要為冬季采暖、制冷、照明、熱水及炊事。因此，針對低碳校園建設應著重從建筑用能節約的角度出發，進行相應碳減排策略的制定。

4結論及建設策略

低碳校園如何實現可持續發展，需針對校園內碳排放的各影響因素間的相互作用進行量化，由此確定各影響因素在校園整體碳排放量中份額，依據份額由大到小的依次制定相應減排策略。同時，在校園的低碳化改造策略制定過程中應注重內部影響因素發生改變時對其他影響因素是否產生影響。因此，校園碳排放影響因素之間必須從系統整體性角度確保各因素之間的匹配性、協調性，提升低碳化效率，提高系統的整體功能。

表5中確立的碳排放量排名，建筑能源消耗占據了絕大部分份額，因此，校園內建筑的節能運行是低碳校園建設的重點目標，建筑單體可看做構成校園有機體單元，其規劃、設計、施工、使用、維護、更新等各個環節直接影響建筑中采暖、空調、照明、熱水等需求用能。因此，校園碳減排策略采用系統性觀點，由整體到局部逐層設置。

4.1基于碳平衡預測下的校園規劃策略

校園規劃應遵循原有地形下的低沖擊開發模式，使校園具備良好的氣候調節能力，充分實現風能、太陽能的被動式調節，減少室內采暖制冷設備的使用時間。同時，應重點對規劃現狀進行基于碳平衡核算下的低碳排放優化，擴大喬灌草型復合綠化景觀面積，實現植物碳匯量在有限面積內的最大化。園區內道路設計遵循最簡潔流線布局，在滿足使用需求的前提下降低機動車輛園區內使用頻率與行駛路線。

4.2遵從地域氣候特征的生態補償策略

生態環境布置需與當地地域環境相協調，減輕或避免對原有生態系統的破壞，尊重原有建設場地的地形地貌，制定合理的建設開發計劃，減輕對既有綠化用地的破壞，對建筑占用區采取合理的立體綠化形式，形成生態補償，擴大綠植的碳匯作用。

4.3建筑單體的節能低碳化設計與改造

建筑單體造型實現對太陽能的被動式利用，合理控制建筑體形系數與加大太陽能可接收外表面積，實現太陽能的多效利用，建筑圍護結構材料與構造形式符合節能設計要求，對既有建筑應注重圍護結構的維護與更新，降低采暖制冷用能需求。

4.4設備系統的低碳化調適與更新

建筑中的物理環境控制設備在滿足師生正常舒適性要求的前提下，依據不同類型建筑使用周期特點制定相應設計與優化調適策略，完成對現有設備的動態監控，提升其能效水平，對高耗能設備進行即使更新與替換，進一步降低設備系統碳排放量。

4.5注重可再生能源的替代性應用

校園的低容積率規劃特點為太陽能應用提供了極佳的應用條件，同時太陽能應用技術可提供高品位的電力需求，又可提供低品位的熱量需求，針對校園內建筑用能中采暖、熱水、照明等使用需求，結合我國太陽能光熱利用技術的綜合應用特點，可降低對不可再生能源的需求，大大降低校園內建筑碳排放。

（編輯：李琪）

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Research on lowcarbon construction strategy of campus in cold area basedon carbon balance accounting

ZOU Ran1ZHANG Chenyue2，3FANG Tao2WANG Chongjie2

（1.The Center for Economic Research， Shandong University，Jinan Shandong 250100， China； 2.School of Architecture and Urban Planning， Shandong Jianzhu University， Jinan Shandong 250001， China；3.Shanghai Construction Design & Research Institute CO.，Ltd，Shanghai 200235，China）

AbstractQuantitative analysis on campus carbon balance accounting， as the main technical means， clearly illustrates the campus carbon emission sources and their proportion with the data of carbon emissions， which decides low carbon emission strategies of the campus and guides the campus low carbon development scientifically. Considering the difference of carbon emission factors， this paper accounted the corresponding carbon emissions of an actual project Shandong Jianzhu University with the existing carbon emission accounting methods selected and integrated. The accounting included the CO2 emissions of all energy consumption related to the daily operation of all the buildings and facilities in the new campus. The accounting in 2015， taking the calculated value of 2014 as the reference， showed that 20 051 t carbon emissions were from buildings， 171 t from transportation， 6 576 t from daily life， and 11 936 t carbon was fixed by plant， 266 t carbon by PV. The net emissionswas 24 596 t. The campus carbon balance coefficient was 3.02， the per capita carbon emission coefficient was 1.04. According to the accounting data， carbon emissions were mainly from daily operation of buildings including winter heating， air conditioning， lighting， water heating and cooking. Coal， electricity and natural gas were consumed while coal emitted most carbon but natural gas emitted least. Therefore it puts forward following measures to reduce carbon emissions including campus planning based on carbon balance prediction，greenbelt ecological compensation complied with regional climatic， lowcarbon design and improvement of single building，low carbon adaptation and replacement of equipment system， and application of renewable energy.

Key wordscarbon balance； cold area； campus； construction strategy