高校碳排放量测算方法及软件系统的设计与开发论文
时间：2021-08-31本文概括地介绍我国低碳发展的必要性以及当前国内外对高校碳排放测算的相关研究成果，阐述测算高校碳排放量的重要性;根据高校的能源使用结构，编制高校二氧化碳排放清单;通过调研统计，获取高校能源使用数据，并基于物料平衡法和《北京市企业单位二氧化碳核算和报告指南》，提出具体的碳排放测算方法，开发出高校碳排放测算软件，完成高校碳排放总量及各个建筑功能区的碳排放量测算。
目前，国内外众多学者、机构在碳足迹和碳结构[1]方面做了很多研究。但是在碳排放测算方面，始终没有形成一套系统完备的方法，之前的很多研究宏观上也主要集中在国家经济建设中的碳排放政策与措施[2]等大的尺度上，不够细化;在微观方面，则主要关注于个人和家庭的碳足迹研究，很少涉及高校。然而国内高校人数多、规模大，是碳排放的“大户”，所以合理编制符合其实情的二氧化碳排放清单，统计碳排放量，对做好高校节能减排工作将起到很好的推动作用。
1 二氧化碳排放清单
1.1 清单对象的确定
二氧化碳排放清单是包括所有能够产生二氧化碳的能源消耗行为[3，4]，在编制高校碳排放清单时，突出影响碳排放量的主要因素，忽略次要因素。不同于其他能耗企业，高校能源种类、消耗方式较为集中，所以在编制二氧化碳排放清单时主要考虑水、电、化石能源、食物四个方面的消耗所产生的二氧化碳排放。在高校中，化石能源的消耗主要用于燃烧、实验需要及设备驱动，所以只考虑天然气、燃煤、汽油、柴油。食物方面分为主食、肉类、果蔬类。具体计算碳排放量时，利用公式：二氧化碳排放量=消耗量×对应的碳排放因子。
1.2 二氧化碳排放清单编制方法的选择
根据IPCC清单指南和《北京市企业单位二氧化碳核算和报告》，本研究编制的原则相同，只是在编制方法、技术路线上更多地体现出高校的特色，使清单更能反映出其实际情况。二氧化碳清单编制方法基于物料平衡原理，计算出各类能源消耗量与相关排放因子乘积之和。其中化石能源的碳排放因子=燃料热值×单位热值含碳量×碳氧化率×CO2与碳原子量比。
2 二氧化碳排放量测算方法
基于《北京市企业单位二氧化碳核算和报告指南》中的'相关碳排放因子[5]的计算公式，由水、电、食物及能源的用量数据，采取物料平衡法，可以计算出相应的二氧化碳排放量。其中高校总碳排放量=用水隐含碳排放量+用电隐含碳排放量+食物消耗碳排放量+其它能源直接碳排放量。
(1)用水隐含二氧化碳排放量计算式：
Ed1=D×fg1 (TY-1)
式中，Ed1是二氧化碳排放量，单位为tCO2;D是校园用水消耗量，单位为MWh;fg1是水的间接排放系数，采用发布的最近年份排放系数0.19t/kg。
(2)用电隐含二氧化碳排放量计算式：
Ed2=D×fg2 (TY-2)
式中，Ed2是二氧化碳排放量，单位为tCO2;D是校园电力消耗量，单位为MWh;fg2是电的间接排放系数，采用发布的最近年份排放系数。
(3)食物消耗产生的二氧化碳计算式：
式中，Ai是食物的类别的重量，单位为t;Fi是对应食物的二氧化碳排放系数，单位是tCO2/t。
(4)化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放量计算式：
式中，E是化石燃料燃烧二氧化碳排放量，单位为tCO2;Ai是化石燃料燃烧活动水平数据，单位为tJ;Fi是第i种燃料的排放因子，单位为tCO2/tJ;
故企业第i种化石燃料消费量的热量按公式(TY-5)计算。其中排放因子的确定：第i种燃料二氧化碳直接排放的排放因子按公式(TY-5)计算得到。
Fi=Ci (TY-5)
式中，Fi是燃料i的排放因子，单位为 tCO2/tJ;Ci是燃料i的单位热值含碳量，单位为tC/tJ;αi是燃料i的碳氧化率;是二氧化碳与碳的分子量之比，为一常数3.667。
3 软件可视化输出
高校碳排放测算软件[6]是基于“C#”与“Access”开发的、具有数据计算功能的软件，它能够根据各类能源消耗量计算出高校碳排放总量和各个建筑功能区的碳排放量，从而实现在时间、空间上对高校碳排放量的全局掌控。
计算软件包括4个模块：全校CO2总量计算、各建筑功能区CO2计算、统计分析以及个人应用。相应地CO2计算公式通过源程序编译给出，只需在对应的CO2清单中输入使用量参数，软件会自动计算出该时间段学校所产生的CO2量。同时，我们把学校分成了8个建筑功能区，各个建筑功能区的CO2清单不尽相同，输入对应的能源参数后，软件可以计算出该区域的CO2排放情况。
4 结果分析
利用上述CO2测算方法，可以得出水、电以及各类能源的测算结果。本次研究选取2010年用电、用水、能源(能源选取煤为代表)来分析结果。
由表1清单结果可以看出，2010年碳排放量中以用电消耗最大，其次是用水，煤的碳排放量最少，且碳排放总量数值巨大，存在很大的节能减排潜力。由2010年各区用电量比例进行进一步的分析，并得出各建筑功能区用电碳排放占比如图1。
由各区总量比例可以看出，宿舍用电碳排放量最大，其次是教学楼和食堂。而原因在于学生是学校用电的主体，学生活动的最主要场所为宿舍，对用电的需求最大;教学办公区是学校的重要功能区，是学生学习和教职工教学活动的主要场所，故其用电量在学校总体用电量中也占有一定比例。无论是宿舍还是教学办公区中电力消耗主要来源于照明，但是学生节约用电的意识不高，用电浪费情况比较严重，同时教学区自习室用电也缺乏规范管理，这些现象都在一定程度上导致学校用电碳排放量增加。
5 结论与讨论
通过高校碳排放测算方法，从时间上也可计算出不同年份、不同月份的连续CO2排放值;从空间上能够较为准确地得到高校的碳排放总量及校园各个建筑功能区的单一区域碳排放量。从而能够立体化地反映出高校能源使用的真实情况，做到从时间、空间的实时对比与监测，为国家实施高校节能减排政策及高校本身有针对性的出台相关能源使用规定提供数据支持。
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