基于排放系數(shù)法的校園碳排放核算

何東穎，李翀瀟，覃福雨，鄭文亨

(桂林電子科技大學(xué) 建筑與交通工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

0 引 言

《2020年全球氣候狀況》指出：2020年全球平均溫度與前工業(yè)化時(shí)期水平相比約高1.2 ℃，是有記錄以來(lái)的3個(gè)最暖年份之一[1]。全球氣候變化的最大成因之一是人為溫室氣體的排放[2]。面對(duì)全球氣候變暖和環(huán)境惡化的問(wèn)題，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)呼吁各國(guó)采取行動(dòng)，努力將升溫控制在1.5 ℃以內(nèi)[3]。為此，中國(guó)政府在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出“雙碳”目標(biāo)。低碳校園建設(shè)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”的關(guān)鍵之一[4]，校園碳排放核算是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)過(guò)程中必不可少的一環(huán)。然而，夏熱冬冷地區(qū)的校園碳排放目前尚缺乏系統(tǒng)研究[5]。

碳排放的概念源于碳足跡，碳足跡的評(píng)估方法主要包括“自下而上”的生命周期評(píng)價(jià)法及“自上而下”的投入產(chǎn)出法[6-7]。生命周期評(píng)價(jià)法同時(shí)考慮了生命周期內(nèi)直接和間接碳排放，評(píng)價(jià)結(jié)果精度較高。馬康維基于生命周期評(píng)價(jià)法分析了寒冷地區(qū)典型辦公建筑的碳排放構(gòu)成，提出了相應(yīng)的低碳設(shè)計(jì)策略[8]；楊曉靜將該方法運(yùn)用于太陽(yáng)能住宅的碳核算，分析西部地區(qū)住宅建筑不同階段的碳排放特點(diǎn)[9]。研究表明，該方法適于核算微觀碳足跡[7]，但需要投入較多的人力及物力[10]，不適于校園宏觀的碳核算。投入產(chǎn)出法核算邊界明確[11]。董會(huì)娟等基于該方法計(jì)算41個(gè)行業(yè)部門的隱含CO2排放強(qiáng)度，研究了北京市2007年居民消費(fèi)直接碳足跡和隱含碳足跡的特征[12]；趙先超等運(yùn)用該方法估算湖南省旅游業(yè)的直接碳排放，分析了湖南省旅游業(yè)直接碳排放強(qiáng)度與人均碳排放的演變趨勢(shì)[13]。研究表明，該方法適于經(jīng)濟(jì)體系的碳核算，對(duì)于校園的碳核算存在一定的局限性[12,14]。而排放系數(shù)法計(jì)算簡(jiǎn)便快捷、可信度高，適用于研究校園的整體碳排放[15]。

可見，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究側(cè)重于建筑物全生命周期以及行業(yè)部門的碳排放核算，對(duì)校園碳排放的定量分析較為匱乏。為完善校園碳排放核算體系，本文以夏熱冬冷地區(qū)的桂林電子科技大學(xué)花江校區(qū)為例，通過(guò)實(shí)地調(diào)研，用排放系數(shù)法定量分析該校校園碳排放，探究校園的碳排放特征和規(guī)律。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

桂林電子科技大學(xué)花江校區(qū)占地面積約為2.36 km2，總綠化面積為0.32 km2，綠化面積占總面積的13.4%。截至2020年，學(xué)生人數(shù)為30 686人，教職工人數(shù)為1 540人。

1.2 研究方法

以桂林電子科技大學(xué)花江校區(qū)為例，結(jié)合實(shí)地調(diào)研，用排放系數(shù)法進(jìn)行校園碳排放核算。碳核算包含設(shè)定組織邊界、確定排放源、收集數(shù)據(jù)、確定計(jì)算方法、核算結(jié)果報(bào)告等[16]。

1.2.1 組織邊界

組織邊界為桂林電子科技大學(xué)花江校區(qū)空間范圍內(nèi)的建筑和設(shè)施，包括教學(xué)辦公樓、圖書館、學(xué)生活動(dòng)中心、商業(yè)街等建筑，以及車輛運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的碳排放，計(jì)算年度為2018—2020年。

1.2.2 碳排放核算清單

根據(jù)《溫室氣體核算體系：企業(yè)核算與報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)》[17]，將校園碳排放源分為3類：校園轄區(qū)內(nèi)的所有直接排放，主要包括校園內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施、交通工具、工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、廢棄物處理活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放；校園內(nèi)從轄區(qū)外采購(gòu)的能源的活動(dòng)產(chǎn)生的間接排放；校園內(nèi)部活動(dòng)引起，產(chǎn)生于轄區(qū)之外的其他間接排放，主要包括將廢棄物運(yùn)輸至轄區(qū)外處理，污水處理的溫室氣體排放。通過(guò)實(shí)地調(diào)研，花江校區(qū)碳排放核算清單如表1所示，排放源活動(dòng)水平統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表1 桂林電子科技大學(xué)花江校區(qū)碳排放核算清單Tab.1 Carbon emission accounting list in Huajiang campus of Guilin University ofElectronic Technology

表2 排放源活動(dòng)水平Tab.2 Emission source activity level

1.2.3 計(jì)算方法

采用排放系數(shù)法計(jì)算碳排放量，基本原理是各項(xiàng)碳排放源的碳排放等于活動(dòng)水平乘以碳排放因子。其中，活動(dòng)水平量化了組織邊界內(nèi)產(chǎn)生碳排放的活動(dòng)；排放因子是指每單位活動(dòng)水平對(duì)應(yīng)的碳排放量。碳排排量的計(jì)算方法如下[15]：

C=QF

(1)

式中：C為某種活動(dòng)導(dǎo)致排放溫室氣體的二氧化碳排放量；Q為排放源的活動(dòng)水平；F為碳排放因子。

校園碳核算包括正碳排放和負(fù)碳排放。負(fù)碳排放即直接或者間接減少大氣中的CO2，常見減碳方式有種植綠色植物和利用可再生能源。植被在生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)光合作用吸收大氣中的CO2，并以生物量的形式固定在植被或者土壤中。綠植固碳過(guò)程能夠有效減少大氣中的CO2含量，負(fù)碳排放C*計(jì)算方法如下[18]：

(2)

式中：Qi表示第i類綠地類型單位面積凈日固碳量；Si表示花江校區(qū)第i類綠地類型占地面積；D表示天數(shù)，取365 d。

1.2.4 排放因子的遴選

根據(jù)《城市溫室氣體核算工具指南》[19]，水、汽油、柴油和垃圾焚燒處理的碳排放因子如表3所示。

表3 碳排放因子Tab.3 Carbon emission factor

國(guó)內(nèi)電力以火力發(fā)電為主，燃料品種較多[20-21]，各區(qū)電網(wǎng)發(fā)電量、發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放量差異較大，致使不同地區(qū)之間的電力碳排放因子差距較大[22]。為保證核算結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文取南方區(qū)域電網(wǎng)的電力碳排放因子F=0.804 2 kg/(kW·h)[23]。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)表1所示的碳排放分類方法，將校園碳排放分為直接排放(Ⅰ類)、間接排放(Ⅱ類)及其他間接排放(Ⅲ類)。再根據(jù)表2所示的排放源活動(dòng)水平及表3所示的碳排放因子，由式(1)計(jì)算各項(xiàng)碳排放源的排放量，對(duì)比分析其大小及其產(chǎn)生的原因。

2.1 直接排放(Ⅰ類)

2018—2020年，花江校區(qū)直接排放核算結(jié)果分別為93.12、99.33及98.67 t。

花江校區(qū)直接碳排放量先上升后下降，2019年、2020年相比2018年分別增長(zhǎng)6.67%、5.96%。增長(zhǎng)的原因是由于學(xué)生及教職工人數(shù)增加，導(dǎo)致校園內(nèi)車流量增多；2020年相比2019年有所減少，原因是校園受疫情影響，車流量減少。

2.2 間接排放(Ⅱ類)

2018—2020年，花江校區(qū)間接排放核算結(jié)果分別為11 569.95、14 362.05及16 524.94 t。

花江校區(qū)間接碳排放量呈逐年上升的趨勢(shì)，2019、2020年相比2018年分別增長(zhǎng)24.13%、43.83%，年均增長(zhǎng)率達(dá)19.60%。原因有3方面：學(xué)生宿舍內(nèi)空調(diào)和洗衣機(jī)設(shè)備增多，且供熱水時(shí)間延長(zhǎng)；就讀于金雞嶺校區(qū)的學(xué)生陸續(xù)搬遷至花江校區(qū)，花江校區(qū)學(xué)生人數(shù)增多；新教學(xué)樓及新宿舍區(qū)等教學(xué)資源投入使用。這些原因?qū)е码娏Φ南牧吭黾?，使間接碳排放量逐年增長(zhǎng)。

2.3 其他間接排放(Ⅲ類)

2018—2020年，花江校區(qū)其他間接排放核算結(jié)果如圖1所示。

圖 1 其他間接排放核算結(jié)果Fig.1 Accounting results of other indirect emissions

其他間接碳排放總量逐年降低，2019、2020年相比2018年分別減少2.20%、4.33%。原因是2019年學(xué)校自來(lái)水供水管理改制，將教職公寓從校園供水統(tǒng)計(jì)中分離，以致校區(qū)用水統(tǒng)計(jì)量有所減小；2020年受疫情影響，春季開學(xué)時(shí)間推遲，花江校區(qū)用水量減少。

廢棄物碳排放量不變，原因是花江校區(qū)的廢棄物是通過(guò)有關(guān)單位按規(guī)定進(jìn)行處理，難以獲得詳細(xì)數(shù)據(jù)，本研究參考張晨悅在校園碳核算研究中的校園廢棄物碳排放估算方法[24]，計(jì)算得花江校區(qū)的年廢棄物碳排放量為972 t。

2.4 校園綠植固碳分析

花江校區(qū)綠植固碳核算結(jié)果如表4所示。

表4 花江校區(qū)綠植固碳核算Tab.4 Carbon sequestration accounting of green plantsin Huajiang campus

花江校區(qū)內(nèi)園林綠化可分為喬灌草型、草坪型以及草地型[18]。草地型綠地單位面積固碳作用較小，其平均日固碳量為23.38 g·m-2·d-1，年固碳量占總綠植固碳量的10.39%；喬灌草型綠地單位面積固碳作用較大，其平均日固碳量達(dá)到79.99 g·m-2·d-1，年固碳量占總綠植固碳量的10.61%；草坪型綠地占總綠地面積的71.19%，是影響花江校區(qū)碳吸收的主要綠地類型，其年固碳量占總綠植固碳量的79.00%。

3 討 論

綜合上述碳核算結(jié)果，得出花江校區(qū)的碳排放量從2018至2020年逐年上升，分別為13 867.60、16 617.46、18 732.74 t，間接排放量占比較大，至少占總碳排放量的83.43%。間接排放主要來(lái)源于電力。目前我國(guó)仍以火力發(fā)電為主[20-21]，電力碳排放因子較高。學(xué)校建筑面積和人員數(shù)量直接影響電力的消耗量[25]，校園擴(kuò)建以及學(xué)生人數(shù)激增致使間接排放逐年大幅上升。直接排放量占比較小，至多占校園碳排放量的0.67%，原因是在校師生通常步行上下課，減少了交通碳排放。

2018—2020年，花江校區(qū)人均碳排放量逐年增長(zhǎng)，分別為0.49、0.53、0.58 t，說(shuō)明在校師生對(duì)電能需求增加，節(jié)能意識(shí)較低。綠植固碳對(duì)校園減排效果顯著，至少抵消了校園總碳排放量的30%，說(shuō)明提升校園綠化率能有效降低校園凈碳排放量。此外，校園安裝光伏系統(tǒng)也能有效減少碳排放，是校園節(jié)能減排的重要手段之一，建筑屋頂安裝光伏系統(tǒng)后每平方米每年可節(jié)約11.53 kW·h的電能，減少9.35 kg的碳排放[26]。目前，花江校區(qū)對(duì)太陽(yáng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹睦寐氏鄬?duì)較小。結(jié)合碳核算結(jié)果，對(duì)花江校區(qū)提出以下建議：合理利用現(xiàn)有建筑屋頂，安裝光伏系統(tǒng)，提高可再生能源的使用率；學(xué)校應(yīng)對(duì)電力設(shè)備的使用進(jìn)行管理與監(jiān)督，同時(shí)開展校園低碳教育，培養(yǎng)學(xué)生日常生活中的低碳意識(shí)，營(yíng)造低碳文化。

為進(jìn)一步了解校園碳排放特征和規(guī)律，將桂林電子科技大學(xué)花江校區(qū)與國(guó)內(nèi)外不同地區(qū)、不同氣候條件下的其他幾所高校的人均碳排放進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖2所示。

圖 2 國(guó)內(nèi)外幾所高校人均碳排放量Fig.2 Per capita carbon emissions of universities at home and abroad

可以看出，桂林電子科技大學(xué)花江校區(qū)(GUET)人均碳排放相對(duì)較少，主要原因是受該校區(qū)生活方式、氣候條件、能源需求等因素影響。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)(CUGB)、北京建筑大學(xué)西城校區(qū)(BUCEA)報(bào)告了校園碳排放主要貢獻(xiàn)之一與采暖消耗的能源有關(guān)[27-28]，而桂林電子科技大學(xué)花江校區(qū)(GUET)屬于夏熱冬冷地區(qū)，采暖需求相對(duì)較低。西南科技大學(xué)(SWUST)的交通碳排放占總碳排放的40%[29]，大都會(huì)自治大學(xué)(UAM)的交通碳排放占總碳排放的51%[30]，原因是師生每天需要開車或乘公交車往返校區(qū)和住所，而桂林電子科技大學(xué)花江校區(qū)的學(xué)生和部分教師住在校內(nèi)，且?guī)熒谛?nèi)的交通方式是步行或騎行。挪威科技大學(xué)(NTNU)人均碳排放達(dá)4.6 t，其中醫(yī)學(xué)系學(xué)生的人均碳排放較高，約為9.6 t，原因是學(xué)校購(gòu)買大量用于科研的設(shè)備和消耗品[31]。

4 結(jié) 論

1) 電力消耗對(duì)花江校區(qū)校園碳排放影響顯著，其產(chǎn)生的間接碳排放量在校園全年碳排放量中占比較高，達(dá)到83.43%，遠(yuǎn)高于耗水碳排放和廢棄物碳排放的總量；而交通車輛的汽油和柴油消耗對(duì)該校園碳排放影響不顯著，其產(chǎn)生的直接碳排放量?jī)H占校園碳排放量的0.67%。

2) 綠植碳吸收效果顯著，至少抵消了校園總碳排放量的30%。合理提升校園的綠化率能有效降低校園碳排放。

3) 校園碳排放與在校師生的日常行為習(xí)慣以及節(jié)能意識(shí)有著密切聯(lián)系?；ń^(qū)人均碳排放量逐年增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率為8.80%，說(shuō)明在校師生節(jié)能意識(shí)較為薄弱。

4) 建筑用電碳排放占據(jù)校園碳排放中的絕大部分份額，因此在低碳校園建設(shè)中應(yīng)優(yōu)先制定建筑物的節(jié)能運(yùn)行策略。