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高校碳排放量測算方法及軟件系統的設計與開(kāi)發(fā)論文
本文概括地介紹我國低碳發(fā)展的必要性以及當前國內外對高校碳排放測算的相關(guān)研究成果，闡述測算高校碳排放量的重要性;根據高校的能源使用結構，編制高校二氧化碳排放清單;通過(guò)調研統計，獲取高校能源使用數據，并基于物料平衡法和《北京市企業(yè)單位二氧化碳核算和報告指南》，提出具體的碳排放測算方法，開(kāi)發(fā)出高校碳排放測算軟件，完成高校碳排放總量及各個(gè)建筑功能區的碳排放量測算。
目前，國內外眾多學(xué)者、機構在碳足跡和碳結構[1]方面做了很多研究。但是在碳排放測算方面，始終沒(méi)有形成一套系統完備的方法，之前的很多研究宏觀(guān)上也主要集中在國家經(jīng)濟建設中的碳排放政策與措施[2]等大的尺度上，不夠細化;在微觀(guān)方面，則主要關(guān)注于個(gè)人和家庭的碳足跡研究，很少涉及高校。然而國內高校人數多、規模大，是碳排放的“大戶(hù)”，所以合理編制符合其實(shí)情的二氧化碳排放清單，統計碳排放量，對做好高校節能減排工作將起到很好的推動(dòng)作用。
1 二氧化碳排放清單
1.1 清單對象的確定
二氧化碳排放清單是包括所有能夠產(chǎn)生二氧化碳的能源消耗行為[3，4]，在編制高校碳排放清單時(shí)，突出影響碳排放量的主要因素，忽略次要因素。不同于其他能耗企業(yè)，高校能源種類(lèi)、消耗方式較為集中，所以在編制二氧化碳排放清單時(shí)主要考慮水、電、化石能源、食物四個(gè)方面的消耗所產(chǎn)生的二氧化碳排放。在高校中，化石能源的消耗主要用于燃燒、實(shí)驗需要及設備驅動(dòng)，所以只考慮天然氣、燃煤、汽油、柴油。食物方面分為主食、肉類(lèi)、果蔬類(lèi)。具體計算碳排放量時(shí)，利用公式：二氧化碳排放量=消耗量×對應的碳排放因子。
1.2 二氧化碳排放清單編制方法的選擇
根據IPCC清單指南和《北京市企業(yè)單位二氧化碳核算和報告》，本研究編制的原則相同，只是在編制方法、技術(shù)路線(xiàn)上更多地體現出高校的特色，使清單更能反映出其實(shí)際情況。二氧化碳清單編制方法基于物料平衡原理，計算出各類(lèi)能源消耗量與相關(guān)排放因子乘積之和。其中化石能源的碳排放因子=燃料熱值×單位熱值含碳量×碳氧化率×CO2與碳原子量比。
2 二氧化碳排放量測算方法
基于《北京市企業(yè)單位二氧化碳核算和報告指南》中的相關(guān)碳排放因子[5]的計算公式，由水、電、食物及能源的用量數據，采取物料平衡法，可以計算出相應的二氧化碳排放量。其中高�？偺寂欧帕�=用水隱含碳排放量+用電隱含碳排放量+食物消耗碳排放量+其它能源直接碳排放量。
(1)用水隱含二氧化碳排放量計算式：
Ed1=D×fg1 (TY-1)
式中，Ed1是二氧化碳排放量，單位為tCO2;D是校園用水消耗量，單位為MWh;fg1是水的間接排放系數，采用發(fā)布的最近年份排放系數0.19t/kg。
(2)用電隱含二氧化碳排放量計算式：
Ed2=D×fg2 (TY-2)
式中，Ed2是二氧化碳排放量，單位為tCO2;D是校園電力消耗量，單位為MWh;fg2是電的間接排放系數，采用發(fā)布的最近年份排放系數。
(3)食物消耗產(chǎn)生的二氧化碳計算式：
式中，Ai是食物的類(lèi)別的重量，單位為t;Fi是對應食物的二氧化碳排放系數，單位是tCO2/t。
(4)化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量計算式：
式中，E是化石燃料燃燒二氧化碳排放量，單位為tCO2;Ai是化石燃料燃燒活動(dòng)水平數據，單位為tJ;Fi是第i種燃料的排放因子，單位為tCO2/tJ;
故企業(yè)第i種化石燃料消費量的熱量按公式(TY-5)計算。其中排放因子的確定：第i種燃料二氧化碳直接排放的排放因子按公式(TY-5)計算得到。
Fi=Ci (TY-5)
式中，Fi是燃料i的排放因子，單位為 tCO2/tJ;Ci是燃料i的單位熱值含碳量，單位為tC/tJ;αi是燃料i的碳氧化率;是二氧化碳與碳的分子量之比，為一常數3.667。
3 軟件可視化輸出
高校碳排放測算軟件[6]是基于“C#”與“Access”開(kāi)發(fā)的、具有數據計算功能的軟件，它能夠根據各類(lèi)能源消耗量計算出高校碳排放總量和各個(gè)建筑功能區的碳排放量，從而實(shí)現在時(shí)間、空間上對高校碳排放量的全局掌控。
計算軟件包括4個(gè)模塊：全校CO2總量計算、各建筑功能區CO2計算、統計分析以及個(gè)人應用。相應地CO2計算公式通過(guò)源程序編譯給出，只需在對應的CO2清單中輸入使用量參數，軟件會(huì )自動(dòng)計算出該時(shí)間段學(xué)校所產(chǎn)生的CO2量。同時(shí)，我們把學(xué)校分成了8個(gè)建筑功能區，各個(gè)建筑功能區的CO2清單不盡相同，輸入對應的能源參數后，軟件可以計算出該區域的CO2排放情況。
4 結果分析
利用上述CO2測算方法，可以得出水、電以及各類(lèi)能源的測算結果。本次研究選取2010年用電、用水、能源(能源選取煤為代表)來(lái)分析結果。
由表1清單結果可以看出，2010年碳排放量中以用電消耗最大，其次是用水，煤的碳排放量最少，且碳排放總量數值巨大，存在很大的節能減排潛力。由2010年各區用電量比例進(jìn)行進(jìn)一步的分析，并得出各建筑功能區用電碳排放占比如圖1。
由各區總量比例可以看出，宿舍用電碳排放量最大，其次是教學(xué)樓和食堂。而原因在于學(xué)生是學(xué)校用電的主體，學(xué)生活動(dòng)的最主要場(chǎng)所為宿舍，對用電的需求最大;教學(xué)辦公區是學(xué)校的重要功能區，是學(xué)生學(xué)習和教職工教學(xué)活動(dòng)的主要場(chǎng)所，故其用電量在學(xué)�？傮w用電量中也占有一定比例。無(wú)論是宿舍還是教學(xué)辦公區中電力消耗主要來(lái)源于照明，但是學(xué)生節約用電的意識不高，用電浪費情況比較嚴重，同時(shí)教學(xué)區自習室用電也缺乏規范管理，這些現象都在一定程度上導致學(xué)校用電碳排放量增加。
5 結論與討論
通過(guò)高校碳排放測算方法，從時(shí)間上也可計算出不同年份、不同月份的連續CO2排放值;從空間上能夠較為準確地得到高校的碳排放總量及校園各個(gè)建筑功能區的單一區域碳排放量。從而能夠立體化地反映出高校能源使用的真實(shí)情況，做到從時(shí)間、空間的實(shí)時(shí)對比與監測，為國家實(shí)施高校節能減排政策及高校本身有針對性的出臺相關(guān)能源使用規定提供數據支持。
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