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高校碳排放量測算方法及軟件系統(tǒng)的設(shè)計與開發(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(nèi)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(jù)高校的能源使用結(jié)構(gòu)，編制高校二氧化碳排放清單;通過調(diào)研統(tǒng)計，獲取高校能源使用數(shù)據(jù)，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，開發(fā)出高校碳排放測算軟件，完成高校碳排放總量及各個建筑功能區(qū)的碳排放量測算。
目前，國內(nèi)外眾多學(xué)者、機構(gòu)在碳足跡和碳結(jié)構(gòu)[1]方面做了很多研究。但是在碳排放測算方面，始終沒有形成一套系統(tǒng)完備的方法，之前的很多研究宏觀上也主要集中在國家經(jīng)濟建設(shè)中的碳排放政策與措施[2]等大的尺度上，不夠細化;在微觀方面，則主要關(guān)注于個人和家庭的碳足跡研究，很少涉及高校。然而國內(nèi)高校人數(shù)多、規(guī)模大，是碳排放的“大戶”，所以合理編制符合其實情的二氧化碳排放清單，統(tǒng)計碳排放量，對做好高校節(jié)能減排工作將起到很好的推動作用。
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，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、消耗方式較為集中，所以在編制二氧化碳排放清單時主要考慮水、電、化石能源、食物四個方面的消耗所產(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、實驗需要及設(shè)備驅(qū)動，所以只考慮天然氣、燃煤、汽油、柴油。食物方面分為主食、肉類、果蔬類。具體計算碳排放量時，利用公式：二氧化碳排放量=消耗量×對應(yīng)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(jù)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)路線上更多地體現(xiàn)出高校的特色，使清單更能反映出其實際情況。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(shù)據(jù)，采取物料平衡法，可以計算出相應(yīng)的二氧化碳排放量。其中高校總碳排放量=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(shù)，采用發(fā)布的最近年份排放系數(shù)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(shù)，采用發(fā)布的最近年份排放系數(shù)。
(3)食物消耗產(chǎn)生的二氧化碳計算式：
式中，Ai是食物的類別的重量，單位為t;Fi是對應(yīng)食物的二氧化碳排放系數(shù)，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水平數(shù)據(jù)，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，F(xiàn)i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(shù)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”開發(fā)的、具有數(shù)據(jù)計算功能的軟件，它能夠根據(jù)各類能源消耗量計算出高校碳排放總量和各個建筑功能區(qū)的碳排放量，從而實現(xiàn)在時間、空間上對高校碳排放量的全局掌控。
計算軟件包括4個模塊：全校CO2總量計算、各建筑功能區(qū)CO2計算、統(tǒng)計分析以及個人應(yīng)用。相應(yīng)地CO2計算公式通過源程序編譯給出，只需在對應(yīng)的CO2清單中輸入使用量參數(shù)，軟件會自動計算出該時間段學(xué)校所產(chǎn)生的CO2量。同時，我們把學(xué)校分成了8個建筑功能區(qū)，各個建筑功能區(qū)的CO2清單不盡相同，輸入對應(yīng)的能源參數(shù)后，軟件可以計算出該區(qū)域的CO2排放情況。
4 結(jié)果分析
利用上述CO2測算方法，可以得出水、電以及各類能源的測算結(jié)果。本次研究選取2010年用電、用水、能源(能源選取煤為代表)來分析結(jié)果。
由表1清單結(jié)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(shù)值巨大，存在很大的節(jié)能減排潛力。由2010年各區(qū)用電量比例進行進一步的分析，并得出各建筑功能區(qū)用電碳排放占比如圖1。
由各區(qū)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)生活動的最主要場所為宿舍，對用電的需求最大;教學(xué)辦公區(qū)是學(xué)校的重要功能區(qū)，是學(xué)生學(xué)習(xí)和教職工教學(xué)活動的主要場所，故其用電量在學(xué)校總體用電量中也占有一定比例。無論是宿舍還是教學(xué)辦公區(qū)中電力消耗主要來源于照明，但是學(xué)生節(jié)約用電的意識不高，用電浪費情況比較嚴重，同時教學(xué)區(qū)自習(xí)室用電也缺乏規(guī)范管理，這些現(xiàn)象都在一定程度上導(dǎo)致學(xué)校用電碳排放量增加。
5 結(jié)論與討論
通過高校碳排放測算方法，從時間上也可計算出不同年份、不同月份的連續(xù)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建筑功能區(qū)的單一區(qū)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情況，做到從時間、空間的實時對比與監(jiān)測，為國家實施高校節(jié)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(guī)定提供數(shù)據(jù)支持。
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