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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(dāng)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(jī)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(jì)建設(shè)中的碳排放政策與措施[2]等大的尺度上，不夠細(xì)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�？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(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(jìn)行進(jìn)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(yán)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(zhǔn)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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