基于碳平衡核算的寒冷地区高校校园低碳建设策略研究

邹苒 张晨悦 ��房涛 王崇杰

摘要以校园碳平衡核算为主要技术手段的量化分析，能够目标明确的阐释校园内碳排放和碳吸收情况，根据碳排放量和碳吸收量占比制定相应的校园低碳减排建设策略，对高校今后的低碳化发展能够提供科学性、准确性的量化依据。本文考虑到碳排放因子的差异性，以实体项目作为分析基础，遴选与集成既有碳排放核算方法，进行了寒冷地区校园碳平衡核算。目标校园为山东建筑大学新校区，计算边界为山东建筑大学新校区空间范围内所有建筑和设施运行产生的、与学校日常事务相关的全部能源消费CO2排放。计算时间以2014年为参照基准年份，以2015年為主要计算年份。碳平衡计算结果表明：2015年校园碳排放量，建筑为20 051 t，交通为171 t，生活为6 576 t；碳吸收量中绿植固碳11 936 t，光伏固碳266 t，净排放24 596 t。校园碳排放系数为3.02，人均碳排放系数为1.04。分析核算数据，校园内碳排放量主要集中于建筑的日常运行用能排放，建筑用能排放中煤炭>电力>天然气，所涉及耗能用途主要为冬季采暖、空调、照明、热水及炊事。因此，这些用能成为影响校园碳排放的主要影响因素，据此提出高校校园碳减排策略，主要包括：基于碳平衡预测下的校园规划；遵从地域气候特征的生态补偿；建筑单体的低碳化设计与改造；设备系统的低碳化调适与更新；可再生能源的替代性应用。

关键词碳平衡；寒冷地区；高校校园；建设策略

中图分类号X32文献标识码A文章编号1002-2104（2017）04-0144-07doi：10.12062/cpre.20170310

2015年 12月12日，在法国巴黎布尔歇会场闭幕的《联合国气候变化框架公约》缔约方联合签订了历史上首个针对气候变化的协议——《巴黎协定》。在全球积极应对气候变暖的背景下，碳减排也成为中国经济和社会发展急需解决的首要矛盾。据美国能源署（EIA）统计，中国在2009年已成为全球第一大碳排放国，排放总量约占全球的23%[1]。由此，“低碳经济”成为我国缓解经济与环境之间矛盾的必要手段。我国高等学校作为社会的重要组成单元，具有人数多、规模大的特点，数据显示，目前国内两千多所高校每年消耗的能源相当于3 000万t标煤，能源与资源消耗量远远高于社会平均水平[2]。根据住房与城乡建设部2005年对45所高校能耗和水耗消费数据统计，高校人均用水量是全国人均的1.95倍，人均年能耗是全国的4.32倍[3]。同时，因高校内部人员的吃穿住行使其具备了完善的社会属性，所以针对高校的低碳建设研究不仅能够降低自身的碳排放，更可对整个社会碳减排提供必要的参照依据。我国当前针对低碳校园的定量核算研究偏少，多数研究成果借鉴环境经济学、能源经济学、生态学理论，从定性分析的角度强调校园内人的用能行为、管理组织、宣传教育等方面的低碳排放发展策略，而我国幅员辽阔，气候差异性大，建筑的用能特点、人的用能行为等均存在较大差异，且以往研究往往不计入校园内绿植及可再生能源设备的固碳作用，由此导致既有研究成果在参照性方面存在不足。本文以《建筑气候区划标准》（GB50178-93）中的寒冷地区高校校园为研究目标，利用该地区的建筑用能特征及人的用能行为具备相似性特点，计算碳排放边界中所有涉及内容，同时纳入可再生能源系统及校园绿化在不同组合形式下的碳吸收，由此通过校园碳平衡核算而形成的适宜于我国寒冷地区高校校园低碳建设策略具备科学性和可参照性。

1文献综述

发达国家高等院校开展低碳校园研究较早，通过碳排放核算研究提出了相应的校园低碳规划策略、节能减排发展目标、定量评估研究方法等。2008年5月，400所美国高等院校共同签署协议，确保实现校园的碳平衡，其中加州大学伯克利分校约定到2050年碳排放水平较1990年降低80%[4]，耶鲁大学提出通过“既有建筑节能改造”和“可再生能源使用”等手段，在2020年比1990年碳排放降低10%[5]，哥本哈根大学、哈佛大学等也制定了符合校园自身特点的低碳校园建设目标[6-9]，日本东京大学计划2030年比2006年碳排放降低50%[10]。从承诺的阶段性减排目标来看，国外绝大部分高校都是基于自身碳平衡核算清单基础上的碳减排行动[11]。

相对国外高校较为明确的节能减排计划，国内高校还未形成明确的减排目标，低碳校园建设还处于起步阶段，目前已有的研究成果多围绕低碳校园的组织制度、低碳文化、监管体系、宣传教育等方面进行相关策略的研究。郭茹[12]等以上海市某大学为研究对象，通过建立能源碳核算分析提出了低碳校园管理策略，王小兵[13]等从低碳经济的角度强调应从文化、实践、内部动力激励等方面进行低碳校园建设的考核机制，吕斌[14]等结合西方校园案例构建了我国可持续校园评价体系，郝秀芬[15]等综合运用经济学和生态学理论对低碳校园的实践发展思路进行了分析与实践。在低碳校园的地域与空间形态研究方面，陈锦富[16]等研究了华中地区低碳校园的土地混合利用空间功能规划对低碳校园的影响，谢鸿宇[17]等对广州大学2005—2007年间的校园碳排放进行了量化比较，姚争[18]等运用生态足迹法对北京大学校园进行了碳排放量化分析，提出了低碳校园发展建议。

综上所述，我国当前的低碳校园建设在减排目标不清晰的条件下，有必要针对《建筑气候区划标准》（GB50178-93）中的不同气候类型区，进行同一分区内大学校园的碳排放和碳吸收两者之间的平衡量化计算，依据计算结果形成这一区域低碳大学校园的建设策略，确保研究结果的科学性和可参照性。基于以上原因，本文的碳平衡核算以寒冷地区高校校园为研究对象，借鉴国际碳核算研究的成熟作法，通过对我国权威部门公布的碳排放与碳吸收折算因子进行遴选，建立包含碳排放和碳吸收两方面内容的碳平衡核算清单，形成新的科学量化工具，通过量化统计数据来探讨我国寒冷地区低碳校园的建设发展策略。

2碳平衡核算清单与评价方法

2.1研究对象

本文研究对象为我国寒冷地区山东建筑大学新校区，学校位于山东省济南市临港开发区，新校区总建筑面积61.17万m2，在校教职工与学生总人数为27 000余人，统计时间包括2014、2015年两个完整周期，以CO2为核算单位标准，研究地理边界设置为新校区用地红线内。

2.2研究方法

目前，较为成熟的碳排放核算体系主要有两种：一种以《IPCC国家温室气体指南》为基础形成的国家碳排放源分类，依照层次的不同从大到小依次层层细分并进行核算，其包含內容较为全面和广泛；第二种基于企业产品和项目的碳排放核算体系，常用体系包含国际化标准组织（ISO）发布的《温室气体核正标准》、世界资源研究所（WRI）和世界可持续发展工商理事会（WBCSD）联合发布的温室气体核算体系（GHGprotocol）、英国标准协会（BSI）发布的“公众可用规范（PAS）为代表” [19]。第一种方法是国际公认的比较合理的碳排放计算方法，但其所提供的碳排放因子与我国实际碳排放计算因子存在偏差；第二种方法偏重于产品的碳核算这一微观层面，在区域碳排放核算方面存在一定局限。因此，在本研究实际操作过程中采用两种方法相结合的方式，即以《IPCC国家温室气体指南》中的源排放和汇清除作为核算目标，借鉴ISO14064中的分类方法进行校园碳排放源分类，结合我国权威部门发布的《综合能耗计算通则》、《省级温室气体清单指南》、《2015中国低碳技术化石燃料并网发电自愿减排项目区域电网基准线排放因子》等遴选相应排放因子，形成符合我国寒冷地区高校校园的碳平衡核算清单。

2.3碳排放核算清单计算边界

碳排放核算清单计算边界包括组织和运营两个边界，组织边界是从组织结构的角度确定核算范围，即确定不同设施运行产生的碳排放核算范畴，以及每个设施或运行操作所产生的碳排放量属于清单范围的百分比。运营边界是在组织边界基础上，为实现有效管理而对报告实体核算范围内的全部排放活动进行统一分类[20]。本文研究对象的组织边界限定为山东建筑大学新校区空间范围内，与学校运行相关的所有建筑和设施（包括教学、实验、办公、后勤、图书馆等全部建筑，后勤部门食堂、炉灶、设备用房和校园内同行所有机动车辆）产生的能源消费CO2排放。计算周期以2014年为参照基准年，以2015年为主要清单核算年年份。

2.4碳排放源分类

高校的碳平衡核算与国家社会层面从自身特点而言有一定区别，但从整体方面还具有一致性，按照《IPCC国家温室气体指南》可分为两大类，一类是碳排放（碳源），另一类是碳吸收（碳汇）。根据现场调研，纳入校园碳平衡核算的主要碳源包括建筑、交通、生活，碳汇为校园植被绿化和太阳能光伏发电系统，主要使用能源为煤炭、电力、燃油、天然气和压缩天然气，其中用于采暖的煤炭类型为烟煤。由此，根据前期确立的组织和运营边界，校园内的碳源可整体分为建筑、交通和生活三大类，进行细致划分整理后，如表1所列。

2.5碳平衡核算系数遴选与计算

碳平衡核算中所选取的排放因子应因地制宜，针对具体的校园碳排放核算必须采用文献检索、实地调研与时空动态选择相结合的方式，由此可保证核算结果的准确性与科学性。

2.5.1碳源计算系数

高校具备管理统一的运行特点，所以高校碳排放中所涉及的相关运行数据可通过实测法获取，碳排放因子中的标煤这一系数可参照《综合能耗计算通则》[21]选取，电力碳排放系数选择《2015中国低碳技术化石燃料并网发电自愿减排项目区域电网基准线排放因子》山东地区碳排放系数0.730 8 tCO2/MWh，未涵盖系数依据低位发热值与标煤热值比进行换算，具体计算公式如下：

M=E/EB

（1）

其中，M折标煤系数；E能源低位发热量；EB标准煤热值，一般取29 270 KJ。

由此，可得山东建筑大学新校区内能源碳排放系数，如表2所列。

2.5.2碳汇计算系数

绿色植物的光合作用是减少大气中二氧化碳含量的主要方式，绿色植物中的乔木、灌木和草地在不同组合形式下具有不同的固碳效果，因此校园的碳汇计算应对绿色植物进行调研分类，按照分类植物的固碳量进行核算，以此抵消或折减校园碳排放量。以园林景观分类方式，校园绿化可分为乔灌草型、灌草型、草坪型及草地型，四种形式对固碳作用依次递减，其计算公式为[22]：

C绿植=∑nj=1Tj×Sj×D

（2）

其中，Tj第j类生态绿地对应类型每日固碳量（g·m-2·d-1）；Sj第j类生态绿地类型的面积（hm2）；D计算天数，一般取365天。

四种类型绿地的净固碳量如表3所示。

校园内太阳能光伏发电系统碳汇量以通过并入电网系统输出至校园用地红线以外区域的电量进行减碳量折减，折减系数参照建筑用电碳排放系数，具体计算方法为单位时间内的光伏系统并入电网电量乘以建筑用电碳排放系数，计算公式为：

C光伏入网电量=∑nm=1Sm×I电

（3）

其中，Sm光伏发电站年发电并入电网电量（kWh）；I电电的碳排放系数（kgCO2/kWh）。

2.6碳平衡核算的评价方法

在当前低碳校园减排目标不清晰、建设衡量标准缺失的前提下，如何对校园的碳排放水平进行有效评估，是实现定量化考核，保证减碳策略有效性的关键，也是实现高校校园能源结构转型、低碳技术推广的有力保障。因此，为更加清晰的评价校园碳平衡核算的结果，明确碳源与碳汇两者之间的相互关系，有针对性的制定相关减排策略，对碳平衡核算评价引入了碳平衡系数的概念，即以2014年、2015年两个周期作为计算时间范畴，以两个年份的碳排量统计结果进行纵向对比，具体计算方法如下：

S=C碳排/C吸收

（4）

其中，S碳平衡系数；C碳排整体碳排放量（t）；C吸收整体碳吸收量（t）。

当S>1时，为正碳排放；当S=1时，为零碳排放；当S<1时，为负碳排放。

同时，碳排放量会因高校每年人数的变化而产生变动，整体碳排放量统计结果不利于反映碳排放趋势，单一总量上的碳排放量难以体现个人减排行为。因此，在评价反映个人碳排放情况时引入人均碳排放比较系数，以此可利用最终计算结果进行同属我国严寒寒冷地区的其他高校进行横向对比，可实现低碳校园建设策略间的优势互补，具体计算方法如下：

T=Cn/Cm

（5）

其中，T人均碳排放比较系数；Cn碳核算目标年人均碳排放量（t）；Cm基准参照年人均碳排放量（t）。

3校园碳平衡核算与统计分析

3.1碳排放核算结果

依据本文2.4中的校园碳排放源分类，统计了2014年、2015年的各类能源（电力、煤气、汽油、柴油）的消耗量，数据来源于多条途径，其中建筑能源消耗主要来自于学校能耗监控管理平台，交通能源消耗统计中的公交车来自于校园内部公交路线、班次调研，小型车来自于校园车辆管理系统提供数据，生活碳排放主要来与在校师生及相关人员的呼吸排放。

3.1.1建筑碳排放量统计

山东建筑大学新校区用地红线内建筑面积共计61.17万m2，建筑用能主要为水、电、煤气及天然气，各项能源消耗量计算结果分别如下：

（1）用电排放。建筑电力需求主要来自于教学办公设备、空调制冷通风、室内照明及部分生活电器的使用，根据学校能耗监控管理平台统计数据，2014年用电1 306 556 kWh，2015年用电13 729 233 kWh。依据2014年、2015年在校人员数量统计，人均能耗分别为485.92 kWh/人、497 kWh/人，依据表2提供碳排放系数进行计算，2014年、2015年电力碳排放量分别为9 548 t、10 033 t。

（2）用煤排放。校园用煤主要是在采暖期为建筑提供采暖热量，所用类型为烟煤，2014年、2015年烟煤消耗量分别为10 180 t、10 939 t，依据表2提供碳排放系数进行计算，2014年、2015年烟煤碳排放量分别为17 785 t、19 112 t。

（3）天然气排放。学校食堂的燃气厨具主要使用天然气，2014年、2015年的天然气使用量分别为272 262 m3、418 843 m3，根据表2提供碳排放系数进行计算，2014年、2015年的使用天然气碳排放量分别为589 t、906 t。

3.1.2交通碳排放量统计

（1）公交车碳排放量。校园内公交车共2条路线，车辆均为新能源车辆，动力类型为油电混合和压缩天然气，其中油电混合车辆使用柴油密度为0.84 t/m3，百公里油耗为32 L，即0.032 m3，使用压缩天然气密度为0.717 4 kg/m3，百公里耗气量为34 m3。根据工作日、休息日及假期班次统计，油电混合动力公交车一年校园内行驶总里程为30 240 km，压缩天然气动力公交车一年校园内行驶总里程为20 664 km，依据表2提供碳排放系数进行计算，分别为25.5 t、15.2 t。

（2）小型车碳排放量。校园内小型车辆多为教职工、外来人员和学生使用，燃料类型为汽油，密度为0.722 kg/L，百公里油耗取自工信部《2014年中国乘用车企业平均燃料消耗量》中规定的7.22 L/百公里。依据车辆管理系统数据统计，结合车辆入口行驶路线汇总，校园内小型车行驶里程分别为教职工1.9 km/d·人，外来人员1.3 km/d·人，学生1.35 km/d·人，依据表2提供碳排放系数进行计算共计0.472 t/d，除去寒暑假每年行驶274 d，总计碳排放量为130 t/a。

3.1.3生活碳排放量统计

根据学校统计数据，山东建筑大学2014年全日制专科、本科、硕士及博士研究生共计24 858人，在编教职工2 030人。2015年全日制学生共计25 672人，在编教职工1 950人。因学生与教职工在校停留时间有所差异，所以分别赋予1和0.5的系数，计算时间不包含寒暑假，碳排放量取0.9 kg/人·d[18]。由此，2014年、2015年校园内人员生活碳排放量分别为6 302 t、6 576 t。

3.2碳吸收核算结果

3.2.1绿植固碳

依据2.5.2中对校园绿化方式进行分类，校园内乔灌草型绿地面积307 873.14 m2，灌草型94 677.33 m2，草坪型22 834.31 m2，结合公式2、表3提供的计算方法和日固碳标准，三种绿地日固碳量分别为24.6 t/d、6.8 t/d、1.3 t/d，共计32.7 t/d，全年可吸收CO211 936 t。

3.2.2光伏发电系统减碳

在绿色大学校园建设过程中，学校对既有建筑屋面进行了1 MW光伏发电系统安装，产生电量直接并入市政电网，因此该部分可再生能源产生的电力减排量并入碳吸收核算范围进行折减。光伏发电系统监控平台提供数据显示，2014年、2015年发电量分别为290.1 MWh、364.3 MWh，依据公式3得到光伏系统减碳分别为212 t、266 t。

3.3碳平衡核算结果统计

针对以上碳平衡核算结果进行统计，山东建筑大学2014年、2015年碳减排与碳吸收核算清单如表4所列。

针对表4所列内容，依据公式4进行碳平衡系数进行计算，山东建筑大学的2014年、2015年碳平衡系数分别为2.78、3.02，即以目前校园内3.02倍的碳汇措施可完全吸收产生的碳排放，相比于寒冷地区同类型大学碳平衡系数32.3偏小[23]。在人均碳排放比較系数方面，2014年、2015年人均净碳排放量为0.87 t/a、0.89 t/a，依据公式5计算人均碳排放比较系数为1.04，与沈阳大学3.04 t/a、辽宁大学2.56 t/a、沈阳工业大学1.4 t/a及东北大学3.11 t/a等相比[24]，山东建筑大学新校区人均碳排放比较系数处于较低水平。

3.4碳排放影响因素分析

依据调研数据统计分析，结合校园能耗监测平台及后勤部门提供数据，校园内各碳源排放量排名如表5所列。

从表5所列排名可知，校园内碳排放量主要集中于建筑的日常运行用能排放，建筑用能排放中的煤炭>电力>天然气，所涉及耗能用途主要为冬季采暖、制冷、照明、热水及炊事。因此，针对低碳校园建设应着重从建筑用能节约的角度出发，进行相应碳减排策略的制定。

4结论及建设策略

低碳校园如何实现可持续发展，需针对校园内碳排放的各影响因素间的相互作用进行量化，由此确定各影响因素在校园整体碳排放量中份额，依据份额由大到小的依次制定相应减排策略。同时，在校园的低碳化改造策略制定过程中应注重内部影响因素发生改变时对其他影响因素是否产生影响。因此，校园碳排放影响因素之间必须从系统整体性角度确保各因素之间的匹配性、协调性，提升低碳化效率，提高系统的整体功能。

表5中确立的碳排放量排名，建筑能源消耗占据了绝大部分份额，因此，校园内建筑的节能运行是低碳校园建设的重点目标，建筑单体可看做构成校园有机体单元，其规划、设计、施工、使用、维护、更新等各个环节直接影响建筑中采暖、空调、照明、热水等需求用能。因此，校园碳减排策略采用系统性观点，由整体到局部逐层设置。

4.1基于碳平衡预测下的校园规划策略

校园规划应遵循原有地形下的低冲击开发模式，使校园具备良好的气候调节能力，充分实现风能、太阳能的被动式调节，减少室内采暖制冷设备的使用时间。同时，应重点对规划现状进行基于碳平衡核算下的低碳排放优化，扩大乔灌草型复合绿化景观面积，实现植物碳汇量在有限面积内的最大化。园区内道路设计遵循最简洁流线布局，在满足使用需求的前提下降低机动车辆园区内使用频率与行驶路线。

4.2遵從地域气候特征的生态补偿策略

生态环境布置需与当地地域环境相协调，减轻或避免对原有生态系统的破坏，尊重原有建设场地的地形地貌，制定合理的建设开发计划，减轻对既有绿化用地的破坏，对建筑占用区采取合理的立体绿化形式，形成生态补偿，扩大绿植的碳汇作用。

4.3建筑单体的节能低碳化设计与改造

建筑单体造型实现对太阳能的被动式利用，合理控制建筑体形系数与加大太阳能可接收外表面积，实现太阳能的多效利用，建筑围护结构材料与构造形式符合节能设计要求，对既有建筑应注重围护结构的维护与更新，降低采暖制冷用能需求。

4.4设备系统的低碳化调适与更新

建筑中的物理环境控制设备在满足师生正常舒适性要求的前提下，依据不同类型建筑使用周期特点制定相应设计与优化调适策略，完成对现有设备的动态监控，提升其能效水平，对高耗能设备进行即使更新与替换，进一步降低设备系统碳排放量。

4.5注重可再生能源的替代性应用

校园的低容积率规划特点为太阳能应用提供了极佳的应用条件，同时太阳能应用技术可提供高品位的电力需求，又可提供低品位的热量需求，针对校园内建筑用能中采暖、热水、照明等使用需求，结合我国太阳能光热利用技术的综合应用特点，可降低对不可再生能源的需求，大大降低校园内建筑碳排放。

（编辑：李琪）

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Research on lowcarbon construction strategy of campus in cold area basedon carbon balance accounting

ZOU Ran1ZHANG Chenyue2，3FANG Tao2WANG Chongjie2

（1.The Center for Economic Research， Shandong University，Jinan Shandong 250100， China； 2.School of Architecture and Urban Planning， Shandong Jianzhu University， Jinan Shandong 250001， China；3.Shanghai Construction Design & Research Institute CO.，Ltd，Shanghai 200235，China）

AbstractQuantitative analysis on campus carbon balance accounting， as the main technical means， clearly illustrates the campus carbon emission sources and their proportion with the data of carbon emissions， which decides low carbon emission strategies of the campus and guides the campus low carbon development scientifically. Considering the difference of carbon emission factors， this paper accounted the corresponding carbon emissions of an actual project Shandong Jianzhu University with the existing carbon emission accounting methods selected and integrated. The accounting included the CO2 emissions of all energy consumption related to the daily operation of all the buildings and facilities in the new campus. The accounting in 2015， taking the calculated value of 2014 as the reference， showed that 20 051 t carbon emissions were from buildings， 171 t from transportation， 6 576 t from daily life， and 11 936 t carbon was fixed by plant， 266 t carbon by PV. The net emissionswas 24 596 t. The campus carbon balance coefficient was 3.02， the per capita carbon emission coefficient was 1.04. According to the accounting data， carbon emissions were mainly from daily operation of buildings including winter heating， air conditioning， lighting， water heating and cooking. Coal， electricity and natural gas were consumed while coal emitted most carbon but natural gas emitted least. Therefore it puts forward following measures to reduce carbon emissions including campus planning based on carbon balance prediction，greenbelt ecological compensation complied with regional climatic， lowcarbon design and improvement of single building，low carbon adaptation and replacement of equipment system， and application of renewable energy.

Key wordscarbon balance； cold area； campus； construction strategy