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由温室气体浓度增加引起的全球变暖[1]，已经对自然生态系统和人类生存环境产生了严重影响，成为当今人类社会亟待解决的重大问题之一[2]。我国政府高度重视气候变化问题，于2016年印发《“十三五”控制温室气体排放工作方案》[3]，旨在有效控制温室气体。2020年 9月22日，国家主席习近平在“七十五届联合国大会”一般性辩论上提到，我国力争于2030年前达到二氧化碳（CO2）排放峰值，努力争取于2060年前实现碳中和。
编制温室气体清单是应对气候变化的一项基础性工作。通过清单可以了解各部门排放现状，从而有助于制定应对措施。2010年9月，国家发展改革委办公厅正式下发了《关于启动省级温室气体清单编制工作有关事项的通知》[4]，要求各地制定工作计划和编制方案，组织好温室气体清单编制工作。除了国家层面，许多企业和社区也编制了相应的温室气体排放清单。近年来，国外大学也在逐步关注温室气体的排放，伯克利大学、麻省理工大学等坚持多年编制温室气体排放清单，逐步细化排放源、改进计算方式并制定相应的减排规划；克莱姆森大学还研究了废水处理和用纸情况[5]；哥伦比亚一所学校将基础设施建设所排放的温室气体也算入了清单之中[6]。相比之下，国内鲜有相关研究报道，且均为2015年及之前的研究。如，北京大学建立了中国高校温室气体清单编制方法，并以北京大学为例进行初步应用[7]；辽宁工业大学初步分析了本校温室气体排放情况[8]；中央财经大学进行了高校碳排放核查研究，但缺乏数据来进一步分析[9]。
目前，国内高校采用的温室气体排放量计算方法，尚未将氢氟碳化物(HFCs)纳入其中。随着汽车空调和房间空调使用量增加，且所排放的HFCs全球变暖潜能值较高，应将上述排放源纳入排放清单中。本研究将空调所排放的HFCs列入清单中，完善北京高校温室气体排放清单，并设计开发了编制高校温室气体排放清单的软件，便于北京高校编制本校的温室气体排放清单。
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本文参考《IPCC2006国家温室气体清单指南》，建立了一套适合北京高校的校园温室气体清单编制的方法，将从源汇识别、清单计算方法、排放因子的选择和活动水平数据的获取等4方面来介绍。在此基础上，本文还开发设计了清单编制工具，可为北京高校应对气候变化提供技术支撑。
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通过比较企业及美国高校的源汇识别方法，结合北京高校的实际情况，将北京高校校园温室气体的源和汇大致归纳为4个类别：1）直接源排放，指校园清单边界内由化石燃料燃烧直接导致的温室气体排放活动，如餐饮、供暖供热水和机动车等；2）间接源排放，指因外购能量间接导致的温室气体排放活动，如外购电力；3）其他源排放，指未被列入以上2类的温室气体排放活动，如固体废弃物、制冷剂泄漏和学术研究相关排放等；4）汇清除，主要指校园植被等对温室气体的吸收清除。
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从源、汇两方面综合考虑温室气体排放量，进而得出净排放量：净排放量=排放量−汇清除量。
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本方法将高校校园温室气体清单核算范围界定为以校方为行为主体，以校园为活动边界，以在校师生为服务对象的高校运作过程中可能涉及到的温室气体源排放和汇清除活动，暂不包括在校师生的个人活动和校方在校园以外的活动。其核算种类为《京都议定书》规定的7种气体中的二氧化碳(C02)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N20)和氢氟碳化物(HFCs)。
采用IPCC指南[10]得到公式（1）：
式中：C为温室气体排放量，kg CO2eq；EF为温室气体排放因子；E为活动水平数据；GWP为温室气体的全球变暖潜能值。
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参考IPCC指南[10]，采用公式（2）计算温室气体的汇清除。
结合校园特征，可按照IPCC缺省方法，假设校园中的草本生物量（如草坪草和庭园植物）、死有机物质生物量和土壤有机质的净库变化为零，从而只需评估与木本植物相关的生物量库变化。采用树冠覆盖面积法进行估算，即，将每单位植物树冠覆盖面积的碳库变化作为清除因子。基于树冠覆盖总面积的年生物量增量，见式（3）：
式中：ΔCG 为生物量增量引起的年度碳累积量，吨碳/a；ATi,j 为多年生木本类型j中，类别i的树冠覆盖总面积，hm2；CRWi,j 为多年生木本类型j中，类别i的树冠覆盖面积的生长率，吨碳/hm2树冠覆盖。
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与温室气体排放活动密切相关的气体包括CO2、CH4、N2O和HFC等，建议使用CO2当量作为统一单位，非CO2气体通过IPCC提供的温室气体全球增温潜势（GWP）进行折算，见表1[10-11]。
《蒙特利尔议定书修正案》[10]中列举了一些HFC类物质的全球增温潜势值，这些非CO2类排放量可通过GWP折算成以CO2当量为单位的值。
化石燃料在燃烧过程中都会有CO2排出，其种类不同，燃烧时排放的CO2量亦不相等。参考《中国能源统计年鉴2018》[12]附录提供的低位发热转换系数，见表2，引入发热值，将固体、液体和气体燃料的生产量和消耗量转换为普通能源单位。
由于各种化石燃料的发热量和CO2排出量之间存在比较稳定的关系，参照IPCC[10]中推荐的化石燃料的CO2排放因子，见表3，通过各种温室气体的排放因子可以估算化石燃料燃烧过程中的气体排放量。
《2019年中国区域电网基准线排放因子的公告》[13]中，详细给出了各地电网排放因子，建议选取与高校所在地区相应的本地排放因子。北京高校校园温室气体排放计算时，选择华北地区电网的2015～2017年电量边际温室气体排放因子的加权平均值为0.941 9 t CO2/MWh。
空调排放HFC过程中，还需选取运行环节排放因子[14]，见表4，对HFC进行计算。
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北京高校校园温室气体排放清单需要收集的活动水平数据及其可能来源，见表5。
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本研究基于上述方法还开发设计了面向用户的人性化工具。将北京高校温室气体清单的编制方法制作成易输入、易操作、易分析的程序工具，便于研究者或学校管理部门使用，使用者仅需识别并记录某高校人口、面积、源汇类别、主管部门、活动项目和能源类型等基本信息，并录入各活动项目、各能源类型的消费数量，即可立即获得各类活动项目的温室气体排放量、各类排放源的温室气体排放总量，以及此高校的温室气体排放总量、单位面积温室气体排放量和单位人口温室气体排放量等计算结果。
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华北电力大学的排放源类别基本齐全，适合推广到北京其他高校，因此选择华北电力大学为研究案例。
采用上述建立的校园温室气体排放清单方法，考虑华北电力大学校园的实际情况和活动水平数据的可获得性，识别了华北电力大学校园温室气体的源和汇，见图1，收集了相关活动水平数据，得到了华北电力大学2019年温室气体排放清单，见表6。
结果显示，温室气体总排放量为41 909.35 tCO2eq，汇清除量为41.56 tCO2eq，因此净排放量为41 867.80 tCO2eq，单位面积温室气体排放量为0.11 tCO2eq，人均净排放量为2.13 tCO2eq。将计算结果与2019年全国的排放情况[15]进行对比发现，本研究计算出的华北电力大学人均温室气体排放量低于全国平均水平（6.72 tCO2eq/人）；单位面积的温室气体排放量高于全国平均水平和全国100强城市的平均水平。这种差异可能源于不同尺度排放清单对排放边界的不同定义，高校清单没有列入师生在校园活动以外造成的温室气体排放活动（如生活和上下班等），但将部分离退休和校外人员能源消费造成的温室气体排放列入其中。
在各类排放源中，因外购能量间接导致的温室气体间接源排放占比最大（为72.71%），总量达30 443.42 tCO2eq，直接能源消耗所产生的温室气体排放量次之。外购电力主要体现在校内各建筑供电科研和后勤等方面。在不影响正常校园以及科研活动的前提下，从一定程度上改善用电的合理性将有助于减少电力排放。
由化石燃料燃烧直接导致的直接源排放是华北电力大学第二大类排放源，总量为8 839.43 tCO2eq，占总排放量的21.11%，约为间接源排放的2/7。从排放源来看，供暖、供热水及餐饮占比最大，分别占88.81%和10.28%；机动车次之。从能源类型来看，天然气占比最大，为99.10%，汽油次之。占比较大的活动类型和能源类型同时也具有较大减排潜力，应该予以重点考虑。
与直接和间接排放源相比，华北电力大学其他排放源排放量较小，仅为2 626.50 tCO2eq，占总排放量的6.27%，主要来源于房间空调制冷剂HFC-32的大气逸散与汽车空调制冷剂HFC-134a排放。需要说明的是，其他排放源还包括生活垃圾、厨余垃圾、医疗垃圾和实验室危险废弃物以及汽车尾气等，考虑到数据的可获得性等，暂不列入本次清单编制范围。
华北电力大学校园温室气体排放情况与几个国内外大学的对比情况，见表7。
结果显示，华北电力大学与辽宁工业大学、麻省理工大学、康奈尔大学、伯克利大学和UNAM[16]的校园不同温室气体排放类别的排放占比存在差异。前5所大学最大温室气体排放来自于直接源与间接源，而燃料或电力的比例各不相同，华北电力大学外购电力所排放的温室气体占到72.71%，而麻省理工大学、康奈尔大学和伯克利大学则为直接源排放占主导，这个差别主要取决于各地用能特点及各校不同的能源使用方式。华北电力大学侧重于与电结合使用，康奈尔大学与伯克利大学侧重于直接使用燃料。国外4所大学的其他源排放均大于国内2所大学，原因可能在于计算范围的差异:国内大学仅考虑校园内部交通排放，或只考虑了制冷剂排放；而国外大学还将与教学科研相关的校园外交通包含在核算范围内，其中UNAM的其他源排放计算包括移动和固定源以及制冷剂泄漏、纸张、食品、水、气体、清洁产品、溶剂、废水处理、市政和危险废物以及校外学术研究的消耗，较为全面。
国外大学更加重视学校温室气体排放清单的编制工作，并制定相关减排计划，伯克利大学从1990年开始坚持编制温室气体排放清单至今，麻省理工大学以及康奈尔大学也是如此。我国高校缺乏历年坚持编制温室气体排放清单的规划，难以进行纵向比较分析、进而开展相应减排工作。
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本文参考IPCC温室气体清单指南，完善了北京高校温室气体排放计算方法，不仅从源汇两方面进行了分析与计算，还补充了空调所排放的HFC物质，让得出的温室气体排放清单更加全面可信。
华北电力大学2019年校园温室气体净排放量为4.2×104 tCO2eq，人均排放量为2.1 tCO2eq/人，单位面积排放量为110 tCO2eq/m2。总温室气体排放中，外购电力所产生的温室气体排放量最多，占72.71%；其次是燃料排放，占21.11%。因此，减少温室气体的排放应主要从上述两方面展开。增加清除汇也是为校园减排的重要途径，两者结合方能更好地减少校园温室气体排放。
随着校园活动日渐丰富，科研内容也会相应增加，相关的温室气体排放也应像国外大学计算排放清单时，将其纳入考虑。类似的还有垃圾、废弃物和汽车尾气这种涉及到移动源的排放情况，需要完善计算方法使得计算结果更加全面可靠。
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在本文研究的基础上，为了更深入了解中国高校温室气体的排放情况，为校园节能减排提供参考依据，为未来相关工作提出以下建议：1）细化温室气体计算范围，督促相关部门做好数据记录，使排放清单更加全面细致，利于针对性改进；2）低碳生活，合理使用资源不浪费，强化师生节约意识；3）提倡师生低碳出行，尽量乘坐绿色交通工具；4）完善对垃圾、废弃物的处理，落实垃圾分类新政策，争取回收再利用；5）增大绿化面积，逐步提高清除汇所占比例；6）逐年评估，有效监测减排效果。
校园温室气体排放清单方法研究及案例应用
——以华北电力大学为例Study and application of greenhouse gas emission inventory method in campus
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摘要: 校园作为特殊的一类社区，其应对气候变化的行动日益受到关注，但我国仍鲜有针对高校校园温室气体排放清单的相关研究，且相关方法还有待进一步改进。文章参考《IPCC2006国家温室气体清单指南》，建立了一套适合北京高校的校园温室气体清单编制方法，开发设计了清单编制工具，并以某北京高校为例进行案例分析。结果显示，2019年华北电力大学校园温室气体总排放总量为41 909.35 tCO2eq，清除汇为41.56 tCO2eq，净排放量为41 867.80 tCO2eq，人均排放量为2.13 tCO2eq。从排放源类型角度看，间接排放源中的外购电力占比72.71%；直接排放源次之，包括餐饮、供暖供热水和机动车；其他排放源排放量占比例为6.27%，涵盖空调制冷剂所排放的温室气体。该方法和工具为北京高校应对气候变化提供理论基础和技术支撑，也可为其他地区校园温室气体排放研究提供借鉴。Abstract: As a special type of community, campuses are increasingly concerned about their actions to deal with the climate change. However, there are still few studies on greenhouse gas emission inventory on campus in China, and the relevant methods need to be further improved. Referring to the “IPCC2006 National Greenhouse Gas Inventory Guide”, the article established a set of greenhouse gas inventory compilation method suitable for Beijing universities, developed and designed the inventory compilation tool, and took a beijing university as an example to analyze the case. The results showed that in 2019, the total amount of greenhouse gas emission of North China Electric Power University campus was 41 909.35 tCO2eq, the clearance sink was 41.56 tCO2eq, the net emission was 41 867.80 tCO2eq, and the per capita emission was 2.13 tCO2eq. From the point of view of emission source types, outsourced electricity accounted for 72.71% of an indirect emission source, followed by the direct emission sources, including catering, heating water and motor vehicles; other emission sources accounted for 6.27%, including greenhouse gases emissions from air conditioning refrigerants. This method and tool can provide theoretical basis and technical support for universities to deal with the climate change, and can also provide reference for the study of greenhouse gas emission on campuses in other regions.
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Key words:
- greenhouse gas /
- emission inventory /
- university campus /
- CO2 /
- hydrofluorocarbon /
- methane
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表 2 化石燃料低位发热转换系数
类别 平均低位发热量 煤 20 908 TJ•Mt−1 液化石油气 50 179 TJ•Mt−1 天然气 38 931 TJ•Gm−3 汽油 43 070 TJ•Mt−1 柴油 42 652 TJ•Mt−1 
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表 3 化石燃料燃烧排放因子
t·TJ−1 类别 CO2排放因子 CH4排放因子 原煤 98.30 0.001 液化石油气 63.10 0.001 天然气 56.10 0.001 汽油 69.30 0.003 柴油 74.10 0.003
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表 5 校园温室气体排放源/清除汇的调查表格
排放/清
除活动燃料使
用类型温室气
体类型活动数据
可能来源餐饮 天然气 CO2、CH4、N2O 后勤管理处 供暖、供热水 天然气 CO2、CH4、N2O 后勤管理处 机动车 汽油、柴油 CO2、CH4、N2O 后勤管理处 外购电力 电 CO2 后勤管理处 房间空调和
汽车空调HFCS 楼管 植被 CO2 信息中心 固体废弃物 CO2 后勤管理处 汽车尾气 CO2 保卫处
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表 6 2019年温室气体排放情况汇总
排放源/
清除汇类别源排放 源排放
汇总清除汇 净排放量 人均净排放量/
tCO2eq·人−1直接源排放 间接源排放 其他源排放 餐饮 供暖、
供热水机动车 外购电力 空调 植被 排放/清除/
tCO2eq909.13 7 849.86 80.44 30 443.42 2 626.50 41 909.35 41.56 41 867.80 2.13
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表 7 华北电力大学温室气体排放情况与其他大学对比
% 排放源/
清除汇华北电力大学 辽宁工业大学 麻省理工大学 康奈尔
大学伯克利
大学墨西哥国立自
治城市大学排放量所占
比例排放量所占
比例排放量所占
比例排放量所占
比例排放量所占
比例排放量所占
比例直接源（燃料） 21.11 49.64 68.79 75.6 75.61 − 间接源（外购电力） 72.71 21.23 22.93 1.46 1.23 24 其他源（制冷剂等） 6.27 28.84 8.28 22.9 23.16 76 植被 0.1 −1.01 0.4 − − − 人均排放量/tCO2eq·人−1 2.13 2.02 − 8.6 − −
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[1] Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the IPCC [R]. Cambridge, UK; New York, USA: Cambridge University Press, 2007. [2] 李全生, 郁璇. 我国碳强度减排的实施路径研究[J]. 西南交通大学学报(社会科学版), 2012, 13(2): 17 − 21. [3] 中华人民共和国国务院. 国务院关于印发“十三五”控制温室气体排放工作方案的通知. [EB/OL]. (2016-10-27)[2020-11-04] http://www.gov.cn/zhengce/content/2016-11/04/content_5128619.htm. [4] 国家气候战略中心. 省级温室气体清单编制指南(试行)[S/OL]. (2016-10-27)[2016-11-04]. http://www.ncsc.org.cn/SY/tjkhybg/202003/t20200319_769763.shtml. [5] RAEANNE C, MICHAEL C D, DAVID L, et al. Assessing the carbon footprint of a university campus using a life cycle assessment approach[J]. Journal of Cleaner Production, 2020, S0959-6526(20): 32647 − 0. [6] VARON H, MANUEL, OSORIO T, et al. Carbon footprint of a university campus from Colombia[J]. Carbon Management, 2021, 12(1): 93 − 107. [7] 张雯, 吴婧, 赵晨, 等. 北京大学低碳校园先锋项目研究报告[M]. 北京: 北京大学出版社, 2010: 356-379. [8] 赵薇, 郑斌, 武斌, 等. 基于IPCC排放清单的校园温室气体排放研究[J]. 环境科学与管理, 2015, 40(12): 15 − 19. doi: 10.3969/j.issn.1673-1212.2015.12.004 [9] 冯润甜, 毛帅燕, 尚起萌, 等. 高等学校碳排放核查硏究[C]//北京: 国际绿色建筑与建筑节能大会, 2013. [10] Intergovernmental Panel on Climate Change. 2019 Refinement to the 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventory [R]. Kyoto: IPCC, 2019 [11] 联合国环境规划署. 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书修正[R/OL]. [2017-01-07]. http://conf.montreal-protocol.org/meeting/mop/mop-28/final-report/SitePages.aspx. [12] 陈江平, 施骏业, 赵宇. 国内外汽车空调系统发展动向[J]. 化工学报, 2008, 59(增2): 9 − 13. [13] 国家统计局国家发展改革委. 中国能源统计年鉴(2005)[M]北京: 中国统计出版社, 2006. [14] 生态环境部. 2019年度减排项目中国区域电网基准线排放因子. [EB/OL]. [2020-12-29]. http://www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202012/t20201229_815386.shtml. [15] LI Y X, ZHANG Z Y, AN M D, et al. The estimated schedule and mitigation potential for hydrofluorocarbonsphase-down in China[J]. 气候变化研究进展: 英文版, 2019, 10(3): 7. LI Y X, ZHANG Z Y, AN M D, et al. The estimated schedule and mitigation potential for hydrofluorocarbonsphase-down in China[J]. Advances in Climate Change Research, 2019, 10(3): 174-180.
[16] RUBEN M F, RODOLFO Q M, ORTIZ I. The carbon footprint of a public university campus in Mexico City[J]. Carbon Management, 2019, 10(5): 501 − 511. doi: 10.1080/17583004.2019.1642042 -
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图( 1) 表( 7)
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