唱思琪， 龚 强

（1.东华大学旭日工商管理学院，上海 200051；2.上海交通大学体育系，上海 200240）

0 引言

高校实验室建设面临低碳难题。高校发展与国家发展同向同行［1］，高校肩负着为“双碳”目标实现提供科技支撑和人才保障的双重使命，既应组织科研力量攻克“双碳”科技难题，将“双碳”知识和理念融入专业课程体系，也应将建设近零碳排放校园作为高校自身发展的内在要求。实验室是高校特别是高水平研究型大学瞄准“双碳”领域共性真问题和“卡脖子”关键技术难题，强化有组织科研攻关的重要平台［2］。据统计，全国普通本科高校实验室总数36000 余个，建筑面积超过3700 万m［2-3］。实验室耗能高的特性，使其成为高校供电节能和绿色建筑的重点领域，但其低碳建设却鲜少得到重视［4］。在此背景下，高校亟须厘清“双碳”目标对实验室低碳建设带来的挑战，将建筑物的全生命周期纳入节能减排的范畴，统筹考虑，与时俱进深化和推进实验室低碳建设。

1 实验室碳排放核算标准

全生命周期分析（LCA）是评价建筑环境影响的重要客观方法，成为国际组织及各国政府对建筑碳排放进行定量测算和评价的重要工具。经过多年的实践和探索，许多专注于政府主体和市场主体的温室气体排放相关的标准化方法及体系逐渐出现，如《PAS 2050：商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范》《IPCC国家温室气体清单指南》和《温室气体核算体系》（GHG Protocol）等。

1.1 建筑运营碳排放计量国际标准

与温室气体排放相关的国际标准主要有ISO 14064（在组织层面温室气体排放和移除的量化和报告指南性规范）和ISO 14067（用于确定产品的温室气体排放或碳足迹），但这些标准均不是专门设计且适用于计算整个建筑或具体使用阶段的碳足迹［5-6］。考虑到这一背景，ISO（国际标准化组织）旨在弥合这一差距，决定开发编制一套区别于同族，侧重于建筑运行阶段的碳排放计量、报告和核证的国际标准ISO 16745（2017）。根据温室气体类型可将标准的适用范围划分为3 类：CM1（建筑相关能源使用）、CM2（CM1 +建筑使用者相关能源使用）、CM3（CM1 +CM2 +其他与建筑有关的排放），具体划分如图1 所示。年度温室气体排放量之和由每类能源能耗量乘以相应的能源碳排放因子加总计算得出的，计算方法如图2 所示，且排放因子应来自并按以下优先顺序获得：国家正式发布的数据、独立渠道获得的数据和国际约定的数据，而准确、透明地获得具有建筑特征的循证数据是一个复杂、繁重的过程。

图1 ISO 16745（2017）适用范围

图2 ISO 16745（2017）运行阶段碳排放核算方法

1.2 建筑运营碳排放计量国家标准

目前国内公开发布的对碳排放计算方法有详细描述且认知度较高的核算标准为国家标准《建筑碳排放计算标准》GB/T 51366—2019［7］。它全面细致地介绍了建筑全生命周期的碳排放核算方法，涵盖了全生命周期所有阶段，建筑全生命周期核算框架如图3 所示，该框架适用范围包括实验室在内的单体公共建筑，是我国当前建筑碳排放计算的主要依据。该标准对运行阶段碳排放的计算采用排放因子法（见图4），但与ISO 16745（2017）相比存在两点不同。①国标考虑了碳汇核算方法；②国标的电力活动水平数据可扣减区域内的可再生能源上网电量。

图3 《建筑碳排放计算标准》建筑全生命周期核算框架

图4 《建筑碳排放计算标准》运行阶段碳排放核算方法

2 实验室低碳建设中存在的问题

实验室既属于社区层面也属于产品层面，是政府主体和市场主体共同的“双碳”目标下独自推进又交互反馈的体现。研究将以上述两个标准为指引，考虑“双碳”背景并结合实验室自身特点，提出实验室在低碳建设中可能存在的问题。

2.1 各界对实验室低碳建设认识不足

目前，高校建设零碳校园的决心大，但配套实施方案针对性不强。在近期发布的关于近零碳排放区示范工程实施方案中，各省市选取学校作为区域突破口仍为少数，且未就高校实验室但低碳建设做出前瞻性的政策指引和详细规划。当前近零碳排放试点示范项目尚处试行阶段，涉及近零碳校园政策制定的文件及政策关键点如表1 所示。可以发现，在工作方案、评价指标体系及碳排放核算方法中均缺乏具体的实验室低碳建设要求，对高校实验室低碳建设问题的关注仍远远不足。随着高质量人才培养需求的提高，对作为载体的实验室提出了新的刚性需求，实现“双碳”目标，将低碳发展放在突出位置是未来实验室建设的发展方向。《绿色校园评价标准》（GB/T51356—2019）作为国家系列绿色建筑标准体系中校园评价标准［8］，强调以单个校园或学校整体作为评价对象，以既有校园的实际运行情况为依据，弥补了我国绿色校园评价领域的空白，但对“单体建筑”不具有较强的针对性。

表1 部分地区有关近零碳校园政策制定情况

2.2 实验室碳排放数据量化存在短板

（1）核算体系不健全。为了能够对实验室低碳建设提供相应的政策支撑，重要依据之一就是碳排放的统计核算。尽管碳达峰碳中和工作领导小组全体会议强调建立统一规范的碳排放统计核算体系，但我国仅处于起步阶段且没有用于年度核算［9］，导致简化核算时的数据缺乏权威性。与欧盟等发达国家相比，我国还没有形成监测内容细致、多方面统筹配合的核算体系。

（2）核算标准不统一。相较于《建筑碳排放计算标准》，行业标准《民用建筑绿色性能计算标准》和国家标准图集《绿色建筑评价标准应用技术图示》提出了不同的建筑碳排放核算方法，研究结果之间的可比性较弱。当前核算依据涉及多种政策法规，且允许多套核算规则并行使用，可能出现核算边界不一致、数据来源不统一等问题。

（3）核算精确度不足。对于化石燃料燃烧排放，国内主要借鉴IPCC 的核算方法和指南，根据排放因子进行核算。排放因子一般采用自测值或缺省值，而自测值难以核查和缺省值精准度不够的特点，使得结果存在弹性空间。中国各省份的碳排放差距，尤其是区域间碳排放差距逐年扩大［10］，会存在针对性不强的问题。

2.3 实验室绿色建筑节能材料缺位

（1）早期实验室建设低碳意识不足。一些高校早期建造的实验室受当时科技发展水平限制，未采用合理的节能设计手法，造成大量的能源浪费。随着时间的推移，建筑本体出现了不同程度的老化，使实验室在供配电、通风、计算机网络等方面的配置无法满足绿色发展的需要。

（2）我国绿色建材起步较晚。2013 年1 月，国务院办公厅转发《绿色建筑行动方案》，首次提出将“大力发展绿色建材”列为十大重点任务之一，为我国绿色建材的发展指明了方向。由于我国绿色建材市场仍然处于起步阶段，绿色建材行业存在整体发展缓慢、消费市场没有打开、绿色建材评价标准和产品认证体系需要完善等问题。

（3）现有建筑标准不能满足新的要求。现有科研建筑设计标准是在碳达峰、碳中和目标提出前制定的，已经无法满足新形势对高校实验室低碳建设提出的新要求。

2.4 实验室污染物处理方法较落后

随着近年来高校的扩招和科技创新的不断实践与探索，实验室的科研教学活动日渐频繁，污染物处理问题日益凸显。早于2005 年教育部、原国家环境保护总局联合下发的《关于加强高等学校实验室排污管理的通知》，要求将高校实验室纳入环境监管范围，并将实验室污染防治费用纳入年度预算。但仍有高校未安装净化装置，也未采取其他防护措施，将产生的有毒有害废气直接排放，污染周边环境。实验室产生的污染物种类繁多，特性各异，因此采用的治理方法也各不相同。但是由于体量小，使得随意处置现象屡见不鲜。高校实验室对污染物处理能力有限，相较于交由环境保护行政主管部门认可、持有危险废物经营许可证的单位处置，部分实验室选择实行粗放式管理，造成周边环境污染。

3 “体育风洞”实验室的实践与启示

中国的“双碳”战略目标促进了北京2022 年冬奥会成为第一个“碳中和”冬奥会［11］。《北京冬奥会低碳管理报告（赛前）》显示，北京冬奥会的低碳管理主要分为碳减排和碳抵消两个方面。其中，体育风洞实验室不仅在科技上为冬奥助力，并且还为“双碳”背景下实验室低碳建设提供了借鉴。

3.1 体育风洞实验室介绍

风洞是指按一定要求设计、具有动力装置、用于各种气动实验的可控气流管道系统［12］。风洞技术成为提高运动员竞速类项目成绩的重要科技手段，已经被英国、加拿大等冰雪运动强国广泛采用进行针对性训练［13］。国内首座体育综合训练风洞由十一院第三研究所自主设计建造，其尺寸规模和风速范围可满足滑雪、滑冰、雪橇等冰雪运动项目及部分夏季运动项目等模拟需求，通过测试运动员气动数据，判断和优化运动员的最佳竞技姿态，测试和标定参赛器材的性能，以提高运动员竞技成绩。该体育风洞实验室由二七厂柴油机试验站改造而成，充分体现了“绿色办奥”的理念。在“风洞”技术的支持下，10 余支国家集训队的冬奥健儿可以不受天气状况及季节的影响，也无须远赴国外，最终铸就9 金4 银2 铜的历史最佳战绩。

3.2 体育风洞实验室带来的启示

2018 年国家体育总局与宣告停产的二七厂签署协议，决定利用部分老旧厂房，建设一个国家冰雪运动训练科研基地。既传承弘扬优秀工业文化，又促进企业转型和城市更新协同发展。地表土壤经过严格的修复程序净化干净后再回填再利用，厂房顶部的天车经过改造加工后成为检修平台，最大限度地利用现有建筑和结构条件，使工业遗产延续生命、焕发新生机。改造后的场馆采用空气能为场馆管理用房供暖，其高效节能、绿色环保的特质使得一个场馆每年可实现100余吨二氧化碳的减排。据统计，空气能热水器的年平均热效比是电加热的4 倍［14］。

4 实验室低碳建设路径及建议

综上所述，实验室低碳建设对实现校园碳中和具有重要价值，有助于形成有效合力，助推“双碳”目标的实现。当前，德国等发达国家注重对建筑能耗进行严格监控，并对建筑节能项目提供补贴。经过多年的发展，我国低碳建筑取得了显著成效，认证面积逐年上升。在实现“双碳”目标背景下，高校必须着力解决实验室低碳发展仍存在的诸多问题和挑战，从低碳技术、减碳措施、组织实施、全员参与等方面稳步推进面向“双碳”目标的实验室低碳建设，保障“双碳”行动的成效和进度。

4.1 实验室低碳技术

北京冬奥会所有新建、改造场馆和设施全部满足绿色建筑标准［15］，本届冬奥会运用的低碳节能技术有应用到高校实验室的可能。①通过科学合理的结构设计降低实验室能耗。在具体设计上，可以先进结构设计为突破口，通过结构设计的创新和改善，来改进结构性能。增强与周边环境的协调相容性，建筑空间设计着重实验室科研活动和教学功能的复合性。在建材选取上，应积极采用绿色建材，选用绿色建材采信应用数据库中的产品。②引进智能管理系统实现远程控制。结合网络技术、计算机技术、电子技术、智能卡技术和安防技术等新一代信息技术［16］，构建面向“双碳”目标的教学科研信息共享平台，实现实验室管理人员、教师和学生间教学信息的共享和互动。丰富智能管理系统的功能性，在线学习进入实验室的前期培训和考核，并在系统中申请实验室准入资格。在课程中心上传实验操作流程，充分保障学生对实验操作流程的规范操作及熟练度，以达成提高实验成功率，减少实验室碳排放的效果。

4.2 实验室减碳措施

考虑到“双碳”目标实现的紧迫性，未来针对高校实验室的低碳建设和绿色发展必须成为推动碳中和校园的重要方向。①强化顶层设计，完善配套制度建设工作。我国应以《高等学校节约型校园建设与管理技术导则》为依据，逐步建立完善高校碳排放核算及评价指南的体系建设，完善实验室废弃物回收管理、循环利用等方面的管理制度，为高校实验室低碳建设创造良好的制度环境。②严控新建建筑节能标准，持续推进绿色建筑普及。高校应保证新建实验室全部达到节能标准要求，降低实验室建造和运行能耗。高校应加快出台实验室节能改造工作方案，对现有实验室进行节能改造，降低实验室能耗水平。鼓励使用清洁能源，推广分布式光伏发电，推动建筑光伏一体化。③落实清单管理，加快废弃物管理的探索。高校应通过出台清单的方式明确实验室废弃物的属性，依据《省级温室气体清单编制指南（试行）》等标准进行固废和废水处理过程中的温室气体清单编制。对所有废弃物进行标识，至少包括名称、主要成分和性质，还应提示可能产生的危险。建立严格的处置台账，详细记录处置者、处置数量、处置方式、处置时间等相关信息，并对记录进行双重审核，定期检查，长期存档。④实验流程优化，逐步实现绿色实验教学。通过实施减量化（Reduce）、再利用（Reuse）和资源化（Recycle）的“3R”原则［17-18］，优化实验设计，合理安排实验顺序鼓励学生以“绿色实验”为设计理念，注重实验全过程的低碳化。高校应以“双碳实验室”为引领，强化产学研深度融合，在着力于解决相关重大理论与技术难题的同时，实现实验室自身的低碳建设，并打造可复制、可推广的低碳实验室范本。

4.3 实验室组织实施

高校应积极开展加强实验室低碳建设专项行动，并按照“校级统筹、部门负责、突出重点、组织有序、确保安全”的原则，强化组织实施为保障主要目标和重点任务顺利完成。①压紧压实各级各部门主体责任。各高校成立专项行动实施领导小组，负责专项行动的贯彻落实、统筹推进及投入保障，研究解决推进实验室低碳建设过程中的重大问题。②建立完善实验室低碳建设的长效机制。高校需要据专项行动内容来制定实施方案，构建长效工作机制，针对建立问题清单建立整改台账，由专人负责并常态化更新管理举措，着力解决“痛点、难点、重点”三点问题。高校要制定全面的年度实验室低碳建设工作计划，做好实验室低碳建设进展情况、实施成效以及经验做法等备案工作。③加强督查检查考核工作力度。加强督查检查考核工作力度。各高校依照专项行动目标和任务要求，强化效能考核和职能督察，把实验室低碳建设工作纳入学校内部检查、日常工作考核和年终考核，对在实验室低碳建设工作中表现突出的单位和个人给予奖励；对履职不力的单位和个人予以批评和处罚。④做好典型案例的宣传教育工作。各高校应加大对各种经验做法和先进典型的宣传力度，注重运用指导性案例和典型案例开展实验室低碳建设的宣传，配合开展“植树认养”“节能降碳”等活动，提高师生的低碳意识。

4.4 实验室全员参与

高校作为全国的技术、人才高地，为实现“双碳”目标提供科技支撑和人才保障的同时，实现实验室自身的低碳建设。①开展形式多样的教育引导活动，将低碳环保理念渗透到学校教育整个过程。②通过低碳校园等创建活动，示范推广绿色低碳高质量实验室。创新完善“校园碳积分”等活动形式，调动广大师生参与实验室低碳建设积极性。③健全实验室管理运行机制，培育发展低碳组织和轮值制度，畅通合理化意见反馈渠道，构建全校践行绿色低碳的行动体系。

5 结语

高校实验室是助力实现“双碳”目标的重要场所，也是“双碳”人才培养的重要组成部分。在“双碳”背景下，积极推动高校实验室低碳建设，将绿色低碳理念纳入教育教学体系，采用准确的温室气体核算方法，有效甄别实验室低碳建设现存及可能存在的问题，找寻实验室低碳建设的有效路径，形成一批可复制可推广的经验做法，为落实“双碳”目标奠定良好基础。