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校园低碳化蓝图

校园一直是美国卓越城市设计的试验场,在气候行动方面亦是如此。高校在实践碳中和的承诺方面走在气候行动的前列。Sasaki 亦已与十多所校园业主合作,协助进行能源基础设施现代化,从财务和环境责任两方面推进运营过程中的碳减排。

在从化石燃料向清洁和可再生能源转型的过程中,校园具有独特地位。这类转型包含电气化和可再生能源的校内自产或校外采购。大多数校园目前仍依赖由化石燃料驱动的中央能源站供暖和制冷,并由熟悉系统优缺点的专业后勤团队进行校园基础设施与建筑的维护。最重要的是,校方是校园资源与资产的长期管理者,他们致力于在未来几十年甚至百年持续运营及维护其机构,并将校园本身做为可持续性的教育与研究的“生动实验室”。

每所高校的气候行动解决方案来自其独特的目标、场地条件、预算限制以及监管要求。在莱斯大学,碳中和目标源自校园领导层的战略规划,包含“设计可持续的未来”的核心教育与研究理念。埃默里大学力争减少50%的能耗,以降低碳排放和运营成本。明尼苏达州、罗德岛州、麻萨诸塞州的公立大学要获得政府财政拨款则需遵守各州在2050年之前实现碳中和目标的各项政策,同时持续扩大招生与学科规模。

尽管每座校园都是一个特别且复杂的生态系统,Sasaki 已制定出一套可根据不同院校需求量身定制、灵活适配各校战略规划规划与实际限制的基础低碳化蓝图。

第一阶段:调研与探索

第一阶段的分析以现状与资源使用为出发点,深入探索能源来源与使用情况、碳排量、中央能源厂及其分布网络,设施与基础建设状况,以及这些系统是否具备支持校园未来战略目标与增长预期的能力。

我们组织与校园所有利益相关方的工作坊共同界定并排序优先事项,探讨驱动因素、挑战、潜在机遇与适用于该校园的具体策略。线下的互动式工作坊提供让设施管理人员、能源站工程师与操作员、关键运维人员与学术领导、财务和行政管理者以及可持续发展专业人士齐聚一堂的重要机会,确保各方声音被倾听,并对每一个想法进行可行性验证。

与此同时,我们对能耗最高的建筑进行调研,以便优先安排战略性改造资金,实现最具成效的节能减排。我们还会探究校园内的土地使用与潜力场地——此项工作在我们同时参与校园低碳化规划与总体校园规划时最具成效——内容包含现有建筑、景观与基础设施,以及用于新建中央能源站、太阳能光伏系统和地热井的选址。

每所大学所面临的挑战也蕴含着独特的机遇。莱斯大学已花费大量资源在同时进行供暖与制冷;埃默里大学的项目改造可以结合能效提升措施;而明尼苏达大学的体育场地则是建造包含地源热泵系统的地热井的理想选址。

第二阶段:设计

在这一阶段,我们通过一系列的线下互动式工作坊,与校园利益相关者一同探讨多种设计方案。这些方案可能包括供热系统电气化、热能分配网络改造以及必要的建筑改造。通过实践型工作坊,我们让利益相关方参与替代选项的评估,审视它们对校园预算、运营、施工干扰、系统韧性、碳排放和战略目标的影响。

利益相关方将最初的六个备选方案先缩减至三个,最后再确定一个首选方案进入下一步的深化。随着设计推进,每个阶段的建设成本估算也会越来越精细:从初步的粗略估算(Rough Order of Magnitude),逐步发展为全面的生命周期成本分析(Life Cycle Cost Analysis)。

同时,我们也将系统性地解决校园内的能源相关问题,包括计量系统与建筑管理系统,以及可再生能源的校内自行产出或是通过第三方或虚拟购电协议(Virtual PPA)的校外采购。

我们还会考量生活用水、灌溉、以及生产用水等方面来探讨与能源转型相关的校园水资源平衡问题。许多电气化策略无需再使用冷却塔,可以显著减少用水量。以莱斯大学为例,我们通过燃料转换,削减了90%的生产用水,可为校园节省约每年25万美元的水费。在埃默里大学,我们发现收集冷凝水可用于满足校园景观的灌溉需求。

在每个项目的成本估算中,我们都会综合考虑地方、州和联邦等各层级政府的激励政策,以及多种替代性采购模式,例如能源服务公司(ESCOs)和电力购买协议(PPAs)等。

第三阶段:执行落实

在第三阶段,我们与利益相关方紧密合作,细化所选方案的实施细节,包括新建中央或区域能源站、分配系统以及任何必要的建筑改造。我们还通过讨论系统扩容、配备电池或热能储存系统等方式,解决韧性相关的挑战。

我们制定了一个包含分段实施、预算安排和减碳目标的执行方案,确保其与客户的目标和资源相匹配。借助 Sasaki 科研团队开发的低碳化管理平台“Dashi”,我们可以直观展示不同实施方案的效果,帮助校园高层领导更深入理解各方案对校园空间规划、预算及碳排放的影响。

为了顺利推进实施阶段,我们也制定了《可持续设计指南》,明确关键目标和策略,供未来所有改造项目参考,帮助客户顺利实现其可持续发展和气候行动目标。

在莱斯大学,最终选择的方案是一套联网的冷热水四管制系统;麻萨诸塞州海事学院则倾向采用环境回路系统。美国东北大学和罗德岛大学采用混合式区域供能技术,历史建筑继续使用现有能源站再逐步实现电气化;而对如实验楼这类拥有高耗能需求的边缘区,则转向地热回路或独立的空气源热泵系统。每所高校的背景、预算和时间安排都需要度身定制的解决方案。

复杂系统的整体方法

校园低碳化需要一套整合的方法,涵盖校园战略愿景、项目目标、设施管理、资本规划以及运营维护等多个层面。Sasaki 的低碳化项目组合体现了我们基于财务和环境责任的整体能源转型思路。我们的团队凭借在高等教育领域积累的数十年对于复杂校园系统实践经验,助力客户实现高度韧性、灵活且具有前瞻性的可持续发展管理目标。

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