地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于建筑采暖中的碳減排計算

，

(1.黑龍江省節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心，哈爾濱 150001；2.哈爾濱第703研究所，哈爾濱 150078)

0 引 言

我國常規(guī)資源匱乏，我國又是一個能源消費大國，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗總量也在逐年大跨步增長。建筑領(lǐng)域是典型的能源消耗產(chǎn)業(yè)，消耗總量已占到全國能耗總量的1/3，建筑節(jié)能減排迫在眉睫。近年來我國城鎮(zhèn)建設(shè)態(tài)勢迅猛，預(yù)計到2020年，我國新增建筑面積將達(dá)到300億m2[1]，如果我國建筑全部實行在現(xiàn)有基礎(chǔ)上節(jié)能50%的標(biāo)準(zhǔn)，那么每年國家大約可節(jié)約標(biāo)煤1.6億t，減少二氧化碳排放1億t?？梢娫诮ㄖI(lǐng)域?qū)嵤┣鍧崣C制項目，對于減少全球溫室氣體排放是意義非凡的。在這些建筑能耗和排放中，建筑采暖占的比例最大，約1/3左右。因此，建筑采暖的節(jié)能減排是建筑領(lǐng)域中潛力最大的一方面。

就目前的供熱能源結(jié)構(gòu)比例來看，雖然地源熱泵供熱所占的比例小，但是它屬于綠色環(huán)保高效節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)，用它來替代傳統(tǒng)建筑供暖方式將會使排放量大大降低，其重要性不可忽略。

1 清潔發(fā)展制機制與建筑節(jié)能

1.1 清潔發(fā)展機制

1997年12月1日，京都會議提出了清潔發(fā)展機制，其核心內(nèi)容是允許附件1締約方(即發(fā)達(dá)國家)與非附件1(即發(fā)展中國家)進(jìn)行項目級的減排量抵消額的轉(zhuǎn)讓與獲得。按照其規(guī)定，從2008～2012年期間，發(fā)達(dá)國家?guī)椭l(fā)展中國家每分解1 t標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳溫室氣體，就可以多排放1噸標(biāo)準(zhǔn)的二氧化碳溫室氣體，也就是獲得1噸排放權(quán)。這樣就形成了清潔發(fā)展機制發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家相關(guān)企業(yè)提供資金和技術(shù)支持，而發(fā)展中國家則向發(fā)達(dá)國家提供溫室氣體減排量，共同實現(xiàn)環(huán)境友好[2]。

清潔發(fā)展機制的項目包括：

(1)可再生能源項目。

(2)改善終端能源利用效率項目。

(3)改善供應(yīng)方能源利用效率項目。

(4)替代燃料項目。

(5)農(nóng)業(yè)項目(甲烷和氧化亞氮減排項目)。

(6)工業(yè)過程(水泥生產(chǎn)等減排二氧化碳項目，減排氫氟碳化物、全氧化碳或六氟化硫的項目)。

(7)碳匯項目(僅適用于造林和再造林項目)。

一般而言，一個典型的清潔發(fā)展機制項目從開始準(zhǔn)備到最終產(chǎn)生減排量，需要經(jīng)過如下一些主要的階段：

(1)項目識別。

(2)項目設(shè)計。

(3)參與國的批準(zhǔn)。

(4)項目審定。

(5)項目注冊。

(6)項目實施、監(jiān)測與報告。

(7)減排量的核查與核證。

(8)CERs的簽發(fā)。

每個階段的主要活動、參與實體及其職責(zé)各不相同。所以清潔發(fā)展機制的方法學(xué)的確定是至關(guān)重要的，基準(zhǔn)線的選取便是核心[3]。

2002年，清潔發(fā)展機制進(jìn)入中國，減排也成為我國工業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)之一，為我國帶來巨大的商機。從已批準(zhǔn)的清潔發(fā)展機制項目的減排類型來看，新能源和可再生能源類項目占比最多，占80.73%，其次是節(jié)能和提高效能類[4]?？梢?，在建筑領(lǐng)域中，采用地源熱泵方式供熱是十分有必要推廣的。

1.2 地源熱泵系統(tǒng)

地源熱泵是一種利用地下淺層的地?zé)崮?包括巖土體、地下水或地表水)作為低品位熱源利用逆卡諾循環(huán)原理進(jìn)行熱交換的綠色環(huán)?？照{(diào)系統(tǒng)，可以同時實現(xiàn)采暖、制冷和提供生活熱水，整個系統(tǒng)主要由室外地?zé)崮軗Q熱系統(tǒng)、熱泵機組及室內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng)組成。地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)入冬季采暖狀態(tài)，其工作原理是：地源熱泵以巖土為吸熱源，工質(zhì)在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸取地下水或巖土的熱量，經(jīng)壓縮機壓縮成高溫高壓的過熱蒸汽，然后進(jìn)入冷凝器加熱系統(tǒng)循環(huán)水，制取45 ℃的熱水送入空調(diào)房間達(dá)到制熱的目的[5-6]。如圖所1示。

圖1 地源熱泵系統(tǒng)

2 地源熱泵項目邊界和基準(zhǔn)線確定

清潔發(fā)展機制需要確定項目邊界和基準(zhǔn)線，并進(jìn)行額外性分析與減排量計算?；鶞?zhǔn)線確定是清潔發(fā)展機制的核心，是判斷清潔發(fā)展機制項目是否具有額外性的關(guān)鍵，是判斷減排效果的基礎(chǔ)；合理的項目邊界設(shè)定可以更為準(zhǔn)確地計算項目活動的溫室氣體排放量。

2.1 地源熱泵系統(tǒng)項目邊界確定

地源熱泵系統(tǒng)項目邊界包括低溫?zé)崮懿杉到y(tǒng)、集中供熱系統(tǒng)和分散的供熱裝置。低溫?zé)崮懿杉到y(tǒng)包括低溫?zé)嵩础⑼倒芫€、水泵及源側(cè)儲能裝置等；集中供熱系統(tǒng)包括供熱管網(wǎng)、換熱站、二級換熱站及所有連接于地源熱泵供熱管網(wǎng)的建筑物；分散的供熱裝置包括化石燃料鍋爐等。

2.2 地源熱泵系統(tǒng)項目基準(zhǔn)線確定

地源熱泵系統(tǒng)項目基準(zhǔn)線是指在對建筑沒有使用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)時想要達(dá)到的同樣的室內(nèi)溫度而采取的方式。在進(jìn)行基準(zhǔn)線供能方式確定之前，應(yīng)對項目所在地的常規(guī)供熱項目進(jìn)行調(diào)查研究，以確保所設(shè)基準(zhǔn)供能方式的合理性[7]。供暖的基本供能方式有以下幾種：燃煤鍋爐供熱、燃油鍋爐供熱、燃?xì)忮仩t供熱和分散式電采暖供熱。

3 地源熱泵項目碳減排量計算

3.1 基準(zhǔn)線減排量計算

若選化石燃料燃燒及驅(qū)動供熱方式為基準(zhǔn)線，則正常年份基準(zhǔn)線排放量BE為：

BE=(HS·EFCO2/η)。

式中：EFCO2為燃料單位能量的CO2排放因子，tCO2/TJ；η為無項目時化石燃料供熱的凈熱效率；HS為終端設(shè)備測量的基準(zhǔn)供能系統(tǒng)的凈產(chǎn)能量，TJ。

正常年份項目活動中，地源熱泵系統(tǒng)提供的供能量HS為：

HS=min{HCAP,HSestimated}。

式中：HSestimated為項目活動中地源熱泵估算的供能量，TJ；HCAP為地源熱泵系統(tǒng)提供能量的上限值，TJ。

正常年份項目活動中地源熱泵估算的供能量HSestimated按下式計算：

HSestimated=∑j(Qj,d·Tj·3.6)

式中：Qj,d為從熱泵能源站或二級換熱站j向需求側(cè)進(jìn)行區(qū)域供暖的供能量，GW；Tj為熱泵系統(tǒng)供熱的小時數(shù)，h。

正常年份地源熱泵進(jìn)行區(qū)域供熱的能量Qj,d，按下式計算：

式中：Gj,d為正常年份中地源熱泵能源站或二級換熱站供能提供的平均能量，kg/h；Δtj,d為正常年份中地源熱泵能源站或二級換熱站供熱的供回水平均溫差，℃。

正常年份項目活動中，地源熱泵系統(tǒng)提供能量的上限值HCAP，按下式計算：

HCAP=()·3.6+LPJ-Hff。

式中：Am為用能建筑的凈供能面積，m2；HIm為用能建筑的熱量指標(biāo)，GW/m2;LPJ為從地源熱泵能源站到供能區(qū)域的輸配損失，TJ；Hff為輔助熱源供能量，TJ。

3.2 項目排放量計算

正常年份地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)項目排放量PE為：

PE=PEFE+PEEC+PEFF。

式中：PEFE為低溫?zé)嵩撮_采利用中CO2和CH4的逃逸排放量，tCO2/y；PEEC為地源熱泵系統(tǒng)項目活動導(dǎo)致的全部電力消耗對應(yīng)的排放量，tCO2/y；PEFF為地源熱泵系統(tǒng)項目活動導(dǎo)致的全部化石燃料消耗對應(yīng)的排放量，tCO2/y。

式中：ECPJ,j為項目用電量中源自技術(shù)j的用電量，Mwh；EFelectricity,CO2為電網(wǎng)排放系數(shù)，tCO2/Mwh。

式中：FCi,j為正常年份i類化石燃料燃燒量，t或m3/y；COEFi為正常年份i類化石燃料排放系數(shù)，tCO2/t或m3。

3.3 地源熱泵系統(tǒng)項目活動泄漏量(LE)

對于地源熱泵系統(tǒng)項目，泄漏量LE=0。

3.4 地源熱泵系統(tǒng)項目活動減排量(CER)

地源熱泵系統(tǒng)項目活動減排量按下式計算:

CER=BE-PE-LE。

4 結(jié)束語

就目前來看，清潔發(fā)展機制自進(jìn)入中國市場以來就給我國帶來了大量地額外資金和技術(shù)革新，因此，加快發(fā)展清潔發(fā)展機制項目勢在必行。對于一個清潔發(fā)展機制項目來說，獲取得到認(rèn)證的減排量CER是關(guān)鍵，本文針對這一問題進(jìn)行了研究，具體結(jié)論如下：

地源熱泵系統(tǒng)作為建筑樓宇冬季采暖工具在技術(shù)方面已基本成熟。其冬季采暖減排量計算公式為：CER=BE-PE-LE，即基準(zhǔn)線減排量數(shù)據(jù)扣除地源熱泵項目的排放量數(shù)據(jù)和泄漏數(shù)據(jù)，對于地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，泄漏量為0。

需要說明的是，就一個完整的清潔發(fā)展機制項目而言，地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于建筑冬季采暖項目還應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，以保證CER數(shù)據(jù)獲取的真實性、可信性和可以核證。應(yīng)對每個連接于換熱站的獨立供熱量和熱用戶的終端供熱總量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，還應(yīng)考慮數(shù)據(jù)的泄露量。

綜上，地源熱泵項目替代傳統(tǒng)化石燃料鍋爐作為熱源供熱具有消耗的額外性和基準(zhǔn)線確定方法，減排量較大。本文提供了計算該項目減排量的方法，以供參考。

[1] 林 澤，馬秀琴．建筑節(jié)能與清潔發(fā)展機制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：85—92．

[2] 聶 敏，李 茸．清潔發(fā)展機制[J]．山東環(huán)境，2003.

[3] 戴偉娣．清潔發(fā)展機制簡介[J]．生物質(zhì)化學(xué)工程，2006(1)：44-45.

[4] 齊海云，張依婷．清潔發(fā)展機制項目合理性識別方法[J]．環(huán)境保護(hù)，2008(24)：84-85．

[5] 牛敏慧．地源熱泵技術(shù)應(yīng)用于實踐分析[J].節(jié)能，2010(5)：69-72．

[6] 李志剛，孫麗萍，劉嘉新.熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].森林工程，2013，29(4)：90-95+160.

[7] 佟 慶，魯傳一．清潔發(fā)展機制多項目標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)線研究[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理研究，2010(S1)：137-139．