廣州某商業(yè)辦公建筑空調(diào)設(shè)計及運行碳排放分析

石海娟

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

2020年9月22 日舉辦的第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論上，中國宣布將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，二氧化碳排放力爭2030年前達(dá)到峰值，爭取2060年前實現(xiàn)碳中和[1]。建筑部門是能源消費的三大領(lǐng)域（工業(yè)、交通、建筑）之一，也是造成直接和間接碳排放的主要責(zé)任領(lǐng)域之一，建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排、低碳轉(zhuǎn)型是我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵一環(huán)。國際能源研究中心的報告顯示，從全球角度來看，建筑行業(yè)貢獻(xiàn)了全球碳排放總量的40%。我國建筑業(yè)2020年碳排放量約為50億t，其中建筑運行碳排放約22億t[2]。根據(jù)統(tǒng)計，在建筑能耗中，暖通系統(tǒng)能耗占比約60%，成為建筑減碳的重中之重。本文將以廣州某商業(yè)辦公建筑的空調(diào)設(shè)計為例，預(yù)測分析空調(diào)系統(tǒng)運行階段的碳排放分析，為同類型建筑的空調(diào)系統(tǒng)減碳設(shè)計提供參考。

1 工程概況

本工程位于廣州市琶洲西區(qū)，為一座集商業(yè)及辦公設(shè)施為一體的大型綜合體，總建筑面積約為141700m2，地下4層，地上35層，建筑高度約為160.90m。其中，各層功能如下：B4F~B3F為設(shè)備用房及車庫等；B2F~B1F為設(shè)備用房、車庫及商業(yè)用房等；1F為大堂及商業(yè)用房等；2F~9F為商業(yè)用房等；10F~34F為辦公用房等；35F為設(shè)備用房等。

2 空調(diào)系統(tǒng)

2.1 冷熱源

為便于運營管理，本工程的商業(yè)和辦公分別設(shè)置中央空調(diào)水系統(tǒng)。9F及9F以下部分（1F辦公門廳除外）為供冷系統(tǒng)1，冷源采用常規(guī)的中央空調(diào)冷水機(jī)組；1F辦公門廳及9F以上的辦公部分為供冷系統(tǒng)2，冷源采用常規(guī)的中央空調(diào)冷水機(jī)組；1F辦公門廳及9F以上的辦公部分為供暖系統(tǒng)3，熱源采用燃?xì)庹婵諢崴畽C(jī)組。

2.2 空調(diào)水系統(tǒng)

本工程的系統(tǒng)1、系統(tǒng)2均為一次泵定水量雙管制系統(tǒng)，系統(tǒng)3為一次泵變水量雙管制系統(tǒng)。其中，系統(tǒng)2與系統(tǒng)3末端系統(tǒng)共用管線。此外，系統(tǒng)1~3的水平和垂直冷（熱）水管均采用同程式布置。

2.3 空調(diào)末端

門廳、商鋪等大空間等大空間區(qū)域采用柜式空調(diào)機(jī)組全空氣低速空調(diào)系統(tǒng)，氣流組織為上送上回或上送下回。為保證房間人員的新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)及過渡季加大新風(fēng)量，設(shè)置新風(fēng)導(dǎo)入管道及風(fēng)閥，同時設(shè)置機(jī)械排風(fēng)。辦公用房、會議用房及其他小房間等小空間區(qū)域采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，氣流組織為上送上回。新風(fēng)過濾后經(jīng)過新風(fēng)空調(diào)器處理后，直接送入空調(diào)房間。

3 空調(diào)系統(tǒng)運行碳排放分析

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51366—2019）[3]，對空調(diào)系統(tǒng)運行階段的碳排放進(jìn)行分析，氣象參數(shù)依據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑節(jié)能氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 346—2014）[4]進(jìn)行選取?？照{(diào)系統(tǒng)運行階段的總碳排放量計算公式如下。

式中：CM——建筑運行階段空調(diào)系統(tǒng)總碳排放量；Ei——建筑第i類年消耗量，a；EFi——第i類能源消耗的碳排放因子，a；i——建筑消耗終端能源類型，包括電力、燃?xì)狻⑹汀⑹姓崃Φ萚3]。

3.1 空調(diào)房間設(shè)計參數(shù)及空調(diào)運行

本工程的空調(diào)房間室內(nèi)設(shè)計參數(shù)和運行時段分別如表1和表2所示。

表1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

表2 空調(diào)系統(tǒng)運行時段

3.2 制冷系統(tǒng)碳排放分析

3.2.1 制冷系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)及運行工況

綜合房間的使用功能、設(shè)備的運營等特點，本工程的制冷機(jī)組設(shè)置如表3所示。冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔的容量與冷水機(jī)組的容量相匹配，水泵的設(shè)置如表4所示。制冷系統(tǒng)不同負(fù)荷率的運行工況如表5所示。

表3 制冷機(jī)組設(shè)置參數(shù)

表4 水泵設(shè)置參數(shù)

表5 制冷系統(tǒng)運行工況

3.2.2 制冷能耗及碳排放分析

本工程供冷系統(tǒng)的制冷能耗計算結(jié)果如表6所示。本工程制冷系統(tǒng)運行階段的碳排放量根據(jù)式（1）計算，其中電耗的碳排放因子采用生態(tài)環(huán)境部公布的2022年中國區(qū)域電網(wǎng)碳排放因子0.5810kgCO2/kWh，其計算結(jié)果如表7所示。

表6 制冷能耗

表7 制冷系統(tǒng)運行碳排放

從表7的計算結(jié)果可以看出，供冷系統(tǒng)運行碳排放量最大的為制冷機(jī)組，達(dá)到61.62%，其次為冷卻水泵和冷凍水泵，分別占16.96%和16.91%，因此設(shè)計時需要注意制冷機(jī)組的合理設(shè)計選型，并選用高效的制冷機(jī)組及水泵，以降低制冷系統(tǒng)運行碳排放[5]。

3.3 供暖系統(tǒng)碳排放分析

本工程的辦公部分供暖熱源采用2臺燃?xì)庹婵諢崴畽C(jī)組，制熱量為1163kW，供回水溫度為50℃/40℃。本工程供暖系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)及碳排放計算如表8~表10所示。

表8 熱源設(shè)計參數(shù)及碳排放計算

表9 熱水循環(huán)泵設(shè)計參數(shù)

表10 熱水循環(huán)泵能耗

從表11的計算結(jié)果可以看出，本工程供暖系統(tǒng)熱源的運行碳排放量占比高達(dá)90.67%，由此可見，設(shè)計供暖系統(tǒng)時選用高效的熱源機(jī)組對于減少運行階段的碳排放至關(guān)重要。

表11 供暖系統(tǒng)運行碳排放

3.4 空調(diào)風(fēng)機(jī)能耗及碳排放

本工程的供冷和供暖系統(tǒng)的空調(diào)風(fēng)機(jī)能耗及碳排放計算結(jié)果如表12所示。

表12 空調(diào)風(fēng)機(jī)能耗及碳排放

3.5 空調(diào)系統(tǒng)碳排放分析

從表11的計算結(jié)果可以看出，本工程空調(diào)系統(tǒng)運行階段的碳排放主要集中在供冷系統(tǒng)，其中制冷機(jī)組和空調(diào)風(fēng)機(jī)的碳排放占比最大，其次為冷卻水泵和冷凍水泵。因此設(shè)計中需注意選擇高效機(jī)組，并優(yōu)化空調(diào)末端及輸配系統(tǒng)，能有效減少運行階段的碳排放?？照{(diào)系統(tǒng)碳排放分析如表13所示。

表13 空調(diào)系統(tǒng)碳排放分析

4 結(jié)語

設(shè)計階段對暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行碳排放分析，有利于優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減碳設(shè)計。對于廣州地區(qū)辦公商業(yè)建筑的空調(diào)系統(tǒng)，運行階段的碳排放主要集中在供冷系統(tǒng)，設(shè)計中合理選用空調(diào)系統(tǒng)，并選用高效制冷機(jī)組、水泵和風(fēng)機(jī)，優(yōu)化空調(diào)末端及輸配系統(tǒng)，能有效減少運行階段的碳排放，助力實現(xiàn)雙碳目標(biāo)。