上海某大型商業(yè)綜合體運(yùn)行能耗及碳排放分析

張 昊

上海華之門信息技術(shù)有限公司

0 引言

化石能源的燃燒會(huì)釋放大量的CO2，造成“溫室效應(yīng)”。自工業(yè)革命以來(lái)，人類對(duì)能源的需求劇增，導(dǎo)致大氣中的CO2從約280 ppm上升到了約405 ppm［1］。如果這個(gè)勢(shì)頭不能逆轉(zhuǎn)，將可能導(dǎo)致嚴(yán)重的氣象災(zāi)害。2020年9月22日習(xí)近平主席在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上提出，中國(guó)將采取更有力的政策和措施，CO2排放量力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

建筑部門是能源消費(fèi)的三大領(lǐng)域（工業(yè)、交通、建筑）之一，其能耗與碳排放在全社會(huì)能耗及碳排放中占比顯著。建筑全壽命周期碳排放又可以歸納為建設(shè)期碳排放、運(yùn)行期碳排放以及拆除碳排放。有研究表明，建筑運(yùn)營(yíng)期碳排放占全壽命周期碳排放的三分之二以上［2］。

近年來(lái)，大型商業(yè)綜合體如雨后春筍般出現(xiàn)在各大城市的版圖上，創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)的商業(yè)奇跡。大型城市商業(yè)綜合體建筑面積往往在10萬(wàn)m2以上，內(nèi)部囊括了辦公、零售、餐飲、娛樂(lè)等各種業(yè)態(tài)，體量巨大，功能復(fù)雜，能耗顯著。筆者對(duì)上海市某運(yùn)營(yíng)中的大型商業(yè)綜合體進(jìn)行了能耗調(diào)研，分析了其能耗數(shù)據(jù)，并對(duì)其運(yùn)行碳排放情況進(jìn)行了計(jì)算。

1 調(diào)研項(xiàng)目概況

2022年1月，筆者對(duì)上海市某個(gè)正在運(yùn)營(yíng)的大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研走訪，獲取了其2021年度全年的分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)。該項(xiàng)目的概況如下：項(xiàng)目位于上海市西北部，總建筑面積33.69萬(wàn)m2，地上6層，地下3層（其中B1為商業(yè)功能），建筑高度49.9 m。該項(xiàng)目開業(yè)時(shí)間為2020年，自從開業(yè)以來(lái)，其商鋪出租率始終保持在90%以上，客流量也較為可觀，在重大節(jié)假日單日客流可達(dá)10萬(wàn)人次。該項(xiàng)目按照綠色建筑二星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并于運(yùn)營(yíng)滿一年后獲得LEED O+M鉑金級(jí)認(rèn)證。

1.1 項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)概況

該項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用玻璃幕墻結(jié)合不透光鋁板幕墻，無(wú)外遮陽(yáng)和內(nèi)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，無(wú)開啟外窗。東、南、西立面的窗墻比為0.27～0.32，北向窗墻比0.57。玻璃幕墻采用金屬隔熱型材（隔熱條高度26 mm）（5中透光Low-E+12Ar+5（中透光）），傳熱系數(shù)2.2 W/(m2·K)，玻璃遮陽(yáng)系數(shù)0.40，窗框系數(shù)0.75，可見光透射比0.40。

商業(yè)中庭設(shè)置了采光天窗，采光天窗占屋面面積比例小于20%，無(wú)外遮陽(yáng)和內(nèi)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，無(wú)可開啟外窗。天窗采用金屬隔熱型材（隔熱條高度26 mm）及5中透光Low-E+12Ar+5（中透光）玻璃，傳熱系數(shù)2.2 W/(m2·K)，遮陽(yáng)系數(shù)0.30，窗框系數(shù)0.75，可見光透射比0.50。

1.2 項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)概況

該項(xiàng)目電力系統(tǒng)采用兩路35 kV進(jìn)線，總配電容量2×16 000 kVA。項(xiàng)目室內(nèi)商業(yè)公區(qū)采用全LED照明，車庫(kù)與后勤區(qū)域采用T5熒光燈。公區(qū)照明系統(tǒng)全部由BA系統(tǒng)集中控制。項(xiàng)目設(shè)置了集中BA系統(tǒng)，對(duì)地下隔油池、車庫(kù)風(fēng)機(jī)、排油煙風(fēng)機(jī)、空調(diào)箱、新風(fēng)機(jī)等進(jìn)行集中控制，并設(shè)定啟停時(shí)間表。項(xiàng)目?jī)?nèi)部的商鋪用電均采用智能電表計(jì)量，物業(yè)按月代收代付電費(fèi)。

項(xiàng)目空調(diào)冷熱源采用水冷冷水機(jī)組加真空熱水鍋爐的方式。配置1 600 RT離心冷水機(jī)組5臺(tái)，320 RT螺桿式冷水機(jī)組2臺(tái)，總制冷量30 378 kW。配置3 500 kW真空熱水鍋爐4臺(tái)，總制熱量14 000 kW。項(xiàng)目另外設(shè)置1臺(tái)換熱量為6 800 kW的板式換熱器，作為冬季免費(fèi)供冷冷源。項(xiàng)目冷凍水采用一次泵變流量系統(tǒng)，冷卻水采用定流量系統(tǒng)，冷卻塔設(shè)置于屋面。末端采用分區(qū)兩管制，商業(yè)內(nèi)區(qū)全年供冷，外區(qū)冬季供熱夏季供冷。商業(yè)公區(qū)采用定風(fēng)量全空氣系統(tǒng)，為商戶租賃區(qū)域設(shè)置集中新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行冷熱處理。商戶內(nèi)部預(yù)留冷凍水及新風(fēng)接管，由租戶自行安裝風(fēng)機(jī)盤管，接駁新風(fēng)口。該項(xiàng)目的冷凍機(jī)組參數(shù)見表1。

表1 調(diào)研項(xiàng)目冷水機(jī)組設(shè)備表

該項(xiàng)目生活給水系統(tǒng)采用市政直供+變頻加壓供水方式，地下室和一層采用市政直供，二層及以上采用水池+變頻加壓供水。設(shè)計(jì)最高日用水量4 513 t，設(shè)計(jì)年用水量90 048 t。

項(xiàng)目采暖真空鍋爐和地上部分餐飲店鋪設(shè)有燃?xì)猓ㄊ姓烊粴猓┕?yīng)，鍋爐用氣為中壓用氣，餐飲用氣均為低壓用氣。用氣餐飲店鋪均設(shè)燃?xì)庥?jì)量表，由用戶直接向燃?xì)夤局Ц顿~單費(fèi)用。

1.3 項(xiàng)目可再生能源應(yīng)用概況

該項(xiàng)目無(wú)可再生能源應(yīng)用。

2 調(diào)研結(jié)果總結(jié)

2.1 項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)策略

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與座談，該項(xiàng)目各系統(tǒng)的主要運(yùn)營(yíng)要點(diǎn)如下：

1)空調(diào)水系統(tǒng)：早晨商場(chǎng)開業(yè)時(shí)間為9:00，提前30 min啟動(dòng)制冷機(jī)組及水泵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)冷。晚上商場(chǎng)整體歇業(yè)時(shí)間為22:00整，通常冷凍機(jī)運(yùn)行至21:30，冷凍泵運(yùn)行至21:45。冷凍機(jī)房雖設(shè)有群控系統(tǒng)，但日常運(yùn)營(yíng)加減機(jī)策略由物業(yè)人員人工設(shè)定，主要判斷依據(jù)為回水溫度。經(jīng)與運(yùn)營(yíng)人員溝通了解，制冷高峰負(fù)荷通常出現(xiàn)在夏季周末午餐及晚餐時(shí)間段的商場(chǎng)人流量最大的時(shí)刻。個(gè)別有提前或延時(shí)營(yíng)業(yè)的店鋪，自行設(shè)置了電費(fèi)自理的多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)靈活控制。冷凍水供水溫度由物業(yè)根據(jù)天氣情況手動(dòng)設(shè)置，通常設(shè)置在10℃，供回水溫差5℃。

2)新風(fēng)系統(tǒng)：項(xiàng)目公區(qū)安裝了CO2傳感器，物業(yè)根據(jù)CO2實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)人工啟停新風(fēng)機(jī)組。經(jīng)向運(yùn)營(yíng)人員了解，過(guò)渡季節(jié)（室外空氣溫度低于室內(nèi)溫度）時(shí)，新風(fēng)機(jī)組在運(yùn)營(yíng)時(shí)間全程工頻運(yùn)行，在供冷和采暖季節(jié)，為節(jié)約能耗，新風(fēng)機(jī)組僅在出現(xiàn)人員上報(bào)體感發(fā)悶之時(shí)才會(huì)運(yùn)行，其余大部分時(shí)間段均不運(yùn)行。

3)照明系統(tǒng)：商業(yè)公區(qū)照明設(shè)置了集中控制，為保證商場(chǎng)體感，除中庭天窗附近區(qū)域的燈具根據(jù)自然采光情況按需開關(guān)外，其余無(wú)采光區(qū)域照明在日常運(yùn)營(yíng)期間均常亮。地庫(kù)照明根據(jù)回路，按車位、車道分開進(jìn)行開關(guān)控制以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.2 項(xiàng)目運(yùn)行能耗調(diào)研結(jié)果總結(jié)

通過(guò)與物業(yè)溝通，獲得了該項(xiàng)目全年運(yùn)行能耗（見表2）。

表2 商業(yè)綜合體項(xiàng)目2021年度全年運(yùn)行能耗

該項(xiàng)目設(shè)有用電分項(xiàng)計(jì)量，可以對(duì)用電量數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，將其拆分為：租戶用電（包括商鋪照明、廚房烹飪、特殊游樂(lè)設(shè)備等）、公共照明用電、電梯用電、空調(diào)用電（含主機(jī)及末端）、充電樁用電以及其他用電（包括風(fēng)機(jī)動(dòng)力用電、弱電設(shè)施用電、給排水設(shè)備用電等），各項(xiàng)全年用電數(shù)據(jù)及占比見表3。

表3 調(diào)研商業(yè)綜合體項(xiàng)目2021年度各項(xiàng)用電數(shù)據(jù)

由表3可見，全年總用電量中，租戶用電占總用電量的65.1%。除去租戶用電后，占用電量最大比重的是空調(diào)用電，占總用電量的12.7%，排在其后的用電大戶是公共照明和汽車充電樁用電，占總用電量的6.6%和6.2%。特別需要指出的是，該項(xiàng)目有35 kV/10 kV，10 kV/380 V兩級(jí)變壓，變壓器不可避免地存在損耗，根據(jù)系統(tǒng)讀數(shù)，變壓器損耗占到了35 kV側(cè)總耗電量的3.4%。

由于租戶用電與經(jīng)營(yíng)狀況息息相關(guān)，相對(duì)不可控，而變壓器損耗非本文重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，故將租戶用電和變壓器損耗剔除后，分析公共用電類別，可得圖1結(jié)果。通過(guò)圖1可見，在商場(chǎng)公共用電中，空調(diào)用電占40.5%，是第一用電大戶，其次是照明用電和充電樁用電，占21%和19.8%。

圖1 調(diào)研項(xiàng)目全年各項(xiàng)公共用電占比

根據(jù)物業(yè)提供的數(shù)據(jù)，項(xiàng)目全年逐月能耗情況見圖2。從圖2中可以總結(jié)出以下規(guī)律：

圖2 調(diào)研項(xiàng)目逐月能耗

1)全年總用電量的峰值月份為8月，而空調(diào)用電量的峰值也發(fā)生在8月。一年中，總用電量的逐月變化趨勢(shì)與空調(diào)用電量的逐月變化趨勢(shì)基本吻合。

2)商鋪用電隨月份亦有波動(dòng)，但其波動(dòng)幅度沒(méi)有空調(diào)用電和總用電大。究其原因是由于部分商戶自行安裝了空調(diào)，其空調(diào)電費(fèi)計(jì)入商鋪用電。

3)商鋪用電除了受氣候影響，也與一年當(dāng)中人們的消費(fèi)行為息息相關(guān)。由于圣誕節(jié)至春節(jié)帶來(lái)消費(fèi)高峰，12月至2月的商鋪用電量也出現(xiàn)一個(gè)局部峰值。而之后的3月和4月是消費(fèi)淡季，商鋪用電量也出現(xiàn)了全年的低谷。

4)其他用電量包括除了商鋪用電和空調(diào)用電之外的所有用電項(xiàng)目，這一部分的用電量基本全年穩(wěn)定，在夏季稍有增加。經(jīng)了解，其他用電量包括各類機(jī)房用電，而機(jī)房空調(diào)用電也在夏季達(dá)到高峰。

3 項(xiàng)目運(yùn)行碳排放計(jì)算

建筑碳排放可以分為以下4種類型［3］：

1)建筑運(yùn)行過(guò)程中的直接碳排放；

2)建筑運(yùn)行過(guò)程中的間接碳排放；

3)建筑建造和維修導(dǎo)致的間接碳排放；

4)建筑運(yùn)行過(guò)程中的非CO2類溫室氣體排放。

上述1）是指在建筑運(yùn)行過(guò)程中直接燃燒化石燃料導(dǎo)致的碳排放，具體針對(duì)該項(xiàng)目而言，是指冬季采暖時(shí)真空鍋爐燃燒天然氣釋放出的CO2，以及餐飲商鋪炊事用燃?xì)忉尫懦龅腃O2。2）是指建筑運(yùn)行過(guò)程中使用電力、熱力等二次能源造成的碳排放，具體針對(duì)該項(xiàng)目而言，是指項(xiàng)目用電造成的間接碳排放。3）和4）類目的碳排放，本文暫不作分析。

計(jì)算該項(xiàng)目類型1）碳排放：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51366-2019《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》，天然氣的碳排放因子為55.54 tCO2/tJ，天然氣的低位熱值為37.6 MJ/Nm3，則可計(jì)算得到單位天然氣消耗量引起的碳排放為2.09 kgCO2/Nm3。調(diào)研項(xiàng)目年采暖用氣量為288 167 Nm3，計(jì)算可得年采暖用氣產(chǎn)生的碳排放為602.3 t。

計(jì)算該項(xiàng)目類型2）碳排放：根據(jù)滬環(huán)氣【2022】34號(hào)文，核算使用外購(gòu)電力所導(dǎo)致的排放時(shí)，電力排放因子為4.2 t CO2/104kWh，調(diào)研項(xiàng)目年總用電量為53 289 143 kWh，因用電產(chǎn)生的碳排放為22 381.4 t/a。

以上總計(jì)22 983.7 t/a，按照項(xiàng)目總建筑面積折算，單位面積碳排放強(qiáng)度為68.2 kgCO2/m2·a。

4 結(jié)論

筆者對(duì)上海市某商業(yè)綜合體建筑進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研和數(shù)據(jù)收集，獲取了其2021年度能源消耗總量和逐月數(shù)據(jù)，并對(duì)分項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)出以下結(jié)論：

1)調(diào)研項(xiàng)目的年度總用電量為53 289.1 MWh，總公共用水量為11 664 t，總采暖燃?xì)庀牧繛?88 167 Nm3。折算到單位建筑面積分別為158 W/m2·a，34.6 L/m2·a，0.86 Nm3/m2·a。

2)在商場(chǎng)總用電量中，占比最大的是商戶用電，占全年總用電量的65.1%，按用電量多少排序，其次分別為中央空調(diào)用電量12.7%，公共照明用電量6.6%，車庫(kù)充電樁用電量6.2%。

3)調(diào)研項(xiàng)目的逐月用電量與商業(yè)客流和室外氣象相關(guān)，全年最高用電量出現(xiàn)在8月，對(duì)應(yīng)于最熱的天氣以及暑期客流。8月空調(diào)用電量占總用電量的比例達(dá)到22.3%，為全年平均比例的1.75倍。

4)調(diào)研項(xiàng)目的年運(yùn)行碳排放強(qiáng)度（未計(jì)入租戶餐飲用燃?xì)庀嚓P(guān)碳排放）為68.2 kg CO2/m2·a。

5)根據(jù)能耗占比，調(diào)研項(xiàng)目若進(jìn)行節(jié)能減碳改造，主要措施應(yīng)從空調(diào)采暖節(jié)能、照明節(jié)能以及充電設(shè)備節(jié)能方面挖潛力。可采用的手段有：高效制冷、帶自然光感應(yīng)的智能化燈控系統(tǒng)、高光效燈具、提高充電樁用電效率，等等。