广州某办公建筑的碳排放影响因素及技术分析_张艳芳.pdf

低碳环保与节能减排73NO.05 2023节能 ENERGY CONSERVATION广州某办公建筑的碳排放影响因素及技术分析张艳芳1，2 崔维玮1 滕跃亚1 范凤花1 贺芳1（1.中国建筑科学研究院天津分院，天津 300384；2.天津大学管理与经济学部，天津 300354）摘要：以广州某办公建筑的碳排放强度为研究对象，建立不同强度的碳减排模型并制定相应的技术体系，并进行相应的经济效益分析测算，进一步优化模式设定及技术体系，确定碳排放的发展模式。根据实现碳排放的减碳工况，提出首选技术、重点技术、建议技术和备选技术，为后续同类办公建筑的碳排放设计提供参考。关键词：办公建筑；碳排放；运行阶段；技术体系；经济效益中图分类号：X322 文献标识码：A 文章编号：1004-7948（2023）05-0073-04 doi：10.3969/j.issn.1004-7948.2023.05.019Analysis of influencing factors and technical of carbon emission from an office building in GuangzhouZHANG Yan-fang CUI Wei-wei TENG Yue-ya FAN Feng-hua HE FangAbstract：Taking the carbon emission intensity of an office building in Guangzhou as the research object,a carbon emission reduction model of different intensity was established and the corresponding technical system was formulated,and corresponding economic benefit analysis and measurement was carry out,to further optimize the mode set and technical system,to determine the development mode of carbon emissions.According to the working condition of carbon emission reduction,the preferred technology,key technology,suggested technology and alternative technology are put forward,which can provide reference for the following similar office buildings of carbon emission design.Key words:office building;carbon emission;operation stage;technical system;economic benefit引言为了实现碳达峰碳中和目标，我国将建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，将碳达峰碳中和纳入生态文明建设总体布局，以经济社会发展全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键。围绕“双碳”目标，国家及地方各政府主管部门相继发布多项文件，推动“双碳”工作开展。在生态文明建设、可持续发展的趋势下，对建筑领域低碳发展的要求将进一步提高，而建筑领域碳排放主要源自建筑领域能源消耗，因此建筑领域节能是实现碳减排目标的主要途径。以广州某办公建筑的碳排放强度为研究对象，主要考虑办公建筑的各项技术对碳排放的贡献率及成本效益。1碳排放减碳的研究思路1.1建筑碳排放模型构建建筑全生命周期中，建材生产及运输阶段碳排放水平与项目设计及技术措施的关系较弱，该阶段碳排放占项目全生命周期碳排放的比例较低且较为固定，约为10%1，其主要决定因素为建材生产企业在建材生产及运输过程中的排放水平，与项目开发过程无关。因此文中主要研究运行阶段碳排放。广州地区办公建筑案例的碳排放包括空调、照明、电梯、办公设备、炊事、生活热水能耗对应的碳排放，无生活热水需求。1.2基准建筑的模型分析围护结构热工参数如表1所示。表1围护结构热工参数表热工参数屋顶传热系数/W/(m2 K)外墙传热系数/W/(m2 K)外窗（含透明幕墙）传热系数/W/(m2 K)外窗（含透明幕墙）太阳能得热系数（SHGC）设计建筑0.401.482.30.23节能设计参照建筑（GB 55015）0.401.502.00.18参照建筑（2015年公建节能）20.801.502.00.18二星（GB 55015基础上提升10%）综合权衡判断满足二星要求确定基准建筑0.401.482.30.23作者简介：张艳芳（1989），女，硕士在读，工程师，研究方向为建筑性能模拟。收稿日期：2023-01-19引用本文：张艳芳，崔维玮，滕跃亚，等.广州某办公建筑的碳排放影响因素及技术分析 J.节能，2023，42（5）：73-76.低碳环保与节能减排74节能 ENERGY CONSERVATIONNO.05 2023根据2020年8月广州市绿色建筑发展专项规划，广州市核心目标单元新建公共建筑须满足绿色建筑二星级设计要求，节能设计需满足建筑节能与可再生能源利用通用规范（GB 550152021）3。空调系统设备参数均满足建筑节能与可再生能源利用通用规范（GB 550152021）的要求，基准建筑采用多联机，APF4.3，IPLV为6.0。基准建筑项目为广州某办公项目模型，如图1所示。构建能耗测算模型。1.2.1基准建筑能耗测算结果对基准建筑进行能耗模拟分析，得出基准建筑能耗分布情况，可以反映夏热冬暖地区典型办公类建筑能耗占比情况。基准建筑能耗分布及分项单位面积能耗分别如图2、表2所示。1.2.2基准建筑降碳潜力分析办公建筑各类型能耗中，设备能耗占比最高，约占51%，此部分主要由办公设备如电脑、电器、打印机、插座设备等组成，该部分能耗通常与项目节能水平无关，与项目出租率、项目性质等因素有关，节能潜力有限。照明部分能耗占比约23%，具有较高的节能潜力，可以通过LED照明、智能照明控制等措施降低排放。空调部分能耗占比约为19%，主要影响因素为空调机组能效，因此具有较高的节能潜力。1.3减碳模式设定某办公建筑采取情景分析预测的方法，初步设定不同强度减碳模式，制定相应的技术体系，并进行相应的经济效益分析测算，进一步优化模式设定及技术体系，最终确定减碳的发展模式。分别采取不同的基准建筑降碳强度，取得不同的减碳效果，基于不同的技术强度和达峰目标，制定4种减碳模式，分别为基准模式、低碳模式、提升模式、强化模式。碳排放核算模式如表3所示。1.4重点影响因素分析建筑碳排放受多方面因素的共同影响，对影响因素进行识别和分析，是研究建筑碳排放的关键步骤。根据对办公建筑的调研以及相关文献分析结果，影响夏热冬暖地区碳排放的主要因素包括：围护结构、照明功率密度、空调系统、照明系统、建筑智能化、可再生能源利用、碳排放因子等。根据政策及标准的相关要求，对主要影响碳排放的因素进行分析。（1）围护结构。广州地区不同于其他气候区，冬季气温温和，不需要考虑冬季保温措施，夏季炎热且持续时间较长，重点为防止夏季太阳辐射，该地区建筑围护结构以隔热和遮阳为主。夏季时，大量热量通过围护结构传向室内，为了降低进入室内的热量，散发室内热量，围护结构的热工性能至关重要。（2）设备能效。基于广州某办公类建筑的空调专业设计情况及实际运行情况进行分析，空调系统运行能耗占建筑总能耗的比例约50%，占比较大。空调末端能耗占空调能耗比例约50%，主机能耗占空调部分比例约37.5%，输配能耗占空调部分比例约10%，冷却系统能耗占空调部分比例约2.5%。根据目前项目情况，空调照明及插座、动力等耗电约占总能耗的50%，基本照明及插座能耗约占建筑总图1广州某办公项目模型图2基准建筑能耗分布表2基准建筑分项单位面积能耗/（kWh/m2）项目空调风机照明能耗设备能耗电梯总计能耗10.324.1515.1633.142.0664.83表3碳排放核算模式模式基准模式低碳模式提升模式强化模式新建设定该项目节能设计水平与通用规范持平，基本无其他低碳提升技术。与基准建筑相比，采取部分低增量低碳提升技术，碳排放强度降低幅度按照10%设定。与基准建筑相比，以整体碳排放降低为优先目标，合理采取低碳提升技术，碳排放强度降低幅度按照20%设定。与基准建筑相比，最大化降碳效果，实现快速降碳。碳排放强度降低幅度按照30%设定。低碳环保与节能减排75NO.05 2023节能 ENERGY CONSERVATION能耗的30%，动力及其他用电约占建筑总能耗的20%。影响建筑能耗强度及碳排放的设备能效中，重点考虑空调系统（包括主机和末端，系统形式等）、输配系统能效（水泵）、照明、动力（如电梯）对降碳的贡献。（3）可再生能源利用。文中办公建筑案例适宜的可再生能源应用方式为光伏系统，包括光伏屋面和光伏幕墙。分布式光伏技术在建筑单体减碳方面具有重要的意义，广东省光照丰富，具有良好的光伏资源，充分利用屋面、幕墙等建筑外表面面积应用分布式光伏技术，在经济性合理的前提下，可以取得良好的减碳效果。（4）碳排放因子。根据广东省建筑碳排放计算导则附录1的能源碳排放因子，2022年电力碳排放因子取0.374 8 kgCO2/kWh。燃气碳排放因子根据 建筑碳排放计算标准（GB/T 513662019）4附录A取55.54 tCO2/TJ。2减碳的模式分析2.1减碳的发展模式4种情景模式能耗及碳排放强度如表4所示。基于不同的碳排放降低强度目标，采用多种组合的技术措施，实现最优化的降碳效果与成本投资平衡。由于未来新建办公项目具有各特定项目的特殊性，无法统一所有项目技术体系，仍需根据项目实际情况进行灵活应对，以项目排放目标下实际测算排放数据为准。2.2建筑技术措施贡献分析办公建筑低碳技术降碳贡献结果如图3所示。低碳模式下，照明系统低碳技术如高效照明、智能照明控制技术的贡献最突出，为3.23 kgCO2/(m2 a)；提升模式下，空调系统低碳技术如高效空调、输配系统能效提升、排风热回收技术贡献大幅提升，为4.46 kgCO2/(m2 a)，占据主要贡献，照明系统低碳技术3.23 kgCO2/(m2 a)，可再生能源低碳技术2.08 kgCO2/(m2 a)；强化模式下，由于采用大面积的可再生能源，其降碳贡献大幅提升，为4.15 kgCO2/(m2 a)，位居首位，遮阳技术由于面积增加，贡献提升，为2.16 kgCO2/(m2 a)。各模式下，屋面热工性能提升对碳排放降低的作用不明显。2.3建筑综合效益分析办公建筑技术成本和效益分析如表5和表6所示。表44种情景模式能耗及碳排放强度模式基准模式低碳模式提升模式强化模式碳排强度降低幅度/%0102030能耗/kWh/(m2 a)64.8258.6152.1045.59碳排放强度/kgCO2/(m2 a)24.2921.9919.5317.09图3办公建筑低碳技术降碳贡献结果表5办公建筑技术成本分析/（元/m2）序号12345678910111213增量成本汇总技术框架围护结构机电设备可再生能源碳汇间接降碳技术措施屋面热工性能遮阳措施照明功率密度电梯节能机组能效提升水泵耗电输冷比风机单位风量耗功率排风热回收屋面光伏铺设光伏幕墙铺设绿化比例二级节水器具一级节水器具单位面积增量低碳级3.79未采用常规技术暂不计常规技术暂不计14.00可忽略常规技术暂不计17.79提升级7.58未采用常规技术暂不计常规技术暂不计9.6518.0014.0020.74可忽略常规技术暂不计69.97强化级7.58367.36常规技术暂不计常规技术暂不计9.6518.0014.0041.48可忽略2.00460.07注：“”表示相对于基