低碳技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)園區(qū)中的應(yīng)用研究

上海交通大學(xué) 王益飛 張家春 谷偉新

0 前言

“低碳技術(shù)”已成為我國眾多開發(fā)區(qū)轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。作為我國最早的一批國家級(jí)開發(fā)區(qū)之一，上海漕河涇新興技術(shù)開發(fā)區(qū)是國內(nèi)最早開始重視綠色、低碳理念的先行者。早在2002年，漕河涇開發(fā)區(qū)即已通過ISO14001環(huán)境管理體系認(rèn)證，并成為ISO14001國家示范區(qū)。開發(fā)區(qū)的生產(chǎn)方式也逐步由傳統(tǒng)生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)向先進(jìn)制造業(yè)與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)方向轉(zhuǎn)變。2007年，根據(jù)國家環(huán)保總局、商務(wù)部和科技部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于開展國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)建設(shè)工作的通知》，漕河涇開發(fā)區(qū)開始正式規(guī)劃建設(shè)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)。根據(jù)規(guī)劃，漕河涇開發(fā)區(qū)嘗試在區(qū)內(nèi)多個(gè)在建、擬建項(xiàng)目中，結(jié)合LEED綠色建筑注冊(cè)與認(rèn)證工作，設(shè)計(jì)及應(yīng)用一批低碳綠色建筑技術(shù)。本文將以漕河涇開發(fā)區(qū)為例，探討在我國城市開發(fā)區(qū)內(nèi)應(yīng)用低碳、綠色建筑技術(shù)與申請(qǐng)LEED認(rèn)證的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 漕河涇開發(fā)區(qū)注冊(cè)LEED認(rèn)證的主要項(xiàng)目簡介

1.1 LEED介紹

LEED （Leadership in Energy and Environmental Design，美國能源與環(huán)境設(shè)計(jì)先鋒獎(jiǎng)）由美國綠色建筑協(xié)會(huì)（U.S.Green Building Council）制定，于1998年正式公布，作為北美地區(qū)共通性與市場導(dǎo)向式的綠色建筑評(píng)估準(zhǔn)則。由于LEED系統(tǒng)目前在世界各國的各類建筑環(huán)保評(píng)估、綠色建筑評(píng)估以及建筑可持續(xù)性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中被認(rèn)為是最完善、最有影響力的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，因此也被國內(nèi)外政府和企業(yè)所廣泛接受。

1.2 項(xiàng)目簡介

目前，漕河涇開發(fā)區(qū)申請(qǐng)LEED認(rèn)證的項(xiàng)目有三個(gè)，包括：業(yè)已完工的漕河涇現(xiàn)代服務(wù)業(yè)集聚區(qū)二期——總部經(jīng)濟(jì)區(qū)（以下簡稱總部區(qū)）、正在建設(shè)中的興園技術(shù)中心以及正在設(shè)計(jì)即將開工的科技綠洲三期項(xiàng)目。

1）總部區(qū)項(xiàng)目占地面積5.4萬m2，總建筑面積16萬m2，其中地上11.4萬m2，地下4.6萬m2。項(xiàng)目包括6幢小高層辦公樓和一幢2層的會(huì)議中心以及一個(gè)大型地下車庫。由于該項(xiàng)目采用了包括能源中心在內(nèi)的多項(xiàng)低碳、綠色節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，且新近完工，本文將重點(diǎn)加以介紹。

2）興園技術(shù)中心項(xiàng)目由兩棟38層的超高層辦公大樓及相連的商業(yè)裙房組成，預(yù)計(jì)將在2010年底竣工.

3）科技綠洲三期項(xiàng)目則是一個(gè)占地11萬m2，容積率只有1.4的大型研發(fā)園區(qū)，目前尚處于開工前的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段。

2 不同項(xiàng)目的LEED選擇

2.1 LEED評(píng)估體系共分為六個(gè)分體系，見圖1：

2.2 適應(yīng)于開發(fā)區(qū)的LEED版本的選擇

其中LEED CS核心與外觀版主要針對(duì)建設(shè)辦公樓但不能控制其內(nèi)的租賃用戶的內(nèi)部裝修和需求，而僅在可以直接管理的公共區(qū)域內(nèi)實(shí)施綠色設(shè)計(jì)和施工措施的項(xiàng)目。對(duì)于以建造工業(yè)廠房及辦公園區(qū)為主的開發(fā)區(qū)來說，筆者認(rèn)為選擇LEED CS版本較為合適，本次漕河涇開發(fā)區(qū)中的總部區(qū)與興園技術(shù)中心項(xiàng)目正是選擇了該版本。CS版可以指導(dǎo)開發(fā)商在建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑機(jī)電系統(tǒng)等方面進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)。當(dāng)然進(jìn)駐其內(nèi)的租戶如有需要還可以進(jìn)一步申請(qǐng)LEED CI商業(yè)內(nèi)裝版。

至于如科技綠洲三期這種低密度研發(fā)園區(qū)，也可以采用LEED ND社區(qū)開發(fā)版，這一方面是由于相對(duì)于總體而言，其園區(qū)內(nèi)建筑物棟數(shù)較多且每幢規(guī)模不大，另一方面也是因?yàn)長EED ND版更關(guān)注于園區(qū)規(guī)劃、景觀、基礎(chǔ)設(shè)施、單體建筑等方面，可為業(yè)主提供更優(yōu)化的園區(qū)總體設(shè)計(jì)建議。當(dāng)然，需要指出的是，對(duì)于注冊(cè)LEED ND版本的園區(qū)還是必須要有其內(nèi)至少一幢建筑物通過LEED單體認(rèn)證(NC、CS、CI等)。

2.3 LEED的評(píng)定方法

LEED體系（V3.0版）采用打分制，即被評(píng)估項(xiàng)目滿足系統(tǒng)的條款后，項(xiàng)目將獲得相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，最終匯總分?jǐn)?shù)來確定項(xiàng)目所獲得何種等級(jí)的認(rèn)證結(jié)果（見圖2）。

3 總部經(jīng)濟(jì)區(qū)中的綠色環(huán)保建筑技術(shù)及其LEED得分點(diǎn)

3.1 能源中心冰蓄冷技術(shù)

3.1.1 冰蓄冷技術(shù)概念

冰蓄冷是利用夜間電網(wǎng)低谷時(shí)間（同時(shí)也是空調(diào)負(fù)荷很低的時(shí)間），制冷主機(jī)制冷并由蓄冷設(shè)備將冷量儲(chǔ)存起來，待白天電網(wǎng)高峰用電時(shí)間（同時(shí)也是空調(diào)負(fù)荷高峰時(shí)間），再將冷量釋放出來滿足高峰空調(diào)負(fù)荷的需要或生產(chǎn)工藝用冷的需求。這樣制冷系統(tǒng)的大部分耗電發(fā)生在夜間用電低峰期，而在白天用電高峰期只有輔助設(shè)備在運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的“移峰填谷”，為業(yè)主帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益，改善用電結(jié)構(gòu)和電廠發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀況，減少對(duì)礦物燃料的消耗和運(yùn)行效率低的調(diào)峰電站的投入。

以下為上海市2009年11月發(fā)布的夏季工商業(yè)分時(shí)電價(jià)表（10千伏）：

表1 上海市2009年11月發(fā)布的夏季工商業(yè)分時(shí)電價(jià)表（10千伏）單位：元/千瓦時(shí)

由上表可見峰時(shí)與谷時(shí)電價(jià)相差達(dá)4倍多，這就為采用“移峰填谷”技術(shù)的冰蓄冷技術(shù)提供了可行條件。

3.1.2 總部區(qū)冰蓄冷技術(shù)方案簡介

總部區(qū)冰蓄冷采用外融冰部分蓄冰方式。其中設(shè)置1臺(tái)5627kW（1600RT）離心式冷水機(jī)組為機(jī)載主機(jī)（未來等集聚區(qū)其他區(qū)域建成后，還可增設(shè)一臺(tái)）。另設(shè)置3臺(tái)（1600RT）5627kW/3658kW（空調(diào)工況/制冰工況）的雙工況乙二醇主機(jī)（未來可擴(kuò)充至5臺(tái)），向各建筑物提供1.5℃~12.5℃的冷凍水，經(jīng)各建筑物地下水泵房內(nèi)的換熱器交換成所需溫差的冷水供系統(tǒng)使用。在供電谷時(shí)，該3臺(tái)雙工況乙二醇主機(jī)可提供40000RTH的冰蓄量。整個(gè)系統(tǒng)通過蓄冷控制系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)（BAS）等控制和運(yùn)行，選擇合適的蓄冷模式，在最經(jīng)濟(jì)的情況下給末端提供穩(wěn)定的供水溫度。

3.1.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

按2臺(tái)5627kW（1600RT）離心式冷水機(jī)組為機(jī)載主機(jī)、5臺(tái)（1600RT）5627kW/3658kW（空調(diào)工況/制冰工況）的雙工況乙二醇主機(jī)全配置計(jì)算。

1）節(jié)約用電費(fèi)用

將冰蓄冷集中供冷系統(tǒng)和常規(guī)分散空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行水電消耗費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比，單位冷量費(fèi)用曲線如圖3所示。由于空調(diào)冰蓄冷系統(tǒng)的設(shè)備配電容量比常規(guī)系統(tǒng)配電容量小，并且電力部門實(shí)行三段式峰谷電價(jià)政策，空調(diào)冰蓄冷利用夜間谷段的低價(jià)制冰，在日間電力高峰段放冷，全年設(shè)備運(yùn)行水電消耗1410.1萬元，比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約676.6萬元，降低32%。

2）節(jié)約年總運(yùn)行費(fèi)用

綜合年基本電費(fèi)、設(shè)備維修費(fèi)和管理費(fèi)等因素，蓄冷空調(diào)系統(tǒng)比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)年總運(yùn)行費(fèi)用降低801.76萬元，如表2所示。

表2 年運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比表

3）冰蓄冷相對(duì)于常規(guī)空調(diào)的投資回收期

相對(duì)于常規(guī)分散空調(diào)系統(tǒng)，蓄冰區(qū)域供冷系統(tǒng)的投資回收期等于初投資增加值除以兩種系統(tǒng)方式年運(yùn)行費(fèi)用差值。計(jì)算結(jié)果得出，相對(duì)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，蓄冷投資回收期為6.9年（見表3）。

表3 經(jīng)濟(jì)效益分析

4）年度費(fèi)用指標(biāo)

年度費(fèi)用指標(biāo)等于初投資乘以等額分付資本回收系統(tǒng)加上年運(yùn)行費(fèi)用，是對(duì)各方案在初投資和運(yùn)行費(fèi)用不同時(shí)進(jìn)行比較，將初投資按時(shí)間價(jià)值分散到各使用年限中，其中年度費(fèi)用最小者為優(yōu)選方案。

假設(shè)資金貼現(xiàn)率為10%，殘值為0，計(jì)算得出冰蓄冷集中供冷系統(tǒng)年度費(fèi)用低于常規(guī)系統(tǒng)，參見表4。

3.1.4 社會(huì)效益

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力在于減緩高峰供電壓力，減少電廠裝機(jī)容量，從而減小了電廠的設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用以及CO2等污染物的排放量。

經(jīng)測算，總部區(qū)能源中心系統(tǒng)

1）全年系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)約的用電量

由于采用了區(qū)域供冷系統(tǒng)，較之分散供冷減少了設(shè)備的裝機(jī)容量，在負(fù)荷匹配良好的條件下，根據(jù)測算，通過全年的優(yōu)化運(yùn)行，區(qū)域供冷系統(tǒng)全年耗電量2448.9萬kWh，較之常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省161.8萬kWh，如果按1kWh電消耗404g標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，每年可節(jié)約654噸標(biāo)煤。

2）環(huán)境效益方面

表4 兩種方案年度費(fèi)用對(duì)比表

參照燃煤發(fā)電廠每發(fā)電1 kWh產(chǎn)生的污染量進(jìn)行測算（見表5）。

表5 冰蓄冷區(qū)域供冷系統(tǒng)節(jié)能減排量預(yù)測

3）節(jié)約電廠投資

經(jīng)測算，相對(duì)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)而言，采用冰蓄冷系統(tǒng)高峰用電轉(zhuǎn)移量550.6萬kWh，轉(zhuǎn)移率48%。本工程項(xiàng)目總蓄冰量40000RT，每年轉(zhuǎn)移高峰用電550.6萬 kWh，減少高峰電力容量5791kW，不計(jì)電廠運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的增加，僅考慮火力發(fā)電廠6000元/kW的建設(shè)投資，可節(jié)約投資3475萬元。

3.2 總部區(qū)中采用的其他低碳、節(jié)能環(huán)保技術(shù)，以及與其相對(duì)應(yīng)的LEED-CS主要可得分點(diǎn)

1）場地（總分28分）：園區(qū)周邊公共交通發(fā)達(dá)，園區(qū)內(nèi)外綠化景觀舒適寧靜，綠化率達(dá)到31.3%大于規(guī)定值20%的要求，此外大面積采用地下停車，增加表面綠化同時(shí)緩解城市熱島效應(yīng)。

2）節(jié)水（總分10分）：園區(qū)采用了雨水收集系統(tǒng)，提供綠化灌溉用水；并且園區(qū)內(nèi)所有衛(wèi)生間均采用了低流量的節(jié)水潔具，較傳統(tǒng)潔具節(jié)水40%；

3）能源與大氣（總分37分）：除了采用了上述重點(diǎn)介紹的能源中心冰蓄冷技術(shù)外，還采用新排風(fēng)全熱回收系統(tǒng)，進(jìn)一步節(jié)約了能源消耗。空調(diào)制冷劑采用R134而不是氟利昂。外墻及屋頂均鋪設(shè)保溫材料，玻璃幕墻采用Low-E玻璃。在照明方面，在地下室采用了LED節(jié)能燈具，園區(qū)路燈采用太陽能路燈。大樓內(nèi)公共部位裝飾盡量選用了淺色表面和飾面，增加反光，以減少人工照明功率密度。

4）材料與資源（總分13分）：采用施工垃圾管理，對(duì)施工垃圾進(jìn)行分類回收；最大限度的采用富含可回收成分的建筑材料；利用速生材料，如竹子、羊毛等，同時(shí)優(yōu)先本地材料采購。

5）室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量（總分12分）：大樓內(nèi)設(shè)有禁止吸煙標(biāo)志，對(duì)人體易產(chǎn)生污染的物質(zhì)，包括油漆、涂料、地毯、合成木材、纖維產(chǎn)品等在內(nèi)，內(nèi)部裝修材料選擇時(shí)已注意VOC，即總揮發(fā)性有機(jī)物的含量，其具體標(biāo)準(zhǔn)可參照各相關(guān)規(guī)定。由于有大面積玻璃幕墻，室內(nèi)日光和視野也已達(dá)到LEED標(biāo)準(zhǔn)。

6）創(chuàng)新設(shè)計(jì)（總分6分）：冰蓄冷及太陽能路燈可作為創(chuàng)新設(shè)計(jì)而獲得分?jǐn)?shù)。

7）地區(qū)優(yōu)選項(xiàng)（總分4分）:由于該項(xiàng)目不在美國本土，所以暫無得分點(diǎn)。

4 結(jié)語

1)低碳技術(shù)，包括文中介紹的能源中心冰蓄冷技術(shù)、新排風(fēng)全熱回收技術(shù)、雨水收集技術(shù)、外墻保溫、Low-E幕墻、LED節(jié)能燈具、太陽能路燈等，均是在我國相對(duì)已較成熟的低碳環(huán)保技術(shù)，各開發(fā)區(qū)可根據(jù)各自的發(fā)展情況以及所在政府及公用事業(yè)部門的扶持引導(dǎo)政策，作相應(yīng)的選擇。

2)LEED認(rèn)證系統(tǒng)不僅是一個(gè)評(píng)價(jià)體系，它通過與業(yè)主、設(shè)計(jì)方、施工方以及住戶的全程參與，協(xié)同合作，使得綠色建筑不再是概念上的，而是變成實(shí)實(shí)在在的建筑作品。對(duì)于我國這樣一個(gè)建筑能耗大國而言，LEED確實(shí)具有一定的指導(dǎo)意義和可操作性。

3)雖然LEED是一個(gè)自愿采用的國外評(píng)估體系標(biāo)準(zhǔn)，但在致力于對(duì)外招商的國內(nèi)開發(fā)區(qū)而言，還是具有一定的效用，該標(biāo)準(zhǔn)尤其得到了跨國公司的廣泛認(rèn)可。 通過對(duì)LEED評(píng)估體系的實(shí)踐，為開發(fā)商提供了新的提高自身形象的機(jī)會(huì)和營銷新項(xiàng)目的平臺(tái)，同時(shí)對(duì)租戶也具有吸引力。

4)從漕河涇開發(fā)區(qū)若干項(xiàng)目嘗試低碳技術(shù)的實(shí)際情況來看，除了需要開發(fā)區(qū)自發(fā)的低碳環(huán)保意識(shí)，政府的相應(yīng)支持也是必不可少的，其中包括稅收、政府補(bǔ)貼、貸款優(yōu)惠、以及靈活的能源收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等。

5)能源中心冰蓄冷技術(shù)作為低碳技術(shù)中的一種實(shí)用新技術(shù)，在漕河涇開發(fā)區(qū)乃至上海尚屬首次嘗試。在國內(nèi)，也只有北京中關(guān)村和廣州大學(xué)城等少數(shù)成功案例可以參考。從目前的前期測算來看，項(xiàng)目是可行的，并且具有良好的發(fā)展前景，但還需要通過以后若干年的常態(tài)運(yùn)行才能得出結(jié)論，因此，建立一個(gè)完整的系統(tǒng)的節(jié)能效用標(biāo)準(zhǔn)將是接下去的一個(gè)重要工作。

6)推廣低碳技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，也是開發(fā)區(qū)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，吸引高新技術(shù)企業(yè)落戶園區(qū)的重要手段。同時(shí)從文中介紹的這些低碳綠色技術(shù)來看，隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟以及成本的進(jìn)一步降低，對(duì)于建設(shè)方來說，經(jīng)濟(jì)上也具有一定的吸引力。

[1]徐曉紅.綠色博物館建筑的探索.上海人民出版社，2010

[2]黃茂文.冰蓄冷低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的原理、應(yīng)用和發(fā)展.安裝.2009（01）：28-30.

[3]高曉暉 江瑛.關(guān)于LEED與我國綠色商業(yè)建筑市場化的思考.全國商情（經(jīng)濟(jì)理論研究）.2009(11)