地源熱泵系統(tǒng)應用于建筑采暖中的碳減排計算

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(1.黑龍江省節(jié)能技術服務中心，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，隨著我國經濟的快速發(fā)展，能源消耗總量也在逐年大跨步增長。建筑領域是典型的能源消耗產業(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)建設態(tài)勢迅猛，預計到2020年，我國新增建筑面積將達到300億m2[1]，如果我國建筑全部實行在現有基礎上節(jié)能50%的標準，那么每年國家大約可節(jié)約標煤1.6億t，減少二氧化碳排放1億t。可見在建筑領域實施清潔機制項目，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)能減排是建筑領域中潛力最大的一方面。

就目前的供熱能源結構比例來看，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，其核心內容是允許附件1締約方(即發(fā)達國家)與非附件1(即發(fā)展中國家)進行項目級的減排量抵消額的轉讓與獲得。按照其規(guī)定，從2008～2012年期間，發(fā)達國家?guī)椭l(fā)展中國家每分解1 t標準二氧化碳溫室氣體，就可以多排放1噸標準的二氧化碳溫室氣體，也就是獲得1噸排放權。這樣就形成了清潔發(fā)展機制發(fā)達國家向發(fā)展中國家相關企業(yè)提供資金和技術支持，而發(fā)展中國家則向發(fā)達國家提供溫室氣體減排量，共同實現環(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)改善供應方能源利用效率項目。

(4)替代燃料項目。

(5)農業(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備到最終產生減排量，需要經過如下一些主要的階段：

(1)項目識別。

(2)項目設計。

(3)參與國的批準。

(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、參與實體及其職責各不相同。所以清潔發(fā)展機制的方法學的確定是至關重要的，基準線的選取便是核心[3]。

2002年，清潔發(fā)展機制進入中國，減排也成為我國工業(yè)發(fā)展的重要任務之一，為我國帶來巨大的商機。從已批準的清潔發(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]。可見，在建筑領域中，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熱能(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)原理進行熱交換的綠色環(huán)保空調系統(tǒng)，可以同時實現采暖、制冷和提供生活熱水，整個系統(tǒng)主要由室外地熱能換熱系統(tǒng)、熱泵機組及室內空調末端系統(tǒng)組成。地源熱泵系統(tǒng)進入冬季采暖狀態(tài)，其工作原理是：地源熱泵以巖土為吸熱源，工質在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸取地下水或巖土的熱量，經壓縮機壓縮成高溫高壓的過熱蒸汽，然后進入冷凝器加熱系統(tǒng)循環(huán)水，制取45 ℃的熱水送入空調房間達到制熱的目的[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線確定

清潔發(fā)展機制需要確定項目邊界和基準線，并進行額外性分析與減排量計算。基準線確定是清潔發(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鍵，是判斷減排效果的基礎；合理的項目邊界設定可以更為準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)項目邊界包括低溫熱能采集系統(tǒng)、集中供熱系統(tǒng)和分散的供熱裝置。低溫熱能采集系統(tǒng)包括低溫熱源、往返管線、水泵及源側儲能裝置等；集中供熱系統(tǒng)包括供熱管網、換熱站、二級換熱站及所有連接于地源熱泵供熱管網的建筑物；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)項目基準線確定

地源熱泵系統(tǒng)項目基準線是指在對建筑沒有使用地源熱泵空調系統(tǒng)時想要達到的同樣的室內溫度而采取的方式。在進行基準線供能方式確定之前，應對項目所在地的常規(guī)供熱項目進行調查研究，以確保所設基準供能方式的合理性[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、燃氣鍋爐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 基準線減排量計算

若選化石燃料燃燒及驅動供熱方式為基準線，則正常年份基準線排放量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為終端設備測量的基準供能系統(tǒng)的凈產能量，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向需求側進行區(qū)域供暖的供能量，GW；Tj為熱泵系統(tǒng)供熱的小時數，h。

正常年份地源熱泵進行區(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，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系統(tǒng)項目排放量PE為：

PE=PEFE+PEEC+PEFF。

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

式中：ECPJ,j為項目用電量中源自技術j的用電量，Mwh；EFelectricity,CO2為電網排放系數，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，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 結束語

就目前來看，清潔發(fā)展機制自進入中國市場以來就給我國帶來了大量地額外資金和技術革新，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，獲取得到認證的減排量CER是關鍵，本文針對這一問題進行了研究，具體結論如下：

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，即基準線減排量數據扣除地源熱泵項目的排放量數據和泄漏數據，對于地源熱泵空調系統(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)應用于建筑冬季采暖項目還應該進行現場監(jiān)測，以保證CER數據獲取的真實性、可信性和可以核證。應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行連續(xù)監(jiān)測，還應考慮數據的泄露量。

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。

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