奧帆中心零碳社區海水源熱泵改造及減碳效果

1 概述

為實現2030年碳達峰和2060年碳中和的目標，各行各業都在積極探索零碳路徑。建筑領域是能源消費端減排的重點對象，尤其隨著我國城鎮化速度加快，既要注重新增建筑的綠色低碳設計，也需要兼顧解決巨大存量建筑的碳排放問題。建筑能耗中，暖通空調系統能耗占比高，是主要的碳排放源，尤其是公共建筑

，有必要盡快確定技術適宜可行、環境經濟效益顯著的節能減排行動方案。我國地域遼闊，各區域自然資源條件和建筑能源需求不同，實現零碳目標的技術路線也存在差異。

青島是北方典型的沿海城市，建筑冷熱負荷相差不大

，適合采用海水源熱泵滿足建筑冷熱需求。本文對青島奧帆中心零碳社區建設中的海水源熱泵改造工程的減碳效果進行探討。

2 項目概況

奧帆中心位于青島市核心區域，總用地面積45 km

，總建筑面積22.7×10

m

，社區內包括10棟建筑，覆蓋各種類型的大型公共建筑(會議、酒店、辦公、博物館、媒體中心等)，是具有代表性的公共建筑集中區。建設零碳社區的目標于2020年4月確立，力爭將社區內建筑的碳排放強度降至25 kg/(m

·a)以下。

媒體中心位于奧帆中心南端，在2008年奧運會期間主要承擔新聞宣傳和電視轉播等工作，賽后作為青島國際游艇俱樂部的會所。媒體中心總建筑面積為7 900 m

，空調面積6 000 m

。設計熱指標為100 W/m

，設計冷指標為150 W/m

。采用海水源熱泵供暖、供冷，于2008年1月投入使用。根據設計冷負荷選用3組全封閉柔性渦旋壓縮機的高性能水源熱泵機組，每組5臺，單臺水源熱泵機組的額定制冷量為90 kW，額定制熱量為120 kW，并聯方式連接。供暖期1組運行，2組備用。供冷期2組運行，1組備用。隨著服役時間延長，海水源熱泵機組能效降低，碳排放強度也隨之升高。根據ASHRAE能效標尺，屬于亟需改善級別，且設備故障率非常高。因此，在零碳社區的建設過程中成為重點改造對象。

改造后采用2臺高效螺桿式熱泵機組替代原機組，單臺額定制冷量為593 kW，額定制熱量為614 kW。水泵、水箱等設備運行狀態良好，不進行改造。

3 熱泵機組耗電量

3.1 冷熱負荷測算

建筑工作時間：室外溫度為26～27 ℃時，負荷率為25%。室外溫度為27～28 ℃時，負荷率為50%。室外溫度為28～29 ℃時，負荷率為75%。室外溫度大于29 ℃時，負荷率為100%。建筑非工作時間：空調系統關閉。供冷期建筑工作時間不同室外溫度的延續時間與冷負荷見表1。

除了以上三種能量，你們還需要獲得興趣能量、榜樣能量……雖然獲得這些正能量的過程很艱難，但確實能讓你們擁有無比明朗的初中生活，也讓我無法再靠近你們。至于未來，你們還會不會遇見我，我會不會從你們心底“逃出去”，都取決于你們自己的選擇。

供冷期110 d，供冷室內設計溫度為26 ℃。供暖期141 d，供暖室內設計溫度為18 ℃。供冷期空調室外計算溫度為29.4 ℃，供暖期空調室外計算溫度為-7.2 ℃。建筑工作時間為7:00—18:00。

采用基于非關聯流動法則與M-C準則精確匹配的DP5準則，在飽和土的DP5模型中引入基質吸力分量與總黏聚力公式(4)，可得到用于分析非飽和土的力學特性的DP5模型關系式：

1.4 統計學方法 采用SPSS 19.0統計學軟件對數據進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用t檢驗；計數資料以例(百分率)表示，組間比較采用χ2檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

供暖期建筑工作時間、非工作時間不同室外溫度下的熱負荷分別見表2、3。供暖期各月建筑工作時間、非工作時間不同室外溫度延續時間分別見表4、5。

建筑工作時間：室外溫度大于10 ℃時，負荷率為25%。室外溫度為5～10 ℃，負荷率為50%。室外溫度為0～5 ℃，負荷率75%。室外溫度為-5～0 ℃，負荷率為90%。室外溫度小于-5 ℃時，負荷率為100%。建筑非工作時間：空調系統需滿足值班負荷，將室內溫度控制在5～10 ℃。建筑非工作時間熱負荷取相同條件下建筑工作時間熱負荷的30%。

② 供暖期

① 供冷期

尹軍平還表示，隨著“三通一達”、順豐、德邦等的陸續上市，整合大幕實際上已然拉開，而且行業內并購標的也在快速增加，一方面第一代物流企業家已到退休年齡，而很多二代不太愿意接班；另一方面，80、90年代出生的企業家家族觀念沒那么強，很多企業家創業成功后并不介意通過并購退出。

3.2 熱泵機組耗電量

供冷期建筑工作時間不同負荷率下熱泵機組的制冷性能系數見表6。與供冷期不同，供暖期的制熱性能系數則主要考慮海水溫度的影響。供暖期各月海水溫度與制熱性能系數見表7。

由表1、6數據，可計算得到供冷期熱泵機組耗電量為80 070.10 kW·h。由表2～5、表7數據，可計算得到供暖期熱泵機組耗電量為245 880.59 kW·h，其中工作時間為177 477.94 kW·h，非工作時間為68 402.65 kW·h。

4 減碳量

目前，奧帆中心已安裝太陽能光伏板4 200 m

，光伏發電除滿足媒體中心空調系統用電外，富裕部分供其他建筑使用。華北區域電網碳排放因子取1.246 kg/(kW·h)，按改造后熱泵機組年耗電量325 950.69 kW·h全部由光伏發電承擔，年減碳量為406.13 t，減碳效果顯著。

5 結語

青島是典型的北方沿海城市，作為全國低碳試點城市、首個綠色城市，有必要積極探索城市建設領域的零碳路徑，為北方城市提供先行經驗，充分挖掘不同自然條件下各類可再生能源技術的綜合應用潛力，為新建建筑和既有建筑提供技術可行、經濟可持續的零碳解決方案。

[1] 孫洪鵬，陳晨，張廣智. 國內大型公共建筑空調系統運行管理現狀調查研究[J]. 建筑節能，2020(10)：8-13.

[2] 李金偉. 海水源熱泵特性分析及其在青島地區的應用[J]. 煤氣與熱力，2011(3)：A15-A19.