廣州某商業辦公建筑空調設計及運行碳排放分析

石海娟

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

2020年9月22 日舉辦的第75屆聯合國大會一般性辯論上，中國宣布將提高國家自主貢獻力度，二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，爭取2060年前實現碳中和[1]。建筑部門是能源消費的三大領域（工業、交通、建筑）之一，也是造成直接和間接碳排放的主要責任領域之一，建筑領域的節能減排、低碳轉型是我國實現“雙碳”目標的關鍵一環。國際能源研究中心的報告顯示，從全球角度來看，建筑行業貢獻了全球碳排放總量的40%。我國建筑業2020年碳排放量約為50億t，其中建筑運行碳排放約22億t[2]。根據統計，在建筑能耗中，暖通系統能耗占比約60%，成為建筑減碳的重中之重。本文將以廣州某商業辦公建筑的空調設計為例，預測分析空調系統運行階段的碳排放分析，為同類型建筑的空調系統減碳設計提供參考。

1 工程概況

本工程位于廣州市琶洲西區，為一座集商業及辦公設施為一體的大型綜合體，總建筑面積約為141700m2，地下4層，地上35層，建筑高度約為160.90m。其中，各層功能如下：B4F~B3F為設備用房及車庫等；B2F~B1F為設備用房、車庫及商業用房等；1F為大堂及商業用房等；2F~9F為商業用房等；10F~34F為辦公用房等；35F為設備用房等。

2 空調系統

2.1 冷熱源

為便于運營管理，本工程的商業和辦公分別設置中央空調水系統。9F及9F以下部分（1F辦公門廳除外）為供冷系統1，冷源采用常規的中央空調冷水機組；1F辦公門廳及9F以上的辦公部分為供冷系統2，冷源采用常規的中央空調冷水機組；1F辦公門廳及9F以上的辦公部分為供暖系統3，熱源采用燃氣真空熱水機組。

2.2 空調水系統

本工程的系統1、系統2均為一次泵定水量雙管制系統，系統3為一次泵變水量雙管制系統。其中，系統2與系統3末端系統共用管線。此外，系統1~3的水平和垂直冷（熱）水管均采用同程式布置。

2.3 空調末端

門廳、商鋪等大空間等大空間區域采用柜式空調機組全空氣低速空調系統，氣流組織為上送上回或上送下回。為保證房間人員的新風量標準及過渡季加大新風量，設置新風導入管道及風閥，同時設置機械排風。辦公用房、會議用房及其他小房間等小空間區域采用風機盤管加新風系統，氣流組織為上送上回。新風過濾后經過新風空調器處理后，直接送入空調房間。

3 空調系統運行碳排放分析

依據國家標準《建筑碳排放計算標準》(GB/T 51366—2019）[3]，對空調系統運行階段的碳排放進行分析，氣象參數依據現行行業標準《建筑節能氣象參數標準》（JGJ/T 346—2014）[4]進行選取。空調系統運行階段的總碳排放量計算公式如下。

式中：CM——建筑運行階段空調系統總碳排放量；Ei——建筑第i類年消耗量，a；EFi——第i類能源消耗的碳排放因子，a；i——建筑消耗終端能源類型，包括電力、燃氣、石油、市政熱力等[3]。

3.1 空調房間設計參數及空調運行

本工程的空調房間室內設計參數和運行時段分別如表1和表2所示。

表1 室內設計參數

表2 空調系統運行時段

3.2 制冷系統碳排放分析

3.2.1 制冷系統設計參數及運行工況

綜合房間的使用功能、設備的運營等特點，本工程的制冷機組設置如表3所示。冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔的容量與冷水機組的容量相匹配，水泵的設置如表4所示。制冷系統不同負荷率的運行工況如表5所示。

表3 制冷機組設置參數

表4 水泵設置參數

表5 制冷系統運行工況

3.2.2 制冷能耗及碳排放分析

本工程供冷系統的制冷能耗計算結果如表6所示。本工程制冷系統運行階段的碳排放量根據式（1）計算，其中電耗的碳排放因子采用生態環境部公布的2022年中國區域電網碳排放因子0.5810kgCO2/kWh，其計算結果如表7所示。

表6 制冷能耗

表7 制冷系統運行碳排放

從表7的計算結果可以看出，供冷系統運行碳排放量最大的為制冷機組，達到61.62%，其次為冷卻水泵和冷凍水泵，分別占16.96%和16.91%，因此設計時需要注意制冷機組的合理設計選型，并選用高效的制冷機組及水泵，以降低制冷系統運行碳排放[5]。

3.3 供暖系統碳排放分析

本工程的辦公部分供暖熱源采用2臺燃氣真空熱水機組，制熱量為1163kW，供回水溫度為50℃/40℃。本工程供暖系統的設計參數及碳排放計算如表8~表10所示。

表8 熱源設計參數及碳排放計算

表9 熱水循環泵設計參數

表10 熱水循環泵能耗

從表11的計算結果可以看出，本工程供暖系統熱源的運行碳排放量占比高達90.67%，由此可見，設計供暖系統時選用高效的熱源機組對于減少運行階段的碳排放至關重要。

表11 供暖系統運行碳排放

3.4 空調風機能耗及碳排放

本工程的供冷和供暖系統的空調風機能耗及碳排放計算結果如表12所示。

表12 空調風機能耗及碳排放

3.5 空調系統碳排放分析

從表11的計算結果可以看出，本工程空調系統運行階段的碳排放主要集中在供冷系統，其中制冷機組和空調風機的碳排放占比最大，其次為冷卻水泵和冷凍水泵。因此設計中需注意選擇高效機組，并優化空調末端及輸配系統，能有效減少運行階段的碳排放。空調系統碳排放分析如表13所示。

表13 空調系統碳排放分析

4 結語

設計階段對暖通空調系統進行碳排放分析，有利于優化空調系統的節能減碳設計。對于廣州地區辦公商業建筑的空調系統，運行階段的碳排放主要集中在供冷系統，設計中合理選用空調系統，并選用高效制冷機組、水泵和風機，優化空調末端及輸配系統，能有效減少運行階段的碳排放，助力實現雙碳目標。