地源热泵系统应用于建筑采暖中的碳减排计算

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(1.黑龙江省节能技术服务中心，哈尔滨 150001；2.哈尔滨第703研究所，哈尔滨 150078)

0 引 言

我国常规资源匮乏，我国又是一个能源消费大国，随着我国经济的快速发展，能源消耗总量也在逐年大跨步增长。建筑领域是典型的能源消耗产业，消耗总量已占到全国能耗总量的1/3，建筑节能减排迫在眉睫。近年来我国城镇建设态势迅猛，预计到2020年，我国新增建筑面积将达到300亿m2[1]，如果我国建筑全部实行在现有基础上节能50%的标准，那么每年国家大约可节约标煤1.6亿t，减少二氧化碳排放1亿t。可见在建筑领域实施清洁机制项目，对于减少全球温室气体排放是意义非凡的。在这些建筑能耗和排放中，建筑采暖占的比例最大，约1/3左右。因此，建筑采暖的节能减排是建筑领域中潜力最大的一方面。

就目前的供热能源结构比例来看，虽然地源热泵供热所占的比例小，但是它属于绿色环保高效节能型空调系统，用它来替代传统建筑供暖方式将会使排放量大大降低，其重要性不可忽略。

1 清洁发展制机制与建筑节能

1.1 清洁发展机制

1997年12月1日，京都会议提出了清洁发展机制，其核心内容是允许附件1缔约方(即发达国家)与非附件1(即发展中国家)进行项目级的减排量抵消额的转让与获得。按照其规定，从2008～2012年期间，发达国家帮助发展中国家每分解1 t标准二氧化碳温室气体，就可以多排放1吨标准的二氧化碳温室气体，也就是获得1吨排放权。这样就形成了清洁发展机制发达国家向发展中国家相关企业提供资金和技术支持，而发展中国家则向发达国家提供温室气体减排量，共同实现环境友好[2]。

清洁发展机制的项目包括：

(1)可再生能源项目。

(2)改善终端能源利用效率项目。

(3)改善供应方能源利用效率项目。

(4)替代燃料项目。

(5)农业项目(甲烷和氧化亚氮减排项目)。

(6)工业过程(水泥生产等减排二氧化碳项目，减排氢氟碳化物、全氧化碳或六氟化硫的项目)。

(7)碳汇项目(仅适用于造林和再造林项目)。

一般而言，一个典型的清洁发展机制项目从开始准备到最终产生减排量，需要经过如下一些主要的阶段：

(1)项目识别。

(2)项目设计。

(3)参与国的批准。

(4)项目审定。

(5)项目注册。

(6)项目实施、监测与报告。

(7)减排量的核查与核证。

(8)CERs的签发。

每个阶段的主要活动、参与实体及其职责各不相同。所以清洁发展机制的方法学的确定是至关重要的，基准线的选取便是核心[3]。

2002年，清洁发展机制进入中国，减排也成为我国工业发展的重要任务之一，为我国带来巨大的商机。从已批准的清洁发展机制项目的减排类型来看，新能源和可再生能源类项目占比最多，占80.73%，其次是节能和提高效能类[4]。可见，在建筑领域中，采用地源热泵方式供热是十分有必要推广的。

1.2 地源热泵系统

地源热泵是一种利用地下浅层的地热能(包括岩土体、地下水或地表水)作为低品位热源利用逆卡诺循环原理进行热交换的绿色环保空调系统，可以同时实现采暖、制冷和提供生活热水，整个系统主要由室外地热能换热系统、热泵机组及室内空调末端系统组成。地源热泵系统进入冬季采暖状态，其工作原理是：地源热泵以岩土为吸热源，工质在蒸发器中蒸发吸取地下水或岩土的热量，经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，然后进入冷凝器加热系统循环水，制取45 ℃的热水送入空调房间达到制热的目的[5-6]。如图所1示。

图1 地源热泵系统

2 地源热泵项目边界和基准线确定

清洁发展机制需要确定项目边界和基准线，并进行额外性分析与减排量计算。基准线确定是清洁发展机制的核心，是判断清洁发展机制项目是否具有额外性的关键，是判断减排效果的基础；合理的项目边界设定可以更为准确地计算项目活动的温室气体排放量。

2.1 地源热泵系统项目边界确定

地源热泵系统项目边界包括低温热能采集系统、集中供热系统和分散的供热装置。低温热能采集系统包括低温热源、往返管线、水泵及源侧储能装置等；集中供热系统包括供热管网、换热站、二级换热站及所有连接于地源热泵供热管网的建筑物；分散的供热装置包括化石燃料锅炉等。

2.2 地源热泵系统项目基准线确定

地源热泵系统项目基准线是指在对建筑没有使用地源热泵空调系统时想要达到的同样的室内温度而采取的方式。在进行基准线供能方式确定之前，应对项目所在地的常规供热项目进行调查研究，以确保所设基准供能方式的合理性[7]。供暖的基本供能方式有以下几种：燃煤锅炉供热、燃油锅炉供热、燃气锅炉供热和分散式电采暖供热。

3 地源热泵项目碳减排量计算

3.1 基准线减排量计算

若选化石燃料燃烧及驱动供热方式为基准线，则正常年份基准线排放量BE为：

BE=(HS·EFCO2/η)。

式中：EFCO2为燃料单位能量的CO2排放因子，tCO2/TJ；η为无项目时化石燃料供热的净热效率；HS为终端设备测量的基准供能系统的净产能量，TJ。

正常年份项目活动中，地源热泵系统提供的供能量HS为：

HS=min{HCAP,HSestimated}。

式中：HSestimated为项目活动中地源热泵估算的供能量，TJ；HCAP为地源热泵系统提供能量的上限值，TJ。

正常年份项目活动中地源热泵估算的供能量HSestimated按下式计算：

HSestimated=∑j(Qj,d·Tj·3.6)

式中：Qj,d为从热泵能源站或二级换热站j向需求侧进行区域供暖的供能量，GW；Tj为热泵系统供热的小时数，h。

正常年份地源热泵进行区域供热的能量Qj,d，按下式计算：

式中：Gj,d为正常年份中地源热泵能源站或二级换热站供能提供的平均能量，kg/h；Δtj,d为正常年份中地源热泵能源站或二级换热站供热的供回水平均温差，℃。

正常年份项目活动中，地源热泵系统提供能量的上限值HCAP，按下式计算：

HCAP=()·3.6+LPJ-Hff。

式中：Am为用能建筑的净供能面积，m2；HIm为用能建筑的热量指标，GW/m2;LPJ为从地源热泵能源站到供能区域的输配损失，TJ；Hff为辅助热源供能量，TJ。

3.2 项目排放量计算

正常年份地源热泵空调系统项目排放量PE为：

PE=PEFE+PEEC+PEFF。

式中：PEFE为低温热源开采利用中CO2和CH4的逃逸排放量，tCO2/y；PEEC为地源热泵系统项目活动导致的全部电力消耗对应的排放量，tCO2/y；PEFF为地源热泵系统项目活动导致的全部化石燃料消耗对应的排放量，tCO2/y。

式中：ECPJ,j为项目用电量中源自技术j的用电量，Mwh；EFelectricity,CO2为电网排放系数，tCO2/Mwh。

式中：FCi,j为正常年份i类化石燃料燃烧量，t或m3/y；COEFi为正常年份i类化石燃料排放系数，tCO2/t或m3。

3.3 地源热泵系统项目活动泄漏量(LE)

对于地源热泵系统项目，泄漏量LE=0。

3.4 地源热泵系统项目活动减排量(CER)

地源热泵系统项目活动减排量按下式计算:

CER=BE-PE-LE。

4 结束语

就目前来看，清洁发展机制自进入中国市场以来就给我国带来了大量地额外资金和技术革新，因此，加快发展清洁发展机制项目势在必行。对于一个清洁发展机制项目来说，获取得到认证的减排量CER是关键，本文针对这一问题进行了研究，具体结论如下：

地源热泵系统作为建筑楼宇冬季采暖工具在技术方面已基本成熟。其冬季采暖减排量计算公式为：CER=BE-PE-LE，即基准线减排量数据扣除地源热泵项目的排放量数据和泄漏数据，对于地源热泵空调系统，泄漏量为0。

需要说明的是，就一个完整的清洁发展机制项目而言，地源热泵系统应用于建筑冬季采暖项目还应该进行现场监测，以保证CER数据获取的真实性、可信性和可以核证。应对每个连接于换热站的独立供热量和热用户的终端供热总量进行连续监测，还应考虑数据的泄露量。

综上，地源热泵项目替代传统化石燃料锅炉作为热源供热具有消耗的额外性和基准线确定方法，减排量较大。本文提供了计算该项目减排量的方法，以供参考。

[1] 林 泽，马秀琴．建筑节能与清洁发展机制[M].北京：中国建筑工业出版社，2010：85—92．

[2] 聂 敏，李 茸．清洁发展机制[J]．山东环境，2003.

[3] 戴伟娣．清洁发展机制简介[J]．生物质化学工程，2006(1)：44-45.

[4] 齐海云，张依婷．清洁发展机制项目合理性识别方法[J]．环境保护，2008(24)：84-85．

[5] 牛敏慧．地源热泵技术应用于实践分析[J].节能，2010(5)：69-72．

[6] 李志刚，孙丽萍，刘嘉新.热网监控系统的设计与实现[J].森林工程，2013，29(4)：90-95+160.

[7] 佟 庆，鲁传一．清洁发展机制多项目标准化基准线研究[J].技术经济与管理研究，2010(S1)：137-139．