广州某商业办公建筑空调设计及运行碳排放分析

石海娟

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510010）

0 引言

2020年9月22 日举办的第75届联合国大会一般性辩论上，中国宣布将提高国家自主贡献力度，二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，争取2060年前实现碳中和[1]。建筑部门是能源消费的三大领域（工业、交通、建筑）之一，也是造成直接和间接碳排放的主要责任领域之一，建筑领域的节能减排、低碳转型是我国实现“双碳”目标的关键一环。国际能源研究中心的报告显示，从全球角度来看，建筑行业贡献了全球碳排放总量的40%。我国建筑业2020年碳排放量约为50亿t，其中建筑运行碳排放约22亿t[2]。根据统计，在建筑能耗中，暖通系统能耗占比约60%，成为建筑减碳的重中之重。本文将以广州某商业办公建筑的空调设计为例，预测分析空调系统运行阶段的碳排放分析，为同类型建筑的空调系统减碳设计提供参考。

1 工程概况

本工程位于广州市琶洲西区，为一座集商业及办公设施为一体的大型综合体，总建筑面积约为141700m2，地下4层，地上35层，建筑高度约为160.90m。其中，各层功能如下：B4F~B3F为设备用房及车库等；B2F~B1F为设备用房、车库及商业用房等；1F为大堂及商业用房等；2F~9F为商业用房等；10F~34F为办公用房等；35F为设备用房等。

2 空调系统

2.1 冷热源

为便于运营管理，本工程的商业和办公分别设置中央空调水系统。9F及9F以下部分（1F办公门厅除外）为供冷系统1，冷源采用常规的中央空调冷水机组；1F办公门厅及9F以上的办公部分为供冷系统2，冷源采用常规的中央空调冷水机组；1F办公门厅及9F以上的办公部分为供暖系统3，热源采用燃气真空热水机组。

2.2 空调水系统

本工程的系统1、系统2均为一次泵定水量双管制系统，系统3为一次泵变水量双管制系统。其中，系统2与系统3末端系统共用管线。此外，系统1~3的水平和垂直冷（热）水管均采用同程式布置。

2.3 空调末端

门厅、商铺等大空间等大空间区域采用柜式空调机组全空气低速空调系统，气流组织为上送上回或上送下回。为保证房间人员的新风量标准及过渡季加大新风量，设置新风导入管道及风阀，同时设置机械排风。办公用房、会议用房及其他小房间等小空间区域采用风机盘管加新风系统，气流组织为上送上回。新风过滤后经过新风空调器处理后，直接送入空调房间。

3 空调系统运行碳排放分析

依据国家标准《建筑碳排放计算标准》(GB/T 51366—2019）[3]，对空调系统运行阶段的碳排放进行分析，气象参数依据现行行业标准《建筑节能气象参数标准》（JGJ/T 346—2014）[4]进行选取。空调系统运行阶段的总碳排放量计算公式如下。

式中：CM——建筑运行阶段空调系统总碳排放量；Ei——建筑第i类年消耗量，a；EFi——第i类能源消耗的碳排放因子，a；i——建筑消耗终端能源类型，包括电力、燃气、石油、市政热力等[3]。

3.1 空调房间设计参数及空调运行

本工程的空调房间室内设计参数和运行时段分别如表1和表2所示。

表1 室内设计参数

表2 空调系统运行时段

3.2 制冷系统碳排放分析

3.2.1 制冷系统设计参数及运行工况

综合房间的使用功能、设备的运营等特点，本工程的制冷机组设置如表3所示。冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的容量与冷水机组的容量相匹配，水泵的设置如表4所示。制冷系统不同负荷率的运行工况如表5所示。

表3 制冷机组设置参数

表4 水泵设置参数

表5 制冷系统运行工况

3.2.2 制冷能耗及碳排放分析

本工程供冷系统的制冷能耗计算结果如表6所示。本工程制冷系统运行阶段的碳排放量根据式（1）计算，其中电耗的碳排放因子采用生态环境部公布的2022年中国区域电网碳排放因子0.5810kgCO2/kWh，其计算结果如表7所示。

表6 制冷能耗

表7 制冷系统运行碳排放

从表7的计算结果可以看出，供冷系统运行碳排放量最大的为制冷机组，达到61.62%，其次为冷却水泵和冷冻水泵，分别占16.96%和16.91%，因此设计时需要注意制冷机组的合理设计选型，并选用高效的制冷机组及水泵，以降低制冷系统运行碳排放[5]。

3.3 供暖系统碳排放分析

本工程的办公部分供暖热源采用2台燃气真空热水机组，制热量为1163kW，供回水温度为50℃/40℃。本工程供暖系统的设计参数及碳排放计算如表8~表10所示。

表8 热源设计参数及碳排放计算

表9 热水循环泵设计参数

表10 热水循环泵能耗

从表11的计算结果可以看出，本工程供暖系统热源的运行碳排放量占比高达90.67%，由此可见，设计供暖系统时选用高效的热源机组对于减少运行阶段的碳排放至关重要。

表11 供暖系统运行碳排放

3.4 空调风机能耗及碳排放

本工程的供冷和供暖系统的空调风机能耗及碳排放计算结果如表12所示。

表12 空调风机能耗及碳排放

3.5 空调系统碳排放分析

从表11的计算结果可以看出，本工程空调系统运行阶段的碳排放主要集中在供冷系统，其中制冷机组和空调风机的碳排放占比最大，其次为冷却水泵和冷冻水泵。因此设计中需注意选择高效机组，并优化空调末端及输配系统，能有效减少运行阶段的碳排放。空调系统碳排放分析如表13所示。

表13 空调系统碳排放分析

4 结语

设计阶段对暖通空调系统进行碳排放分析，有利于优化空调系统的节能减碳设计。对于广州地区办公商业建筑的空调系统，运行阶段的碳排放主要集中在供冷系统，设计中合理选用空调系统，并选用高效制冷机组、水泵和风机，优化空调末端及输配系统，能有效减少运行阶段的碳排放，助力实现双碳目标。