上海某區(qū)域既有辦公建筑用能狀況及碳排放計(jì)算

蔣友娣，張 燦 ，王任媛（.上海市建筑科學(xué)研究院有限公司， 上海 008 ；.上海市長寧區(qū)城市更新和低碳項(xiàng)目管理中心， 上海 0005 ）

“十三五”時(shí)期，公共建筑能效提升工作以能效提升重點(diǎn)城市建設(shè)為抓手，帶動全國公共建筑能效提升，并取得了顯著成效[1]。但調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國公共建筑能耗總量逐年上升，隨著城市化進(jìn)程的加速和人民生活質(zhì)量的提高，公共建筑的用電設(shè)備和功能也會越來越多，能耗強(qiáng)度將進(jìn)一步增加，公共建筑潛力大、節(jié)能減排任務(wù)艱巨[2-3]。

我國在《巴黎協(xié)定》下承諾到 2030 年，單位 GDP 二氧化碳強(qiáng)度比 2005 年下降 60%～65%，特別是到 2030 年前后實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)到峰值并努力早日達(dá)峰。2020 年，提出中國二氧化碳排放力爭于 2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取 2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。然而，根據(jù)《中國建筑能耗研究報(bào)告（2019）》可知，我國 2017 年建筑能耗占全國能源消費(fèi)總量的比重為 21.11%，建筑碳排放占全國能源碳排放比例為 19.5%，我國碳減排工作已經(jīng)進(jìn)入總量控制階段，建筑節(jié)能將是我國實(shí)現(xiàn) 2030 年碳減排目標(biāo)的關(guān)鍵領(lǐng)域。

截至 2019 年 12 月 31 日，上海市累計(jì)共有超過 1 700棟公共建筑完成用能分項(xiàng)計(jì)量裝置的安裝并實(shí)現(xiàn)與能耗監(jiān)測平臺的數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，覆蓋建筑面積超過 8 000 萬 m2，其中辦公建筑數(shù)量最多，占比 34.3%，總建筑面積為 2 795 萬 m2，總用電量占比最大。由此，本文以上海市某區(qū)域既有辦公建筑為研究對象，調(diào)研建筑基本信息，分析建筑用能現(xiàn)狀，進(jìn)行能效對標(biāo)，挖掘節(jié)能潛力，并計(jì)算碳排放量，為后續(xù)實(shí)施節(jié)能優(yōu)化改造和該區(qū)域碳達(dá)峰措施制訂提供依據(jù)。

1 建筑基本信息

該區(qū)域?qū)儆谏虾Ｊ蟹比A地段，是以樓宇經(jīng)濟(jì)為主的中心城區(qū)，建筑類型中辦公建筑數(shù)量最多，占總能耗比例最大。本文選取了以該區(qū)域 55 棟既有辦公建筑作為研究對象。

從建筑面積看，建筑面積小于等于 2 萬 m2的共 5棟，建筑面積為 89 780.8 m2；建筑面積為 2～5 萬 m2的共 32 棟，建筑面積為 1 036 729.29 m2；建筑面積為 5～10 萬 m2的共 12 棟，建筑面積為 848 657.63 m2；建筑面積超過 10 萬 m2的共 6 棟，建筑面積為 90 8879.00 m2。該區(qū)域辦公建筑中，有 58% 的樓宇建筑面積為 2 萬～5 萬 m2，約占建筑總面積的 36%；有近 22% 的樓宇建筑面積為 5 萬～10 萬 m2，占建筑總面積的 30%。

從建筑年代看，建筑年代為 1991—1999 年的共 21棟，占比 38%；建筑年代為 2000—2004 年的共 11 棟，占比 20%；建筑年代為 2005—2009 年的共 13 棟，占比24%；建筑年代為 2010 年以后的共 10 棟，占比 18%。

該區(qū)域辦公建筑以大型公共建筑為主。GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》于 2005 年 7 月實(shí)施，2005年以后的建筑設(shè)計(jì)時(shí)均執(zhí)行該節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以看出，該區(qū)域辦公建筑中有接近 50% 的樓宇按照節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)建造。

2 區(qū)域建筑能耗現(xiàn)狀

2.1 能源結(jié)構(gòu)分析

55 棟辦公建筑中，2019 年建筑能源消耗種類包括電和天然氣，能源消耗以用電為主，有天然氣消耗的僅 16 棟建筑，電占總能耗比例為 96%，天然氣僅為 4%。各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)表如表1 所示。

表1 各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)表

2.2 建筑能耗強(qiáng)度

調(diào)研統(tǒng)計(jì)分析該區(qū)域 55 辦公建筑 2019 年全年用電和天然氣的消耗量，得出 2019 年全年用電量為 70 702.0 tce，天然氣為 2 878.8 tce，建筑綜合能耗總量為 73 580.8 tce。單位建筑綜合能耗最大值為 62.6 kgce/（m2·a），最小值為11.6 kgce/（m2·a），平均值為 28.9 kgce/（m2·a）。圖1 為建筑能耗總量分布圖，圖2 為建筑能耗強(qiáng)度分布圖，可以看出不同辦公建筑能耗強(qiáng)度差異較大，最大值是最小值的5 倍多。

圖1 建筑能耗總量分布圖

圖2 建筑能耗強(qiáng)度分布圖

3 能效對標(biāo)及節(jié)能潛力挖掘

依據(jù) DB 31/T 795—2014《綜合建筑合理用能指南》，按照不同空調(diào)系統(tǒng)類型，計(jì)算該區(qū)域中每棟建筑單位建筑綜合能耗，并與指南中的合理值和先進(jìn)值進(jìn)行比較。單位建筑綜合能耗值高于合理值的建筑為“未達(dá)標(biāo)”建筑；單位建筑綜合能耗值在合理值（含）和先進(jìn)值之間的建筑為“達(dá)標(biāo)”建筑；單位建筑綜合能耗值低于先進(jìn)值（含）的建筑為“先進(jìn)”建筑。辦公建筑合理用能指南中的標(biāo)準(zhǔn)值如表2 所示。

表2 辦公建筑合理用能指南標(biāo)準(zhǔn)值

通過能效對標(biāo)可知，55 棟辦公建筑中，屬于“未達(dá)標(biāo)”建筑的有 5 棟，占建筑總量的 9%；屬于“達(dá)標(biāo)”建筑的有 18 棟，占建筑總量的 33%；屬于“先進(jìn)”建筑的有 32棟，占比 58%。若將 “未達(dá)標(biāo)”建筑全部達(dá)到合理值，合計(jì)年節(jié)能量可達(dá) 2825.0 tce，以本次未達(dá)到先進(jìn)值的建筑2019 年綜合能耗 35 103.4 tce 作為基準(zhǔn)，節(jié)能率為 8.0%；若將“未達(dá)標(biāo)”建筑和“達(dá)標(biāo)”建筑全部達(dá)到先進(jìn)值，合計(jì)年節(jié)能量可達(dá)8 893.9 tce，節(jié)能率為 25.3%。

由此看出，該區(qū)域建筑仍有很大的節(jié)能空間，通過對標(biāo)工作的實(shí)施，可以挖掘出具有節(jié)能潛力的建筑，為下一步推進(jìn)節(jié)能改造提供有利技術(shù)支持。

4 區(qū)域碳排放計(jì)算與分析

4.1 碳排放計(jì)算方法

依據(jù) SH/MRV-009—2012《上海市旅游飯店、商場、房地產(chǎn)業(yè)及金融業(yè)辦公建筑溫室氣體排放核算與報(bào)告方法（試行）》，對該區(qū)域碳排放進(jìn)行計(jì)算和分析。

4.1.1 碳排放邊界確定

碳排放核算的邊界范圍主要是排放主體所擁有或管理的建筑相關(guān)能源消耗所導(dǎo)致的直接排放和間接排放。直接排放包括鍋爐等固定設(shè)備裝置使用化石燃料所產(chǎn)生的溫室氣體排放；間接排放包括建筑因使用外購電力、熱力等所導(dǎo)致的溫室氣體排放。

通過該區(qū)域能源結(jié)構(gòu)分析可知，該區(qū)域建筑直接排放是指天然氣消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放量。間接排放是指外購電力產(chǎn)生的二氧化碳排放量。

4.1.2 碳排放量核算方法

二氧化碳排放量按式（1）計(jì)算。其中間接排放量采用式（2）計(jì)算，直接排放量采用式（3）計(jì)算。二氧化碳排放總量計(jì)算公式和其他因素的關(guān)系如表3 所示。

表3 二氧化碳排放總量計(jì)算公式和其他因素的關(guān)系

式中：k—電力；

活動水平數(shù)據(jù)—外購電力， 104kWh；

排放因子—消耗單位電力產(chǎn)生的二氧化碳排放量，tCO2/104kWh；

i—表示不同燃料類型；

燃料消耗量—各種化石燃料的實(shí)物消耗量，本項(xiàng)目指天然氣消耗量，m3；

低位熱值—單位燃料消耗量的低位發(fā)熱量，TJ/ m3；

單位熱值含碳量—單位低位發(fā)熱量燃料所含碳元素的質(zhì)量， t-C/TJ；

氧化率—燃料中的碳在燃燒中被氧化的比率，%。

4.2 區(qū)域碳排放量分析

基于以上碳排放量核算方法，計(jì)算得該區(qū)域 2019年全年碳排放量為198 286.0 tCO2，其中直接排放量為48 37.3 tCO2，占比為 2%；間接排放量為 193 448.7 tCO2，占比為 98%。建筑碳排放強(qiáng)度差異較大，最大值為163.0 kgCO2/(m2·a)，最小值為 30.5 kgCO2/(m2·a)，平均值為 70.9 kgCO2/(m2·a)，最大值是最小值的 5 倍多。

5 結(jié) 語

本文以上海市某區(qū)域既有辦公建筑為研究對象，調(diào)研建筑基本信息，分析建筑用能現(xiàn)狀，通過能效對標(biāo)，挖掘節(jié)能潛力，并計(jì)算碳排放量，得出以下主要結(jié)論。

（1）該區(qū)域?qū)儆谏虾７比A地段，是以樓宇經(jīng)濟(jì)為主的中心城區(qū)，該區(qū)域 55 棟辦公建筑，2019 年能源消耗中，電占總能耗比例為 96%，天然氣僅為 4%；全年用電量為70 702.0 tce，天然氣為 2 878.8 tce，建筑綜合能耗總量為 73 580.8 tce。單位建筑綜合能耗最大值為62.6 kgce/(m2·a)，最小值為 11.6 kgce/(m2·a)，平均值為 28.9 kgce/(m2·a)。

（2）基于能效對標(biāo)結(jié)果，55 棟辦公建筑中，屬于“未達(dá)標(biāo)”建筑的有 5 棟，占建筑總量的 9%；屬于“達(dá)標(biāo)”建筑的有 18 棟，占建筑總量的 33%；屬于“先進(jìn)”建筑的有32 棟，占比 58%。若將 “未達(dá)標(biāo)”建筑全部達(dá)到合理值，合計(jì)年節(jié)能量可達(dá) 2 825.0 tce，以本次未達(dá)到先進(jìn)值的建筑2019 年綜合能耗 35 103.4 tce 作為基準(zhǔn)，節(jié)能率為 8.0%；若將“未達(dá)標(biāo)”建筑和“達(dá)標(biāo)”建筑全部達(dá)到先進(jìn)值，合計(jì)年節(jié)能量可達(dá) 8 893.9 tce，節(jié)能率為 25.3%。由此看出，該區(qū)域建筑仍有很大的節(jié)能空間，通過對標(biāo)工作的實(shí)施，可以挖掘出具有節(jié)能潛力的建筑，為下一步推進(jìn)節(jié)能改造提供有利技術(shù)支持。

（3）計(jì)算該區(qū)域 2019 年全年碳排放量為 198 286.0 tCO2，其中直接排放量為 4 837.3 tCO2，占比為 2%；間接排放量為 193 448.7 tCO2，占比為 98%。單位建筑面積碳排放量最大值為 163.0 kgCO2/(m2·a)，最小值為 30.5 kgCO2/(m2·a)，平均值為 70.9 kgCO2/(m2·a)。

（4）本文調(diào)研得出該區(qū)域建筑基本信息、用能現(xiàn)狀，通過能效對標(biāo)挖掘出節(jié)能潛力建筑，計(jì)算出建筑碳排放總量和碳排放強(qiáng)度，其成果為后續(xù)實(shí)施節(jié)能優(yōu)化改造和該區(qū)域碳達(dá)峰措施制定提供依據(jù)。