上海某大型商业综合体运行能耗及碳排放分析

2023-02-24张昊

上海节能 2023年2期

张昊

上海华之门信息技术有限公司

0 引言

化石能源的燃烧会释放大量的CO2，造成“温室效应”。自工业革命以来，人类对能源的需求剧增，导致大气中的CO2从约280 ppm上升到了约405 ppm［1］。如果这个势头不能逆转，将可能导致严重的气象灾害。2020年9月22日习近平主席在第75届联合国大会一般性辩论上提出，中国将采取更有力的政策和措施，CO2排放量力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。

建筑部门是能源消费的三大领域（工业、交通、建筑）之一，其能耗与碳排放在全社会能耗及碳排放中占比显著。建筑全寿命周期碳排放又可以归纳为建设期碳排放、运行期碳排放以及拆除碳排放。有研究表明，建筑运营期碳排放占全寿命周期碳排放的三分之二以上［2］。

近年来，大型商业综合体如雨后春笋般出现在各大城市的版图上，创造了一个又一个的商业奇迹。大型城市商业综合体建筑面积往往在10万m2以上，内部囊括了办公、零售、餐饮、娱乐等各种业态，体量巨大，功能复杂，能耗显著。笔者对上海市某运营中的大型商业综合体进行了能耗调研，分析了其能耗数据，并对其运行碳排放情况进行了计算。

1 调研项目概况

2022年1月，笔者对上海市某个正在运营的大型商业综合体项目进行了现场调研走访，获取了其2021年度全年的分项能耗数据。该项目的概况如下：项目位于上海市西北部，总建筑面积33.69万m2，地上6层，地下3层（其中B1为商业功能），建筑高度49.9 m。该项目开业时间为2020年，自从开业以来，其商铺出租率始终保持在90%以上，客流量也较为可观，在重大节假日单日客流可达10万人次。该项目按照绿色建筑二星级标准设计，并于运营满一年后获得LEED O+M铂金级认证。

1.1 项目围护结构概况

该项目围护结构采用玻璃幕墙结合不透光铝板幕墙，无外遮阳和内遮阳设计，无开启外窗。东、南、西立面的窗墙比为0.27～0.32，北向窗墙比0.57。玻璃幕墙采用金属隔热型材（隔热条高度26 mm）（5中透光Low-E+12Ar+5（中透光）），传热系数2.2 W/(m2·K)，玻璃遮阳系数0.40，窗框系数0.75，可见光透射比0.40。

商业中庭设置了采光天窗，采光天窗占屋面面积比例小于20%，无外遮阳和内遮阳设计，无可开启外窗。天窗采用金属隔热型材（隔热条高度26 mm）及5中透光Low-E+12Ar+5（中透光）玻璃，传热系数2.2 W/(m2·K)，遮阳系数0.30，窗框系数0.75，可见光透射比0.50。

1.2 项目机电系统概况

该项目电力系统采用两路35 kV进线，总配电容量2×16 000 kVA。项目室内商业公区采用全LED照明，车库与后勤区域采用T5荧光灯。公区照明系统全部由BA系统集中控制。项目设置了集中BA系统，对地下隔油池、车库风机、排油烟风机、空调箱、新风机等进行集中控制，并设定启停时间表。项目内部的商铺用电均采用智能电表计量，物业按月代收代付电费。

项目空调冷热源采用水冷冷水机组加真空热水锅炉的方式。配置1 600 RT离心冷水机组5台，320 RT螺杆式冷水机组2台，总制冷量30 378 kW。配置3 500 kW真空热水锅炉4台，总制热量14 000 kW。项目另外设置1台换热量为6 800 kW的板式换热器，作为冬季免费供冷冷源。项目冷冻水采用一次泵变流量系统，冷却水采用定流量系统，冷却塔设置于屋面。末端采用分区两管制，商业内区全年供冷，外区冬季供热夏季供冷。商业公区采用定风量全空气系统，为商户租赁区域设置集中新风系统对新风进行冷热处理。商户内部预留冷冻水及新风接管，由租户自行安装风机盘管，接驳新风口。该项目的冷冻机组参数见表1。

表1 调研项目冷水机组设备表

该项目生活给水系统采用市政直供+变频加压供水方式，地下室和一层采用市政直供，二层及以上采用水池+变频加压供水。设计最高日用水量4 513 t，设计年用水量90 048 t。

项目采暖真空锅炉和地上部分餐饮店铺设有燃气（市政天然气）供应，锅炉用气为中压用气，餐饮用气均为低压用气。用气餐饮店铺均设燃气计量表，由用户直接向燃气公司支付账单费用。

1.3 项目可再生能源应用概况

该项目无可再生能源应用。

2 调研结果总结

2.1 项目机电系统运营策略

根据现场调研与座谈，该项目各系统的主要运营要点如下：

1)空调水系统：早晨商场开业时间为9:00，提前30 min启动制冷机组及水泵对系统进行预冷。晚上商场整体歇业时间为22:00整，通常冷冻机运行至21:30，冷冻泵运行至21:45。冷冻机房虽设有群控系统，但日常运营加减机策略由物业人员人工设定，主要判断依据为回水温度。经与运营人员沟通了解，制冷高峰负荷通常出现在夏季周末午餐及晚餐时间段的商场人流量最大的时刻。个别有提前或延时营业的店铺，自行设置了电费自理的多联机空调系统，可以实现灵活控制。冷冻水供水温度由物业根据天气情况手动设置，通常设置在10℃，供回水温差5℃。

2)新风系统：项目公区安装了CO2传感器，物业根据CO2实测数据人工启停新风机组。经向运营人员了解，过渡季节（室外空气温度低于室内温度）时，新风机组在运营时间全程工频运行，在供冷和采暖季节，为节约能耗，新风机组仅在出现人员上报体感发闷之时才会运行，其余大部分时间段均不运行。

3)照明系统：商业公区照明设置了集中控制，为保证商场体感，除中庭天窗附近区域的灯具根据自然采光情况按需开关外，其余无采光区域照明在日常运营期间均常亮。地库照明根据回路，按车位、车道分开进行开关控制以实现节能。

2.2 项目运行能耗调研结果总结

通过与物业沟通，获得了该项目全年运行能耗（见表2）。

表2 商业综合体项目2021年度全年运行能耗

该项目设有用电分项计量，可以对用电量数据进行进一步分析，将其拆分为：租户用电（包括商铺照明、厨房烹饪、特殊游乐设备等）、公共照明用电、电梯用电、空调用电（含主机及末端）、充电桩用电以及其他用电（包括风机动力用电、弱电设施用电、给排水设备用电等），各项全年用电数据及占比见表3。

表3 调研商业综合体项目2021年度各项用电数据

由表3可见，全年总用电量中，租户用电占总用电量的65.1%。除去租户用电后，占用电量最大比重的是空调用电，占总用电量的12.7%，排在其后的用电大户是公共照明和汽车充电桩用电，占总用电量的6.6%和6.2%。特别需要指出的是，该项目有35 kV/10 kV，10 kV/380 V两级变压，变压器不可避免地存在损耗，根据系统读数，变压器损耗占到了35 kV侧总耗电量的3.4%。

由于租户用电与经营状况息息相关，相对不可控，而变压器损耗非本文重点研究内容，故将租户用电和变压器损耗剔除后，分析公共用电类别，可得图1结果。通过图1可见，在商场公共用电中，空调用电占40.5%，是第一用电大户，其次是照明用电和充电桩用电，占21%和19.8%。

图1 调研项目全年各项公共用电占比

根据物业提供的数据，项目全年逐月能耗情况见图2。从图2中可以总结出以下规律：

图2 调研项目逐月能耗

1)全年总用电量的峰值月份为8月，而空调用电量的峰值也发生在8月。一年中，总用电量的逐月变化趋势与空调用电量的逐月变化趋势基本吻合。

2)商铺用电随月份亦有波动，但其波动幅度没有空调用电和总用电大。究其原因是由于部分商户自行安装了空调，其空调电费计入商铺用电。

3)商铺用电除了受气候影响，也与一年当中人们的消费行为息息相关。由于圣诞节至春节带来消费高峰，12月至2月的商铺用电量也出现一个局部峰值。而之后的3月和4月是消费淡季，商铺用电量也出现了全年的低谷。

4)其他用电量包括除了商铺用电和空调用电之外的所有用电项目，这一部分的用电量基本全年稳定，在夏季稍有增加。经了解，其他用电量包括各类机房用电，而机房空调用电也在夏季达到高峰。

3 项目运行碳排放计算

建筑碳排放可以分为以下4种类型［3］：

1)建筑运行过程中的直接碳排放；

2)建筑运行过程中的间接碳排放；

3)建筑建造和维修导致的间接碳排放；

4)建筑运行过程中的非CO2类温室气体排放。

上述1）是指在建筑运行过程中直接燃烧化石燃料导致的碳排放，具体针对该项目而言，是指冬季采暖时真空锅炉燃烧天然气释放出的CO2，以及餐饮商铺炊事用燃气释放出的CO2。2）是指建筑运行过程中使用电力、热力等二次能源造成的碳排放，具体针对该项目而言，是指项目用电造成的间接碳排放。3）和4）类目的碳排放，本文暂不作分析。

计算该项目类型1）碳排放：根据国家标准GB/T 51366-2019《建筑碳排放计算标准》，天然气的碳排放因子为55.54 tCO2/tJ，天然气的低位热值为37.6 MJ/Nm3，则可计算得到单位天然气消耗量引起的碳排放为2.09 kgCO2/Nm3。调研项目年采暖用气量为288 167 Nm3，计算可得年采暖用气产生的碳排放为602.3 t。

计算该项目类型2）碳排放：根据沪环气【2022】34号文，核算使用外购电力所导致的排放时，电力排放因子为4.2 t CO2/104kWh，调研项目年总用电量为53 289 143 kWh，因用电产生的碳排放为22 381.4 t/a。

以上总计22 983.7 t/a，按照项目总建筑面积折算，单位面积碳排放强度为68.2 kgCO2/m2·a。