低碳技術在現代工業園區中的應用研究

上海交通大學 王益飛 張家春 谷偉新

0 前言

“低碳技術”已成為我國眾多開發區轉變生產方式、實現可持續發展的重要課題。作為我國最早的一批國家級開發區之一，上海漕河涇新興技術開發區是國內最早開始重視綠色、低碳理念的先行者。早在2002年，漕河涇開發區即已通過ISO14001環境管理體系認證，并成為ISO14001國家示范區。開發區的生產方式也逐步由傳統生產制造產業向先進制造業與現代服務業方向轉變。2007年，根據國家環保總局、商務部和科技部聯合發布的《關于開展國家生態工業示范園區建設工作的通知》，漕河涇開發區開始正式規劃建設生態工業示范園區。根據規劃，漕河涇開發區嘗試在區內多個在建、擬建項目中，結合LEED綠色建筑注冊與認證工作，設計及應用一批低碳綠色建筑技術。本文將以漕河涇開發區為例，探討在我國城市開發區內應用低碳、綠色建筑技術與申請LEED認證的實踐經驗。

1 漕河涇開發區注冊LEED認證的主要項目簡介

1.1 LEED介紹

LEED （Leadership in Energy and Environmental Design，美國能源與環境設計先鋒獎）由美國綠色建筑協會（U.S.Green Building Council）制定，于1998年正式公布，作為北美地區共通性與市場導向式的綠色建筑評估準則。由于LEED系統目前在世界各國的各類建筑環保評估、綠色建筑評估以及建筑可持續性評估標準中被認為是最完善、最有影響力的評估標準，因此也被國內外政府和企業所廣泛接受。

1.2 項目簡介

目前，漕河涇開發區申請LEED認證的項目有三個，包括：業已完工的漕河涇現代服務業集聚區二期——總部經濟區（以下簡稱總部區）、正在建設中的興園技術中心以及正在設計即將開工的科技綠洲三期項目。

1）總部區項目占地面積5.4萬m2，總建筑面積16萬m2，其中地上11.4萬m2，地下4.6萬m2。項目包括6幢小高層辦公樓和一幢2層的會議中心以及一個大型地下車庫。由于該項目采用了包括能源中心在內的多項低碳、綠色節能環保新技術，且新近完工，本文將重點加以介紹。

2）興園技術中心項目由兩棟38層的超高層辦公大樓及相連的商業裙房組成，預計將在2010年底竣工.

3）科技綠洲三期項目則是一個占地11萬m2，容積率只有1.4的大型研發園區，目前尚處于開工前的設計準備階段。

2 不同項目的LEED選擇

2.1 LEED評估體系共分為六個分體系，見圖1：

2.2 適應于開發區的LEED版本的選擇

其中LEED CS核心與外觀版主要針對建設辦公樓但不能控制其內的租賃用戶的內部裝修和需求，而僅在可以直接管理的公共區域內實施綠色設計和施工措施的項目。對于以建造工業廠房及辦公園區為主的開發區來說，筆者認為選擇LEED CS版本較為合適，本次漕河涇開發區中的總部區與興園技術中心項目正是選擇了該版本。CS版可以指導開發商在建筑物的圍護結構、建筑機電系統等方面進行可持續發展設計。當然進駐其內的租戶如有需要還可以進一步申請LEED CI商業內裝版。

至于如科技綠洲三期這種低密度研發園區，也可以采用LEED ND社區開發版，這一方面是由于相對于總體而言，其園區內建筑物棟數較多且每幢規模不大，另一方面也是因為LEED ND版更關注于園區規劃、景觀、基礎設施、單體建筑等方面，可為業主提供更優化的園區總體設計建議。當然，需要指出的是，對于注冊LEED ND版本的園區還是必須要有其內至少一幢建筑物通過LEED單體認證(NC、CS、CI等)。

2.3 LEED的評定方法

LEED體系（V3.0版）采用打分制，即被評估項目滿足系統的條款后，項目將獲得相應的分數，最終匯總分數來確定項目所獲得何種等級的認證結果（見圖2）。

3 總部經濟區中的綠色環保建筑技術及其LEED得分點

3.1 能源中心冰蓄冷技術

3.1.1 冰蓄冷技術概念

冰蓄冷是利用夜間電網低谷時間（同時也是空調負荷很低的時間），制冷主機制冷并由蓄冷設備將冷量儲存起來，待白天電網高峰用電時間（同時也是空調負荷高峰時間），再將冷量釋放出來滿足高峰空調負荷的需要或生產工藝用冷的需求。這樣制冷系統的大部分耗電發生在夜間用電低峰期，而在白天用電高峰期只有輔助設備在運行，從而實現用電負荷的“移峰填谷”，為業主帶來更多的經濟效益，改善用電結構和電廠發電機組的運行狀況，減少對礦物燃料的消耗和運行效率低的調峰電站的投入。

以下為上海市2009年11月發布的夏季工商業分時電價表（10千伏）：

表1 上海市2009年11月發布的夏季工商業分時電價表（10千伏）單位：元/千瓦時

由上表可見峰時與谷時電價相差達4倍多，這就為采用“移峰填谷”技術的冰蓄冷技術提供了可行條件。

3.1.2 總部區冰蓄冷技術方案簡介

總部區冰蓄冷采用外融冰部分蓄冰方式。其中設置1臺5627kW（1600RT）離心式冷水機組為機載主機（未來等集聚區其他區域建成后，還可增設一臺）。另設置3臺（1600RT）5627kW/3658kW（空調工況/制冰工況）的雙工況乙二醇主機（未來可擴充至5臺），向各建筑物提供1.5℃~12.5℃的冷凍水，經各建筑物地下水泵房內的換熱器交換成所需溫差的冷水供系統使用。在供電谷時，該3臺雙工況乙二醇主機可提供40000RTH的冰蓄量。整個系統通過蓄冷控制系統、樓宇自動控制系統（BAS）等控制和運行，選擇合適的蓄冷模式，在最經濟的情況下給末端提供穩定的供水溫度。

3.1.3 經濟效益分析

按2臺5627kW（1600RT）離心式冷水機組為機載主機、5臺（1600RT）5627kW/3658kW（空調工況/制冰工況）的雙工況乙二醇主機全配置計算。

1）節約用電費用

將冰蓄冷集中供冷系統和常規分散空調系統的設備運行水電消耗費用進行對比，單位冷量費用曲線如圖3所示。由于空調冰蓄冷系統的設備配電容量比常規系統配電容量小，并且電力部門實行三段式峰谷電價政策，空調冰蓄冷利用夜間谷段的低價制冰，在日間電力高峰段放冷，全年設備運行水電消耗1410.1萬元，比常規空調系統節約676.6萬元，降低32%。

2）節約年總運行費用

綜合年基本電費、設備維修費和管理費等因素，蓄冷空調系統比常規空調系統年總運行費用降低801.76萬元，如表2所示。

表2 年運行費用對比表

3）冰蓄冷相對于常規空調的投資回收期

相對于常規分散空調系統，蓄冰區域供冷系統的投資回收期等于初投資增加值除以兩種系統方式年運行費用差值。計算結果得出，相對常規空調系統，蓄冷投資回收期為6.9年（見表3）。

表3 經濟效益分析

4）年度費用指標

年度費用指標等于初投資乘以等額分付資本回收系統加上年運行費用，是對各方案在初投資和運行費用不同時進行比較，將初投資按時間價值分散到各使用年限中，其中年度費用最小者為優選方案。

假設資金貼現率為10%，殘值為0，計算得出冰蓄冷集中供冷系統年度費用低于常規系統，參見表4。

3.1.4 社會效益

冰蓄冷空調系統的節能潛力在于減緩高峰供電壓力，減少電廠裝機容量，從而減小了電廠的設備投資、運行費用以及CO2等污染物的排放量。

經測算，總部區能源中心系統

1）全年系統運行節約的用電量

由于采用了區域供冷系統，較之分散供冷減少了設備的裝機容量，在負荷匹配良好的條件下，根據測算，通過全年的優化運行，區域供冷系統全年耗電量2448.9萬kWh，較之常規空調系統節省161.8萬kWh，如果按1kWh電消耗404g標準煤計算，每年可節約654噸標煤。

2）環境效益方面

表4 兩種方案年度費用對比表

參照燃煤發電廠每發電1 kWh產生的污染量進行測算（見表5）。

表5 冰蓄冷區域供冷系統節能減排量預測

3）節約電廠投資

經測算，相對常規空調系統而言，采用冰蓄冷系統高峰用電轉移量550.6萬kWh，轉移率48%。本工程項目總蓄冰量40000RT，每年轉移高峰用電550.6萬 kWh，減少高峰電力容量5791kW，不計電廠運轉費用的增加，僅考慮火力發電廠6000元/kW的建設投資，可節約投資3475萬元。

3.2 總部區中采用的其他低碳、節能環保技術，以及與其相對應的LEED-CS主要可得分點

1）場地（總分28分）：園區周邊公共交通發達，園區內外綠化景觀舒適寧靜，綠化率達到31.3%大于規定值20%的要求，此外大面積采用地下停車，增加表面綠化同時緩解城市熱島效應。

2）節水（總分10分）：園區采用了雨水收集系統，提供綠化灌溉用水；并且園區內所有衛生間均采用了低流量的節水潔具，較傳統潔具節水40%；

3）能源與大氣（總分37分）：除了采用了上述重點介紹的能源中心冰蓄冷技術外，還采用新排風全熱回收系統，進一步節約了能源消耗。空調制冷劑采用R134而不是氟利昂。外墻及屋頂均鋪設保溫材料，玻璃幕墻采用Low-E玻璃。在照明方面，在地下室采用了LED節能燈具，園區路燈采用太陽能路燈。大樓內公共部位裝飾盡量選用了淺色表面和飾面，增加反光，以減少人工照明功率密度。

4）材料與資源（總分13分）：采用施工垃圾管理，對施工垃圾進行分類回收；最大限度的采用富含可回收成分的建筑材料；利用速生材料，如竹子、羊毛等，同時優先本地材料采購。

5）室內環境質量（總分12分）：大樓內設有禁止吸煙標志，對人體易產生污染的物質，包括油漆、涂料、地毯、合成木材、纖維產品等在內，內部裝修材料選擇時已注意VOC，即總揮發性有機物的含量，其具體標準可參照各相關規定。由于有大面積玻璃幕墻，室內日光和視野也已達到LEED標準。

6）創新設計（總分6分）：冰蓄冷及太陽能路燈可作為創新設計而獲得分數。

7）地區優選項（總分4分）:由于該項目不在美國本土，所以暫無得分點。

4 結語

1)低碳技術，包括文中介紹的能源中心冰蓄冷技術、新排風全熱回收技術、雨水收集技術、外墻保溫、Low-E幕墻、LED節能燈具、太陽能路燈等，均是在我國相對已較成熟的低碳環保技術，各開發區可根據各自的發展情況以及所在政府及公用事業部門的扶持引導政策，作相應的選擇。

2)LEED認證系統不僅是一個評價體系，它通過與業主、設計方、施工方以及住戶的全程參與，協同合作，使得綠色建筑不再是概念上的，而是變成實實在在的建筑作品。對于我國這樣一個建筑能耗大國而言，LEED確實具有一定的指導意義和可操作性。

3)雖然LEED是一個自愿采用的國外評估體系標準，但在致力于對外招商的國內開發區而言，還是具有一定的效用，該標準尤其得到了跨國公司的廣泛認可。 通過對LEED評估體系的實踐，為開發商提供了新的提高自身形象的機會和營銷新項目的平臺，同時對租戶也具有吸引力。

4)從漕河涇開發區若干項目嘗試低碳技術的實際情況來看，除了需要開發區自發的低碳環保意識，政府的相應支持也是必不可少的，其中包括稅收、政府補貼、貸款優惠、以及靈活的能源收費標準等。

5)能源中心冰蓄冷技術作為低碳技術中的一種實用新技術，在漕河涇開發區乃至上海尚屬首次嘗試。在國內，也只有北京中關村和廣州大學城等少數成功案例可以參考。從目前的前期測算來看，項目是可行的，并且具有良好的發展前景，但還需要通過以后若干年的常態運行才能得出結論，因此，建立一個完整的系統的節能效用標準將是接下去的一個重要工作。

6)推廣低碳技術，是實現城市可持續發展的重要途徑，也是開發區實現產業轉型，吸引高新技術企業落戶園區的重要手段。同時從文中介紹的這些低碳綠色技術來看，隨著技術的進一步成熟以及成本的進一步降低，對于建設方來說，經濟上也具有一定的吸引力。

[1]徐曉紅.綠色博物館建筑的探索.上海人民出版社，2010

[2]黃茂文.冰蓄冷低溫送風空調系統的原理、應用和發展.安裝.2009（01）：28-30.

[3]高曉暉 江瑛.關于LEED與我國綠色商業建筑市場化的思考.全國商情（經濟理論研究）.2009(11)