上海某大型商業綜合體運行能耗及碳排放分析

張 昊

上海華之門信息技術有限公司

0 引言

化石能源的燃燒會釋放大量的CO2，造成“溫室效應”。自工業革命以來，人類對能源的需求劇增，導致大氣中的CO2從約280 ppm上升到了約405 ppm［1］。如果這個勢頭不能逆轉，將可能導致嚴重的氣象災害。2020年9月22日習近平主席在第75屆聯合國大會一般性辯論上提出，中國將采取更有力的政策和措施，CO2排放量力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。

建筑部門是能源消費的三大領域（工業、交通、建筑）之一，其能耗與碳排放在全社會能耗及碳排放中占比顯著。建筑全壽命周期碳排放又可以歸納為建設期碳排放、運行期碳排放以及拆除碳排放。有研究表明，建筑運營期碳排放占全壽命周期碳排放的三分之二以上［2］。

近年來，大型商業綜合體如雨后春筍般出現在各大城市的版圖上，創造了一個又一個的商業奇跡。大型城市商業綜合體建筑面積往往在10萬m2以上，內部囊括了辦公、零售、餐飲、娛樂等各種業態，體量巨大，功能復雜，能耗顯著。筆者對上海市某運營中的大型商業綜合體進行了能耗調研，分析了其能耗數據，并對其運行碳排放情況進行了計算。

1 調研項目概況

2022年1月，筆者對上海市某個正在運營的大型商業綜合體項目進行了現場調研走訪，獲取了其2021年度全年的分項能耗數據。該項目的概況如下：項目位于上海市西北部，總建筑面積33.69萬m2，地上6層，地下3層（其中B1為商業功能），建筑高度49.9 m。該項目開業時間為2020年，自從開業以來，其商鋪出租率始終保持在90%以上，客流量也較為可觀，在重大節假日單日客流可達10萬人次。該項目按照綠色建筑二星級標準設計，并于運營滿一年后獲得LEED O+M鉑金級認證。

1.1 項目圍護結構概況

該項目圍護結構采用玻璃幕墻結合不透光鋁板幕墻，無外遮陽和內遮陽設計，無開啟外窗。東、南、西立面的窗墻比為0.27～0.32，北向窗墻比0.57。玻璃幕墻采用金屬隔熱型材（隔熱條高度26 mm）（5中透光Low-E+12Ar+5（中透光）），傳熱系數2.2 W/(m2·K)，玻璃遮陽系數0.40，窗框系數0.75，可見光透射比0.40。

商業中庭設置了采光天窗，采光天窗占屋面面積比例小于20%，無外遮陽和內遮陽設計，無可開啟外窗。天窗采用金屬隔熱型材（隔熱條高度26 mm）及5中透光Low-E+12Ar+5（中透光）玻璃，傳熱系數2.2 W/(m2·K)，遮陽系數0.30，窗框系數0.75，可見光透射比0.50。

1.2 項目機電系統概況

該項目電力系統采用兩路35 kV進線，總配電容量2×16 000 kVA。項目室內商業公區采用全LED照明，車庫與后勤區域采用T5熒光燈。公區照明系統全部由BA系統集中控制。項目設置了集中BA系統，對地下隔油池、車庫風機、排油煙風機、空調箱、新風機等進行集中控制，并設定啟停時間表。項目內部的商鋪用電均采用智能電表計量，物業按月代收代付電費。

項目空調冷熱源采用水冷冷水機組加真空熱水鍋爐的方式。配置1 600 RT離心冷水機組5臺，320 RT螺桿式冷水機組2臺，總制冷量30 378 kW。配置3 500 kW真空熱水鍋爐4臺，總制熱量14 000 kW。項目另外設置1臺換熱量為6 800 kW的板式換熱器，作為冬季免費供冷冷源。項目冷凍水采用一次泵變流量系統，冷卻水采用定流量系統，冷卻塔設置于屋面。末端采用分區兩管制，商業內區全年供冷，外區冬季供熱夏季供冷。商業公區采用定風量全空氣系統，為商戶租賃區域設置集中新風系統對新風進行冷熱處理。商戶內部預留冷凍水及新風接管，由租戶自行安裝風機盤管，接駁新風口。該項目的冷凍機組參數見表1。

表1 調研項目冷水機組設備表

該項目生活給水系統采用市政直供+變頻加壓供水方式，地下室和一層采用市政直供，二層及以上采用水池+變頻加壓供水。設計最高日用水量4 513 t，設計年用水量90 048 t。

項目采暖真空鍋爐和地上部分餐飲店鋪設有燃氣（市政天然氣）供應，鍋爐用氣為中壓用氣，餐飲用氣均為低壓用氣。用氣餐飲店鋪均設燃氣計量表，由用戶直接向燃氣公司支付賬單費用。

1.3 項目可再生能源應用概況

該項目無可再生能源應用。

2 調研結果總結

2.1 項目機電系統運營策略

根據現場調研與座談，該項目各系統的主要運營要點如下：

1)空調水系統：早晨商場開業時間為9:00，提前30 min啟動制冷機組及水泵對系統進行預冷。晚上商場整體歇業時間為22:00整，通常冷凍機運行至21:30，冷凍泵運行至21:45。冷凍機房雖設有群控系統，但日常運營加減機策略由物業人員人工設定，主要判斷依據為回水溫度。經與運營人員溝通了解，制冷高峰負荷通常出現在夏季周末午餐及晚餐時間段的商場人流量最大的時刻。個別有提前或延時營業的店鋪，自行設置了電費自理的多聯機空調系統，可以實現靈活控制。冷凍水供水溫度由物業根據天氣情況手動設置，通常設置在10℃，供回水溫差5℃。

2)新風系統：項目公區安裝了CO2傳感器，物業根據CO2實測數據人工啟停新風機組。經向運營人員了解，過渡季節（室外空氣溫度低于室內溫度）時，新風機組在運營時間全程工頻運行，在供冷和采暖季節，為節約能耗，新風機組僅在出現人員上報體感發悶之時才會運行，其余大部分時間段均不運行。

3)照明系統：商業公區照明設置了集中控制，為保證商場體感，除中庭天窗附近區域的燈具根據自然采光情況按需開關外，其余無采光區域照明在日常運營期間均常亮。地庫照明根據回路，按車位、車道分開進行開關控制以實現節能。

2.2 項目運行能耗調研結果總結

通過與物業溝通，獲得了該項目全年運行能耗（見表2）。

表2 商業綜合體項目2021年度全年運行能耗

該項目設有用電分項計量，可以對用電量數據進行進一步分析，將其拆分為：租戶用電（包括商鋪照明、廚房烹飪、特殊游樂設備等）、公共照明用電、電梯用電、空調用電（含主機及末端）、充電樁用電以及其他用電（包括風機動力用電、弱電設施用電、給排水設備用電等），各項全年用電數據及占比見表3。

表3 調研商業綜合體項目2021年度各項用電數據

由表3可見，全年總用電量中，租戶用電占總用電量的65.1%。除去租戶用電后，占用電量最大比重的是空調用電，占總用電量的12.7%，排在其后的用電大戶是公共照明和汽車充電樁用電，占總用電量的6.6%和6.2%。特別需要指出的是，該項目有35 kV/10 kV，10 kV/380 V兩級變壓，變壓器不可避免地存在損耗，根據系統讀數，變壓器損耗占到了35 kV側總耗電量的3.4%。

由于租戶用電與經營狀況息息相關，相對不可控，而變壓器損耗非本文重點研究內容，故將租戶用電和變壓器損耗剔除后，分析公共用電類別，可得圖1結果。通過圖1可見，在商場公共用電中，空調用電占40.5%，是第一用電大戶，其次是照明用電和充電樁用電，占21%和19.8%。

圖1 調研項目全年各項公共用電占比

根據物業提供的數據，項目全年逐月能耗情況見圖2。從圖2中可以總結出以下規律：

圖2 調研項目逐月能耗

1)全年總用電量的峰值月份為8月，而空調用電量的峰值也發生在8月。一年中，總用電量的逐月變化趨勢與空調用電量的逐月變化趨勢基本吻合。

2)商鋪用電隨月份亦有波動，但其波動幅度沒有空調用電和總用電大。究其原因是由于部分商戶自行安裝了空調，其空調電費計入商鋪用電。

3)商鋪用電除了受氣候影響，也與一年當中人們的消費行為息息相關。由于圣誕節至春節帶來消費高峰，12月至2月的商鋪用電量也出現一個局部峰值。而之后的3月和4月是消費淡季，商鋪用電量也出現了全年的低谷。

4)其他用電量包括除了商鋪用電和空調用電之外的所有用電項目，這一部分的用電量基本全年穩定，在夏季稍有增加。經了解，其他用電量包括各類機房用電，而機房空調用電也在夏季達到高峰。

3 項目運行碳排放計算

建筑碳排放可以分為以下4種類型［3］：

1)建筑運行過程中的直接碳排放；

2)建筑運行過程中的間接碳排放；

3)建筑建造和維修導致的間接碳排放；

4)建筑運行過程中的非CO2類溫室氣體排放。

上述1）是指在建筑運行過程中直接燃燒化石燃料導致的碳排放，具體針對該項目而言，是指冬季采暖時真空鍋爐燃燒天然氣釋放出的CO2，以及餐飲商鋪炊事用燃氣釋放出的CO2。2）是指建筑運行過程中使用電力、熱力等二次能源造成的碳排放，具體針對該項目而言，是指項目用電造成的間接碳排放。3）和4）類目的碳排放，本文暫不作分析。

計算該項目類型1）碳排放：根據國家標準GB/T 51366-2019《建筑碳排放計算標準》，天然氣的碳排放因子為55.54 tCO2/tJ，天然氣的低位熱值為37.6 MJ/Nm3，則可計算得到單位天然氣消耗量引起的碳排放為2.09 kgCO2/Nm3。調研項目年采暖用氣量為288 167 Nm3，計算可得年采暖用氣產生的碳排放為602.3 t。

計算該項目類型2）碳排放：根據滬環氣【2022】34號文，核算使用外購電力所導致的排放時，電力排放因子為4.2 t CO2/104kWh，調研項目年總用電量為53 289 143 kWh，因用電產生的碳排放為22 381.4 t/a。

以上總計22 983.7 t/a，按照項目總建筑面積折算，單位面積碳排放強度為68.2 kgCO2/m2·a。

4 結論

筆者對上海市某商業綜合體建筑進行了實地調研和數據收集，獲取了其2021年度能源消耗總量和逐月數據，并對分項數據進行分析總結出以下結論：

1)調研項目的年度總用電量為53 289.1 MWh，總公共用水量為11 664 t，總采暖燃氣消耗量為288 167 Nm3。折算到單位建筑面積分別為158 W/m2·a，34.6 L/m2·a，0.86 Nm3/m2·a。

2)在商場總用電量中，占比最大的是商戶用電，占全年總用電量的65.1%，按用電量多少排序，其次分別為中央空調用電量12.7%，公共照明用電量6.6%，車庫充電樁用電量6.2%。

3)調研項目的逐月用電量與商業客流和室外氣象相關，全年最高用電量出現在8月，對應于最熱的天氣以及暑期客流。8月空調用電量占總用電量的比例達到22.3%，為全年平均比例的1.75倍。

4)調研項目的年運行碳排放強度（未計入租戶餐飲用燃氣相關碳排放）為68.2 kg CO2/m2·a。

5)根據能耗占比，調研項目若進行節能減碳改造，主要措施應從空調采暖節能、照明節能以及充電設備節能方面挖潛力。可采用的手段有：高效制冷、帶自然光感應的智能化燈控系統、高光效燈具、提高充電樁用電效率，等等。