既有公共建筑運行碳排放量換算與碳交易現狀分析

張曉冬，高喜玲，王鐵勇

（1.中國建筑技術集團有限公司湖北建筑設計分院，湖北 武漢 430000；2.江蘇建筑職業技術學院；3.北京清大原點建筑設計有限公司徐州分公司，江蘇 徐州 221116）

1 前言

2013年，我國建立了7個碳排放權交易試點，加快培育碳排放權交易市場。試點工作開展至今，二氧化碳排放總量和強度出現了雙降的趨勢。高瓴產業創新研究院與北京綠色金融與可持續發展研究院發布的《邁向2060碳中和——聚焦脫碳之路上的機遇和挑戰》中指出，我國最晚實現碳中和的主要部分將很有可能是建筑部門，建筑部門是碳排放最高的終端消費來源，在現有情況下，我國建筑行業的碳排放將繼續增加，預計2039年左右才能達到峰值，比計劃中2030年全國整體實現碳達峰晚9年。

建筑全生命周期碳排放主要分為5個階段：建筑材料的生產和運輸、建筑施工、建筑運行、建筑拆除、廢料回收和處理。建筑節能減碳措施的關鍵措施之一就是降低運營成本，特別是能源成本和總生命周期成本，根據世界綠色建筑委員的報告，新建綠色建筑可以節約15%的運營成本，而綠色樓宇改造項目可以節約13%的運營成本。

本文主要針對既有公共建筑運營階段碳排放進行探討，通過對空調系統加裝智能AI控制系統后，分析計算運行節電產生的碳排放，并對碳排放權交易的可行性進行評估。

2 建筑領域碳交易現狀分析

中國碳交易市場建于2011～2016年，已陸續在深圳、上海、北京、廣東、天津、湖北、重慶、四川、福建等9省市試點碳排放權交易。試點區域及全國市場均采用了CCER的抵消機制，即納入碳排放交易的單位（控排企業）可以通過購買CCER 抵消其超額溫室氣體排放。1個CCER等同于1個配額，可以抵消1t二氧化碳當量（CO2）的排放，抵消機制的設計使核證自愿減排量與強制配額市場建立鏈接機制。碳排放配額和國家核證自愿減排量（CCER）是中國碳市場基礎產品，而全國碳市場運行初期CCER需求量約1.65億噸/年（首批納入電力企業碳排放超33億噸/年，抵消比例5%），長期需求有望擴容至4億噸/年（全國碳市場擴容至八大行業后，預計碳排放達70～80億噸/年），因此，CCER存在巨大的市場缺額。

為加快全國溫室氣體自愿減排市場建設，加快推進CO2自愿減排管理和交易中心籌建工作，完善自愿減排交易制度、規范設計，鼓勵各類企業、社會團體和個人參與自愿減排，核算碳排放交易配額，通過在碳市場交易，抵消碳排放較高企業生產運營缺少的部分碳排放配額。

在建筑碳交易市場中，若某建筑中央空調運行時實際的碳排放量低于初始預測數量，即為剩余排放額度，業主可出售剩余排放額度而獲得收益，有利于提高全民參與實現雙碳目標的積極性。全世界第一個以建筑為對象的交易體系是日本的東京都總量控制交易體系，該體系為政府強制性交易體系。該體系中包括1400個大型公共建筑、工廠等，結合歷史基線和減排系數進行分配，交易過程中涉及主體包括政府、減排建筑、交易平臺以及第三方核證機構。數據顯示，日本在建筑領域實行碳排放交易政策后的效果十分顯著。在該體系運行后，第一年實現約13%的減排量，2014年已實現約25%的減排量。我國目前只有天津的民用建筑能效交易模式采用“強制為主、激勵為輔”的交易方式。其中，天津排放權交易所為唯一的排放權交易平臺，而天津市建設交通委員會下轄的民用建筑能效專業委員會，負責減排單位的能耗定額審定及減排量注冊、簽發、交易備案等工作。2010年，天津能效交易市場以50元/噸的價格成功售出采暖節約的11500t碳當量，成功完成第一筆交易，為建筑領域碳交易的發展起到了良好的示范作用。深圳建筑碳排放權交易模式是國內首個正規的建筑領域強制性碳交易市場，于2013年6月正式落地實施。目前，深圳市以單體建筑面積2萬㎡為標準，將200棟規模大于該標準的公共建筑納入了該交易體系，為我國建筑領域實施碳交易制度起到了較好的基礎示范作用。目前，建筑領域碳交易還存在建筑碳排放量核算難度較大、單體建筑的碳交易成本較高等問題。

3 空調AI智能控制系統碳排放量換算與碳交易

3.1 空調AI智能控制系統優勢

公共建筑中耗電量最大的是中央空調系統，約占整體建筑能耗的40%，同時，因為運行效率低還存在10%～30%的能源浪費，而降低公共建筑運營成本的最有效的方式，是在中央空調系統中應用智能控制，即AI智能控制系統，通過物聯網來實現機房的自動管理和數據采集。

空調AI智能控制系統包含以下3層架構，云端控制原理如圖1所示：（1）采集：定制的工業級高精度無線傳感器非侵入式的安裝。（2）傳輸：采用lora技術，組網靈活，安全性高。（3）應用：現場端，到數據統計和分析，管理端，循環的數據產生環，人工智能的反向優化和精準智控。

圖1 中央空調智能云端控制原理

空調AI智能控制系統有以下3個方面優勢：（1）空調設備數字化。手機端/電腦端虛擬機房展示、數據動態監控、故障在線報警、預防性維護提醒功能。（2）智能控制。系統自動控制、云端自動調整運行參數、設備優先級動態決策、附屬設備智能控制、故障定位指導。（3）節能降耗。邊緣計算技術、云端大數據分析、半監督模糊算法、AI自動尋優、機器學習優化，預測系統節能降耗達15%～20%，實測可達到20%～30%。

3.2 加裝空調AI智能控制系統后碳排放量換算

以北京某酒店工程為例，校核優化控制策略前后，酒店中央空調運行電費對比。

工程概況：該酒店項目位于北京豐臺區，客房數量為118間，7層，建筑高度23.1m，2020年重新裝修改造，2021年1月，增設中央空調AI智能系統并投入運行，中央空調主機采用風冷熱泵模塊機組，設備配置參數表1如示。

表1 設備配置參數

該空調系統增設AI智能控制系統后，實測電費對比，如圖2所示。

圖2 優化前后電費對比

通過對優化前后耗電量的實測數據對比分析，可以看出，每年的用電量可節約10%～20%，尤其在11月、12月、次年1月的空調采暖季，能耗越大的期間經濟效益更加明顯，節能效果也越好。

既有建筑能耗構成主要是空調能耗、照明能耗，根據《北京市企業（單位）二氧化碳排放核算和報告指南》（2016版）和國家對華北地區的基準線排放因子的加權，折算系數建議采用的0.72kgCO2/kW·h，折算成CO2排放量。該酒店中央空調智能改造前后CO2年排放量見表2，節約排放量為0.012萬噸CO2。

表2 酒店每年碳排放量

3.3 碳排放權交易

根據上海環境能源交易所數據，截至2021年9月底，碳排放成交價格介于41～61.07元/噸，則由此換算得知，該酒店中央空調運行策略優化后節約的碳排放量可以交易金額為4920～7328元/年。

我國經歷了近20年的大規模建設，存量建筑已有644億㎡，其中有中央空調的公共建筑約為26億㎡，其中運行碳排放22億噸，如果增加中央空調的AI智能系統，全國每年可節約2.2～6.6億噸碳排放量，可交易金額1.3～3.3億元/年。

這部分碳排放量在發電、運輸、制造行業來說微不足道，但是，很多行業節能減排是不可持續的，而建筑節能則是貫穿整個建筑生命周期的，循環用能、累積節約，數量同樣可觀。

4 結語

公共建筑中央空調AI智能系統，已經能給建筑中央空調運行節能提供數據支撐，但照明能耗、建筑維護、更新和拆除階段的碳排放目前還未形成統一標準，無法核算，另外，建筑的建設期碳排放、運行階段碳排放與其他行業的重合部分，該如何認定分離，也沒有統一、切實可行的方法和標準，再則，建筑領域的碳排放權交易市場涉及主體眾多，碳交易市場運行過程中也有政策、技術、價格以及外部環境等諸多風險因素。

物聯網+大數據+AI算法，以算法為中心應用在建筑節能領域，在能源管理、設備監控和環境監測等方面，為建筑領域的碳排放核算提供數據依據和分析基礎。根據現有建筑運行能耗數據，為新建建筑設定一個合理的、科學的碳減排目標，針對不同區域、不同類型、不同規模的建筑設定不同的碳排放基準線，有了基準線，再結合實際運營能耗、差值轉換成CCER，在碳交易市場交易抵消高能耗企業配額不足。建筑領域的碳交易要分類、分層、分階段逐步推進，建立并完善碳交易制度和配套措施。