HVAC系统的碳足迹分析及环境评价指标
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
HVAC 系统 碳足 迹指 的 是HVAC系 统在 运
¹ m 樊瑛, 女, 1977 年 1 月生, 在读博士研究生 200092 上海市杨浦区密云路 528 弄博士生 3 号楼 180422 室 ( 021) 65987269 E2 mail: mrsfanying@ 163. com
收稿日期: 20082 122 04
¹
0 引言 自京都议定书规定了 CO2 , CH 4 , N2 O, H F C,
PF C, SF 6 六种气体为受管制的温室气体, 对各缔 约国的温室气体排放量进行量化的限制后, 各国积 极采取措施减缓温室气体排放。钢铁行业、污水处 理厂、电站等企业以及其他组织已定期核算温室气 体排放量。碳足迹是企业、组织等任何实体活动所 产生的以 CO2 当量 表示的 温室气 体总 排量。目 前, 碳足迹的研究领域主要涉及企业、个体, 如水厂 的碳足迹评估[ 1] 、叉车的碳足迹比较[ 2] 、生物质燃 料与汽油的碳足迹比较[ 3] 等。至今, 碳足迹分析还
H VAC 系统的范围 1 和范围 2 的温室气体排 放列举如下。范围 1: 锅炉、直燃机、燃气轮机等燃 烧设备的直接排放, 设备和管道接缝、冷藏和空调 装置等泄漏引起的直接排放; 范围 2: 水泵、电动压 缩式制冷机和房间空调器、电热水器等电动设备所 用电力的间接排放。
举例说明两个相关系统的碳足迹分析。A 系 统为一个燃气轮机热电联产系统, 多余的电力出售 给 B 系统。A 系统的碳足迹由 A 系统的直接排放 ( 范围 1) 、系统运行所购燃气的间接排放( 范围 2) 、 A 系统所有组成设备引起的间接排放组成。B 系 统的范围 2 的温室气体排放为从 A 系统中购入电 力的间接排放。
暖通空调 HV&AC 2009 年第 39 卷第 12 期
专业论坛 # 53 #
H VAC 系统的碳足迹分析及 环境评价指标*
同济大学 樊 瑛m 龙惟定
摘要 介绍了 H VAC 系统碳足迹的分析方法, 提出了评价系统对环境影响程度的两个指 标: 碳排量和单位输出能量的碳排量。前者用作同一区域的多种设计方案的评价指标, 后者用 作任何系统的环境影响评价指标。这两个指标可作为规划阶段不同系统设计方案的环境影响 评价指标, 也可作为对运行系统碳排量监测的理论依据。另外, 提出了设定 H VAC 系统的基 准碳排量的思想。
明确各个范围的界定, 可避免不同系统的重复 计算, 确保系统碳足迹分析的完整性。另外, 互相 比较的 H V AC 系统的碳足迹分析应遵循一致性的 原则, 即所比较的系统的碳足迹分析必须涵盖相同 的范围。如将仅包括范围 1 和 2 的系统与三个范 围都涵盖的系统的碳足迹进行比较是绝对不允许 的。 1. 1. 3 计算方法
emissions per output ener gy. The form er is for compar ing var ious HVAC system design schemes f or the same space, and the la tter is f or any systems. The both can be used as not only the envir onment al eva luation indices f or var ious HVAC system design schemes, but a lso as the the or y basis f or ca rbon emission monitoring of the opera tional systems. In addition, suggests building up base line car bon emissions of HVAC system.
Abstr a ct P resents the ana lysis method of carbon f ootprint of HVAC system, and puts forwar d two indices for a ssessing the impact of HVAC system in oper ation on envir onment: ca rbon emissions and car bon
以某园区的区域能源方案为例, 说明作为绝对 评价指标的碳排量的计算。该小区总建筑面积约 29 hm2, 建筑类型多样, 包括办公楼、会议中心、图书 馆、展览馆、商场、食堂、文化中心、剧院、酒店、体育 中心。区域供冷系统夏季设计日最大小时冷负荷为 28. 18 MW。方案 1: 区域 供冷, 制 冷能 力为 7 034 kW 的电制冷主机 3 台, 每台输入功率为1 135 kW; 制冷能力为 3 867 kW 的电制冷主机 2 台, 每台输入
HVAC 系统对环境影响程度如何, 可根据系 统的碳足迹来进行评判。因碳足迹分析所得温室 气体排放量以 CO2 当量表示, 故也称为碳排量。
在进行区域建筑能源规划时, 可采取不同的能 源供应方式。如区域 建筑, 可采取 全分散供冷供 热; 区域供热, 分散空调( 按房间) ; 区域供热, 集中 空调( 按建筑) ; 区域供冷供热; 区域供冷, 集中供热 等[ 7] 。当对同一区域的不同 H VAC 系统的环境效 应进行比较时, 可用绝对温室气体排放量, 即碳排 量作为绝对指标 CE 表示, 单位为 kg。
在统计边界内系统的温室气体排放源之前, 需 先明确温室气体排放的分类。
温室气体排放包括直接排放与间接排放。直 接排放是指计算边界内系统排放源的温室气体排 放; 间接排放是指为使系统运行购入的电力、热水 或蒸汽产生的温室气体排放以及构成系统的设备、 管道、构件等其他材料引起的温室气体排放。间接 排放不直接在系统运行中发生, 而是在其他地方或 系统中排放。
# 54 # 专业论坛
暖通空调 HV&AC 2009 年第 39 卷第 12 期
行过程中的温室气体排放量, 用 CO2 当量表示。 1. 1 H VAC 系统碳足迹分析的方法 1. 1. 1 设定系统计算边界
选定了所要计算的系统, 即设定了系统计算边 界。以集中供热系统为例, 锅炉房产生的热水沿室 外供热管网被输配到各建筑。若分析某建筑室内 供暖系统的碳足迹, 则以该建筑室内供暖系统为边 界; 若计算整个供热管网的碳足迹, 则以整个供热 管网系统为计算边界。 1. 1. 2 确认计算边界内系统的温室气体排放源
* / 低碳区域开发中建筑能源规划导 则0 研究课 题资助( 编号: G2 08052 10156)
未应用于 H VA C 领域[ 4] , 也未曾有学者、专家提出 H VAC 系统 的碳 足迹的 计算方 法。本文 提出 了 H VAC 系统碳足迹分析的完整体系, 同 时提出用 碳排量和单位输出能量的碳排量作为评判与权衡 H VAC 系统的环境影响评价指标, 并提 出设定基 准碳排量的思想。 1 HVAC 系统碳足迹分析
暖通空调 HV&AC 2009 年第 39 卷第 12 期
专业论坛 # 55 #
燃气 发 电 的 温 室 气 体 排 放 系 数 为 0. 443 kg/ ( kWh) [ 5] 。购入电力类型取决于当地电力情况和 用户意愿。
在购入电力来源相同的情况下, 电力设备的能 效等级会影响系统碳足迹。比如, 额定制冷量 528 kW 的水冷式冷水机组, 5 级产品的 COP 为 3. 80, 1 级产品的 COP 为 5. 00。选择 1 级机组比 5 级每 h 可节约用电 33. 35 kWh。若从排放系数为0. 778 kg/ ( kWh) 的燃重油发电厂购入电力, 则 1 h 可减 少 CO2 排放当量 25. 95 kg, 1 年可减排 227. 289 t 。 另外, 可再生能源技术如太阳能热水器、太阳能吸 收式热泵等设备在系统中的使用会减少购入电力, 从而也降低了系统碳足迹。
关键词 碳足迹 碳排量 环境评价指标 H VAC 系统 基准碳排量
Ca rb o n fo o tp rint a n a lys is a nd e n viro nm e n ta l e va lua tio n ind ic e s o f HVAC sy ste m
By Fan Ying n and Long Weiding
Keywor ds car bon f ootprint, carbon emission, environmenta l evaluat ion index, HVAC syste m, baseline car bon emission
n Tongji Univers ity, Shanghai, China
温室气体直接排放量与燃烧设备是否高效以
及系统运行维护水平有关。高效的燃烧设备燃料 燃烧充分, 温室气体排放量低, 这一点可由设计人 员控制。系统运行维护水平高, 系统泄漏的可能性 小, 由泄漏引起的直接排放量就会减少。
了解构成系统的设备、管件等的产业链, 选择 温室气体排放量低的产品, 是降低系统碳足迹的重 要途径。比如, 钢管和塑料管从原料开采、生产、使 用和废品处置整个寿命周期过程的碳排量必然不 同, 管材的选择将直接影响系统碳足迹。 2 HVAC 系统的环境影响评价指标
各种温室气体的 CO2 当量的总和为总的温室 气体排放量。
当不需要区分各种温室气体的排放量, 只需 得到总的温室气体 排放量时, 用综 合温室气体排 放系数乘以 消耗的 总燃 料或输 出的 总能 量即可 得到总的 温室 气体排 放量( 用 ECO2 , 即二 氧化碳 当量表示) 。 1. 2 降低 H VAC 系统碳足迹的途径
按温室气体排放量控制的难易程度, 温室气 体排放可分为 三个范围。范围 1: 系统计 算边界 内的直接排放; 范围 2: 为使系统运行购入的电 力、热水或 蒸汽等 能源 产生的 温室 气体 排放; 范 围 3: 构成系 统的设 备、管 道、构 件等其他 材料引 起的温室气体排放, 这部分指的是系 统内所有组 件从最原始的材料加工运输至 成品、成品运输至 当前系统所在地、报废以后材料回收 等所有活动 ( from cradle to grave) 中的温室气体排放。范围 2 和范围 3 属于间 接排 放。 购入电 力输 配系 统的 间接排放不计入 H VAC 系统, 应计 入电力公 司。 确认计算边 界内系 统的温 室气体 排放 源从 易到 难进行。先确认直接排 放( 范围 1) 源, 再 确认范 围 2 的间接排放源, 最后确认范围 3 的间接排放 源。通常, 范围 1 和范围 2 的温室气 体排放量是 必须计算的。范围 3 是可选择 的, 因 为范围 3 的 计算难度很大。
H VAC 系统运行需要电力, 而购买绿色电力 是减少系统温室气体排放量的重要机会, 对完全依 靠电力运行的系统尤其如此。绿色电力可由太阳 能光电板、地热能、掩埋气、风能、水力等可再生能 源与清洁能源提供, 绿色电力的温室气体排放系数 远低于常规能源发电的温室气体排放系数, 如水力 发电的温室气体排放系数为 0. 015 kg/ ( kWh) , 而
根据燃料用量、用电量、热水量或蒸汽量与wk.baidu.com 地排放系数得到各种温室气体的排放量, 然后根据 其全球变暖潜值 GWP 转化为 CO2 当量。具体计 算公式为
ECO2i = Mi @GWP i = G @Efi @GWP i ( 1) 式中 ECO2i 为某种温室气体的 CO2 当量, kg; Mi 为该气体的质量, kg; GWP i 为该气体的 GWP , 以 作用 100 年的 CO2 的 GWP 为基准, 计算出的各种 温室气体作用 100 年的 GWP 值; G 为燃料用量、 所用电量、热水量或蒸汽量, kg 或 kW h; Efi 为某种 温室气体排放系数, 消耗单位燃料或生产单位产品 的某种温室气体的排放量, kg/ kg 或 kg/ ( kWh) 。
¹ m 樊瑛, 女, 1977 年 1 月生, 在读博士研究生 200092 上海市杨浦区密云路 528 弄博士生 3 号楼 180422 室 ( 021) 65987269 E2 mail: mrsfanying@ 163. com
收稿日期: 20082 122 04
¹
0 引言 自京都议定书规定了 CO2 , CH 4 , N2 O, H F C,
PF C, SF 6 六种气体为受管制的温室气体, 对各缔 约国的温室气体排放量进行量化的限制后, 各国积 极采取措施减缓温室气体排放。钢铁行业、污水处 理厂、电站等企业以及其他组织已定期核算温室气 体排放量。碳足迹是企业、组织等任何实体活动所 产生的以 CO2 当量 表示的 温室气 体总 排量。目 前, 碳足迹的研究领域主要涉及企业、个体, 如水厂 的碳足迹评估[ 1] 、叉车的碳足迹比较[ 2] 、生物质燃 料与汽油的碳足迹比较[ 3] 等。至今, 碳足迹分析还
H VAC 系统的范围 1 和范围 2 的温室气体排 放列举如下。范围 1: 锅炉、直燃机、燃气轮机等燃 烧设备的直接排放, 设备和管道接缝、冷藏和空调 装置等泄漏引起的直接排放; 范围 2: 水泵、电动压 缩式制冷机和房间空调器、电热水器等电动设备所 用电力的间接排放。
举例说明两个相关系统的碳足迹分析。A 系 统为一个燃气轮机热电联产系统, 多余的电力出售 给 B 系统。A 系统的碳足迹由 A 系统的直接排放 ( 范围 1) 、系统运行所购燃气的间接排放( 范围 2) 、 A 系统所有组成设备引起的间接排放组成。B 系 统的范围 2 的温室气体排放为从 A 系统中购入电 力的间接排放。
暖通空调 HV&AC 2009 年第 39 卷第 12 期
专业论坛 # 53 #
H VAC 系统的碳足迹分析及 环境评价指标*
同济大学 樊 瑛m 龙惟定
摘要 介绍了 H VAC 系统碳足迹的分析方法, 提出了评价系统对环境影响程度的两个指 标: 碳排量和单位输出能量的碳排量。前者用作同一区域的多种设计方案的评价指标, 后者用 作任何系统的环境影响评价指标。这两个指标可作为规划阶段不同系统设计方案的环境影响 评价指标, 也可作为对运行系统碳排量监测的理论依据。另外, 提出了设定 H VAC 系统的基 准碳排量的思想。
明确各个范围的界定, 可避免不同系统的重复 计算, 确保系统碳足迹分析的完整性。另外, 互相 比较的 H V AC 系统的碳足迹分析应遵循一致性的 原则, 即所比较的系统的碳足迹分析必须涵盖相同 的范围。如将仅包括范围 1 和 2 的系统与三个范 围都涵盖的系统的碳足迹进行比较是绝对不允许 的。 1. 1. 3 计算方法
emissions per output ener gy. The form er is for compar ing var ious HVAC system design schemes f or the same space, and the la tter is f or any systems. The both can be used as not only the envir onment al eva luation indices f or var ious HVAC system design schemes, but a lso as the the or y basis f or ca rbon emission monitoring of the opera tional systems. In addition, suggests building up base line car bon emissions of HVAC system.
Abstr a ct P resents the ana lysis method of carbon f ootprint of HVAC system, and puts forwar d two indices for a ssessing the impact of HVAC system in oper ation on envir onment: ca rbon emissions and car bon
以某园区的区域能源方案为例, 说明作为绝对 评价指标的碳排量的计算。该小区总建筑面积约 29 hm2, 建筑类型多样, 包括办公楼、会议中心、图书 馆、展览馆、商场、食堂、文化中心、剧院、酒店、体育 中心。区域供冷系统夏季设计日最大小时冷负荷为 28. 18 MW。方案 1: 区域 供冷, 制 冷能 力为 7 034 kW 的电制冷主机 3 台, 每台输入功率为1 135 kW; 制冷能力为 3 867 kW 的电制冷主机 2 台, 每台输入
HVAC 系统对环境影响程度如何, 可根据系 统的碳足迹来进行评判。因碳足迹分析所得温室 气体排放量以 CO2 当量表示, 故也称为碳排量。
在进行区域建筑能源规划时, 可采取不同的能 源供应方式。如区域 建筑, 可采取 全分散供冷供 热; 区域供热, 分散空调( 按房间) ; 区域供热, 集中 空调( 按建筑) ; 区域供冷供热; 区域供冷, 集中供热 等[ 7] 。当对同一区域的不同 H VAC 系统的环境效 应进行比较时, 可用绝对温室气体排放量, 即碳排 量作为绝对指标 CE 表示, 单位为 kg。
在统计边界内系统的温室气体排放源之前, 需 先明确温室气体排放的分类。
温室气体排放包括直接排放与间接排放。直 接排放是指计算边界内系统排放源的温室气体排 放; 间接排放是指为使系统运行购入的电力、热水 或蒸汽产生的温室气体排放以及构成系统的设备、 管道、构件等其他材料引起的温室气体排放。间接 排放不直接在系统运行中发生, 而是在其他地方或 系统中排放。
# 54 # 专业论坛
暖通空调 HV&AC 2009 年第 39 卷第 12 期
行过程中的温室气体排放量, 用 CO2 当量表示。 1. 1 H VAC 系统碳足迹分析的方法 1. 1. 1 设定系统计算边界
选定了所要计算的系统, 即设定了系统计算边 界。以集中供热系统为例, 锅炉房产生的热水沿室 外供热管网被输配到各建筑。若分析某建筑室内 供暖系统的碳足迹, 则以该建筑室内供暖系统为边 界; 若计算整个供热管网的碳足迹, 则以整个供热 管网系统为计算边界。 1. 1. 2 确认计算边界内系统的温室气体排放源
* / 低碳区域开发中建筑能源规划导 则0 研究课 题资助( 编号: G2 08052 10156)
未应用于 H VA C 领域[ 4] , 也未曾有学者、专家提出 H VAC 系统 的碳 足迹的 计算方 法。本文 提出 了 H VAC 系统碳足迹分析的完整体系, 同 时提出用 碳排量和单位输出能量的碳排量作为评判与权衡 H VAC 系统的环境影响评价指标, 并提 出设定基 准碳排量的思想。 1 HVAC 系统碳足迹分析
暖通空调 HV&AC 2009 年第 39 卷第 12 期
专业论坛 # 55 #
燃气 发 电 的 温 室 气 体 排 放 系 数 为 0. 443 kg/ ( kWh) [ 5] 。购入电力类型取决于当地电力情况和 用户意愿。
在购入电力来源相同的情况下, 电力设备的能 效等级会影响系统碳足迹。比如, 额定制冷量 528 kW 的水冷式冷水机组, 5 级产品的 COP 为 3. 80, 1 级产品的 COP 为 5. 00。选择 1 级机组比 5 级每 h 可节约用电 33. 35 kWh。若从排放系数为0. 778 kg/ ( kWh) 的燃重油发电厂购入电力, 则 1 h 可减 少 CO2 排放当量 25. 95 kg, 1 年可减排 227. 289 t 。 另外, 可再生能源技术如太阳能热水器、太阳能吸 收式热泵等设备在系统中的使用会减少购入电力, 从而也降低了系统碳足迹。
关键词 碳足迹 碳排量 环境评价指标 H VAC 系统 基准碳排量
Ca rb o n fo o tp rint a n a lys is a nd e n viro nm e n ta l e va lua tio n ind ic e s o f HVAC sy ste m
By Fan Ying n and Long Weiding
Keywor ds car bon f ootprint, carbon emission, environmenta l evaluat ion index, HVAC syste m, baseline car bon emission
n Tongji Univers ity, Shanghai, China
温室气体直接排放量与燃烧设备是否高效以
及系统运行维护水平有关。高效的燃烧设备燃料 燃烧充分, 温室气体排放量低, 这一点可由设计人 员控制。系统运行维护水平高, 系统泄漏的可能性 小, 由泄漏引起的直接排放量就会减少。
了解构成系统的设备、管件等的产业链, 选择 温室气体排放量低的产品, 是降低系统碳足迹的重 要途径。比如, 钢管和塑料管从原料开采、生产、使 用和废品处置整个寿命周期过程的碳排量必然不 同, 管材的选择将直接影响系统碳足迹。 2 HVAC 系统的环境影响评价指标
各种温室气体的 CO2 当量的总和为总的温室 气体排放量。
当不需要区分各种温室气体的排放量, 只需 得到总的温室气体 排放量时, 用综 合温室气体排 放系数乘以 消耗的 总燃 料或输 出的 总能 量即可 得到总的 温室 气体排 放量( 用 ECO2 , 即二 氧化碳 当量表示) 。 1. 2 降低 H VAC 系统碳足迹的途径
按温室气体排放量控制的难易程度, 温室气 体排放可分为 三个范围。范围 1: 系统计 算边界 内的直接排放; 范围 2: 为使系统运行购入的电 力、热水或 蒸汽等 能源 产生的 温室 气体 排放; 范 围 3: 构成系 统的设 备、管 道、构 件等其他 材料引 起的温室气体排放, 这部分指的是系 统内所有组 件从最原始的材料加工运输至 成品、成品运输至 当前系统所在地、报废以后材料回收 等所有活动 ( from cradle to grave) 中的温室气体排放。范围 2 和范围 3 属于间 接排 放。 购入电 力输 配系 统的 间接排放不计入 H VAC 系统, 应计 入电力公 司。 确认计算边 界内系 统的温 室气体 排放 源从 易到 难进行。先确认直接排 放( 范围 1) 源, 再 确认范 围 2 的间接排放源, 最后确认范围 3 的间接排放 源。通常, 范围 1 和范围 2 的温室气 体排放量是 必须计算的。范围 3 是可选择 的, 因 为范围 3 的 计算难度很大。
H VAC 系统运行需要电力, 而购买绿色电力 是减少系统温室气体排放量的重要机会, 对完全依 靠电力运行的系统尤其如此。绿色电力可由太阳 能光电板、地热能、掩埋气、风能、水力等可再生能 源与清洁能源提供, 绿色电力的温室气体排放系数 远低于常规能源发电的温室气体排放系数, 如水力 发电的温室气体排放系数为 0. 015 kg/ ( kWh) , 而
根据燃料用量、用电量、热水量或蒸汽量与wk.baidu.com 地排放系数得到各种温室气体的排放量, 然后根据 其全球变暖潜值 GWP 转化为 CO2 当量。具体计 算公式为
ECO2i = Mi @GWP i = G @Efi @GWP i ( 1) 式中 ECO2i 为某种温室气体的 CO2 当量, kg; Mi 为该气体的质量, kg; GWP i 为该气体的 GWP , 以 作用 100 年的 CO2 的 GWP 为基准, 计算出的各种 温室气体作用 100 年的 GWP 值; G 为燃料用量、 所用电量、热水量或蒸汽量, kg 或 kW h; Efi 为某种 温室气体排放系数, 消耗单位燃料或生产单位产品 的某种温室气体的排放量, kg/ kg 或 kg/ ( kWh) 。