奥帆中心零碳社区海水源热泵改造及减碳效果

1 概述

为实现2030年碳达峰和2060年碳中和的目标，各行各业都在积极探索零碳路径。建筑领域是能源消费端减排的重点对象，尤其随着我国城镇化速度加快，既要注重新增建筑的绿色低碳设计，也需要兼顾解决巨大存量建筑的碳排放问题。建筑能耗中，暖通空调系统能耗占比高，是主要的碳排放源，尤其是公共建筑

，有必要尽快确定技术适宜可行、环境经济效益显著的节能减排行动方案。我国地域辽阔，各区域自然资源条件和建筑能源需求不同，实现零碳目标的技术路线也存在差异。

青岛是北方典型的沿海城市，建筑冷热负荷相差不大

，适合采用海水源热泵满足建筑冷热需求。本文对青岛奥帆中心零碳社区建设中的海水源热泵改造工程的减碳效果进行探讨。

2 项目概况

奥帆中心位于青岛市核心区域，总用地面积45 km

，总建筑面积22.7×10

m

，社区内包括10栋建筑，覆盖各种类型的大型公共建筑(会议、酒店、办公、博物馆、媒体中心等)，是具有代表性的公共建筑集中区。建设零碳社区的目标于2020年4月确立，力争将社区内建筑的碳排放强度降至25 kg/(m

·a)以下。

媒体中心位于奥帆中心南端，在2008年奥运会期间主要承担新闻宣传和电视转播等工作，赛后作为青岛国际游艇俱乐部的会所。媒体中心总建筑面积为7 900 m

，空调面积6 000 m

。设计热指标为100 W/m

，设计冷指标为150 W/m

。采用海水源热泵供暖、供冷，于2008年1月投入使用。根据设计冷负荷选用3组全封闭柔性涡旋压缩机的高性能水源热泵机组，每组5台，单台水源热泵机组的额定制冷量为90 kW，额定制热量为120 kW，并联方式连接。供暖期1组运行，2组备用。供冷期2组运行，1组备用。随着服役时间延长，海水源热泵机组能效降低，碳排放强度也随之升高。根据ASHRAE能效标尺，属于亟需改善级别，且设备故障率非常高。因此，在零碳社区的建设过程中成为重点改造对象。

改造后采用2台高效螺杆式热泵机组替代原机组，单台额定制冷量为593 kW，额定制热量为614 kW。水泵、水箱等设备运行状态良好，不进行改造。

3 热泵机组耗电量

3.1 冷热负荷测算

建筑工作时间：室外温度为26～27 ℃时，负荷率为25%。室外温度为27～28 ℃时，负荷率为50%。室外温度为28～29 ℃时，负荷率为75%。室外温度大于29 ℃时，负荷率为100%。建筑非工作时间：空调系统关闭。供冷期建筑工作时间不同室外温度的延续时间与冷负荷见表1。

除了以上三种能量，你们还需要获得兴趣能量、榜样能量……虽然获得这些正能量的过程很艰难，但确实能让你们拥有无比明朗的初中生活，也让我无法再靠近你们。至于未来，你们还会不会遇见我，我会不会从你们心底“逃出去”，都取决于你们自己的选择。

供冷期110 d，供冷室内设计温度为26 ℃。供暖期141 d，供暖室内设计温度为18 ℃。供冷期空调室外计算温度为29.4 ℃，供暖期空调室外计算温度为-7.2 ℃。建筑工作时间为7:00—18:00。

采用基于非关联流动法则与M-C准则精确匹配的DP5准则，在饱和土的DP5模型中引入基质吸力分量与总黏聚力公式(4)，可得到用于分析非饱和土的力学特性的DP5模型关系式：

1.4 统计学方法 采用SPSS 19.0统计学软件对数据进行分析。计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用t检验；计数资料以例(百分率)表示，组间比较采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

供暖期建筑工作时间、非工作时间不同室外温度下的热负荷分别见表2、3。供暖期各月建筑工作时间、非工作时间不同室外温度延续时间分别见表4、5。

建筑工作时间：室外温度大于10 ℃时，负荷率为25%。室外温度为5～10 ℃，负荷率为50%。室外温度为0～5 ℃，负荷率75%。室外温度为-5～0 ℃，负荷率为90%。室外温度小于-5 ℃时，负荷率为100%。建筑非工作时间：空调系统需满足值班负荷，将室内温度控制在5～10 ℃。建筑非工作时间热负荷取相同条件下建筑工作时间热负荷的30%。

② 供暖期

① 供冷期

尹军平还表示，随着“三通一达”、顺丰、德邦等的陆续上市，整合大幕实际上已然拉开，而且行业内并购标的也在快速增加，一方面第一代物流企业家已到退休年龄，而很多二代不太愿意接班；另一方面，80、90年代出生的企业家家族观念没那么强，很多企业家创业成功后并不介意通过并购退出。

3.2 热泵机组耗电量

供冷期建筑工作时间不同负荷率下热泵机组的制冷性能系数见表6。与供冷期不同，供暖期的制热性能系数则主要考虑海水温度的影响。供暖期各月海水温度与制热性能系数见表7。

由表1、6数据，可计算得到供冷期热泵机组耗电量为80 070.10 kW·h。由表2～5、表7数据，可计算得到供暖期热泵机组耗电量为245 880.59 kW·h，其中工作时间为177 477.94 kW·h，非工作时间为68 402.65 kW·h。

4 减碳量

目前，奥帆中心已安装太阳能光伏板4 200 m

，光伏发电除满足媒体中心空调系统用电外，富裕部分供其他建筑使用。华北区域电网碳排放因子取1.246 kg/(kW·h)，按改造后热泵机组年耗电量325 950.69 kW·h全部由光伏发电承担，年减碳量为406.13 t，减碳效果显著。

5 结语

青岛是典型的北方沿海城市，作为全国低碳试点城市、首个绿色城市，有必要积极探索城市建设领域的零碳路径，为北方城市提供先行经验，充分挖掘不同自然条件下各类可再生能源技术的综合应用潜力，为新建建筑和既有建筑提供技术可行、经济可持续的零碳解决方案。

[1] 孙洪鹏，陈晨，张广智. 国内大型公共建筑空调系统运行管理现状调查研究[J]. 建筑节能，2020(10)：8-13.

[2] 李金伟. 海水源热泵特性分析及其在青岛地区的应用[J]. 煤气与热力，2011(3)：A15-A19.