珠海橫琴供電局線路工區大樓碳中和建筑實施路徑研究

魏國艷 葛鑫 陳建福 李敏 曾杰 李建標 蔡宏彪 劉加根 WEI Guoyan GE Xin CHEN Jianfu LI Min ZENG Jie LI Jianbiao CAI Hongbiao LIU Jiagen

在雙碳目標推動下，建筑既需提高自身減碳能力，又需挖掘負荷柔性調節能力及與城市電網進行友好互動的能力。為打造碳中和建筑示范項目，珠海橫琴供電局線路工區大樓基于當地氣候特點，積極采取節能降碳技術以實現建筑低能耗運行，降低建筑自身碳排放。同時應用光儲直柔系統，配置適量儲能設備，提高建筑柔性負荷調節能力及電網互動能力，并結合碳抵消措施實現凈零碳運行。

碳中和；建筑節能；電力交互

0 引言

我國民用建筑運行能耗占全國能源消耗的21%，其產生的碳排放占全國碳排放的19%，可見，建筑領域是實現全國“雙碳”目標的重要領域[1]。為有序推進碳中和建筑實踐與高質量發展，中國城市科學研究會及中國房地產業協會組織編制《碳中和建筑評價導則》（第一版），為建筑碳中和路徑與結果提供評價依據，進而推動建筑提高自身碳減排能力，鼓勵建筑應用可再生能源，引導建筑領域碳中和技術的創新發展，為社會整體碳中和作出貢獻[2]。

在“雙碳”目標驅動下，未來新型電力系統將逐漸以新能源供給為主體，但新能源供給電力具有波動性，供給側與終端側需求難以匹配。建筑作為新型電力系統的重要終端用戶，既需提高自身碳減排能力，又需具備柔性用能能力，且可主動適應新型電力系統變化特點，以實現建筑與電網之間的友好互動，幫助解決電網供需平衡與調節問題[3]。

光儲直柔技術是實現建筑領域碳中和的重要技術路徑[4]。通過發展屋頂光伏等分布式可再生能源，挖掘建筑區域的各類儲能調蓄資源，利用直流供配電技術提高建筑自身減碳能力，同時實現與電網友好的柔性能量交互。

珠海橫琴供電局線路工區大樓在碳中和目標推動下提高自身減碳能力，同時挖掘負荷柔性調節能力及與城市電網進行友好互動的能力，為碳中和提供可行路徑。

1 項目概況

珠海橫琴供電局線路工區大樓位于廣東省珠海市橫琴新區風吹羅帶路東側、祥順路南側、祥云路北側。項目總用地面積8887.05m2，總建筑面積14047.17m2，地上建筑面積10863.02m2，地下建筑面積3184.15m2，地上8層，地下1層，建筑高度33.61m。項目采用鋼筋混凝土框架剪力墻結構，包括辦公室、會議室、餐廳、值班室等主要功能用房（見圖1）。

1 項目實景

為打造碳中和建筑示范，項目開展相關技術研究，提出適用于建筑碳中和的實施路徑與技術路線?；诒粍觾炏?、主動優化、積極應用可再生資源的設計原則，項目在滿足室內環境參數基礎上，順應氣候特征與場地條件，利用被動式設計降低空調、照明需求；通過主動式技術提高能源設備與系統效率，降低能源消耗。結合能源管理系統監測建筑運行能耗，充分利用可再生能源、蓄能、碳匯及碳抵消措施，使建筑全生命周期內減碳量大于或等于建筑運行過程全部碳排放量，進而實現碳中和。

2 碳中和實施路徑

2.1 需求側降碳措施

需求側降碳是推進綠色低碳發展的首要任務。根據項目所在地域氣候特點，綜合采用多項節能降碳措施，共降低建筑能耗410781kW·h/a，減少碳排放262.04tCO2/a，從而在建筑需求側控制碳排放強度。

項目位于夏熱冬暖地區，長夏無冬且夏季高溫高濕，空調供冷時間較長，空調系統能耗普遍偏高。項目在保證室內舒適度的同時，注重建筑隔熱通風性能，進而縮短空調供冷時間，減少空調供冷負荷[5-6]。根據氣候特點，項目采用多項被動式節能技術，提升了圍護結構熱工性能。設置天窗與中庭，促進熱壓通風，采用光導管為地下空間引入自然采光，降低建筑空調、照明系統用能需求，同時采用高效冷源機組與直流系統進行節能降碳（見圖2，3）。項目需求側降碳措施如表1所示。

表1 需求側降碳措施

2 天窗

3 光導管

為實現一體化管理，項目搭建零碳建筑能量管理系統(見圖4），對建筑系統運行能耗進行數據采集，并對運行狀態進行實時監控，保證項目低能耗穩定運行。根據能量管理系統數據統計，項目運行能耗強度為42.87kW·h/（m2·a），相較于GB/T 51161—2016《民用建筑能耗標準》中夏熱冬暖地區A類黨政機關辦公建筑非供暖指標約束值65.00kW·h/（m2·a）[7]降低了22.13kW·h/（m2·a）。

4 零碳建筑能量管理系統界面

2.2 供給側降碳措施

降低供給側碳排放需推進清潔能源使用，減少對傳統能源的依賴。為降低供給側碳排放并實現與電網之間友好互動，項目搭建光儲直柔系統。光儲直柔技術具有高效、靈活、可控等特征，可深度挖掘建筑用能柔性調控能力，為電網提供資源。

2.2.1 太陽能光伏系統

珠海市全年日照為1991.8h，全年水平面太陽總輻射量為4651.6MJ/m2，屬于太陽能資源豐富帶III類地區，太陽能光伏發電應用潛力較高?；谛履茉磻b盡裝的設計原則，項目設置屋頂光伏及充電樁車棚BIPV光伏系統（見圖5，6）。根據監測數據統計，太陽能光伏系統年發電量為212142kW·h，可實現100%消納，可再生能源電力替代率達20.86%。

5 屋頂太陽能光伏系統

6 充電樁車棚BIPV

2.2.2 儲能系統

基于全量接納太陽能光伏系統周末余電容量的配置原則，項目設置磷酸鐵鋰電池儲能設備，總容量為600kW·h（見圖7）。在建筑運行期間，利用平、峰、谷電價時段有序充放電以減少運行成本。根據數據監測，儲能系統每日可實現兩充兩放，儲能系統在谷價時段（0—8：00）與平價時段（12：00—14：00）進行儲電，在峰價時段（10：00—12：00及14：00—19：00）進行放電，用以調節建筑市電用量需求，建筑負荷調節能力達62.29%。

7 儲能系統

2.2.3 充電樁系統

場地內設置44個充電機動車位，同時建設充電站，充電站內含直流雙向充電樁20座（2座120kW直流充電樁、18座40kW直流充電樁），如圖8所示。項目通過直流充電樁將電動汽車接入建筑配電系統，利用有序充電與V2G技術將建筑與電動汽車協同，并與電力系統實現互動。

8 充電樁系統

2.3 碳排放抵消措施

由于場地內空間有限，項目基于應裝盡裝原則，最大化利用太陽能光伏系統，但可再生能源系統難以覆蓋建筑全部用能，為實現碳中和，項目需借助碳抵消措施。

2.3.1 綠色電力

針對場外新能源交易的可行性與經濟性進行分析，項目提出優先購買綠電，不足部分購買國內GEC綠證的交易策略。通過售電公司在南方區域統一電力交易平臺代理采購綠電，并借助中國綠色電力證書認購交易平臺購買GEC綠證。項目在運行期間購買綠電、綠證共805481kW·h，抵消運行碳排放513.82tCO2。

2.3.2 景觀固碳

項目種植適應當地氣候及土壤條件的植物，采用喬、灌、草相結合的復層綠化措施，既提高了綠化美觀性，又提高了單位空間綠量。根據《碳中和建筑評價導則》（第一版），綠容率考慮喬、灌、草不同植物類型的立體植被效果，可實現較好的生態效益和碳匯量。場地內種植53棵冠層稀疏類喬木，場地周邊種植灌木隔離帶，根據《碳中和建筑評價導則》（第一版）中公式計算，綠容率達0.5021。項目通過綠色植物進行固碳釋氧，提高了生態系統的碳吸收與碳儲存能力，增加了景觀碳匯，減少了碳排放。

3 結語

項目運用被動式與主動式節能降碳技術、光儲直柔技術及碳排放抵消措施，實現建筑運行凈碳排放量-0.38tCO2。根據《碳中和建筑評價導則》（第一版）規定，建筑運行階段碳中和凈碳排放量應小于等于0。項目達到碳中和運行狀態，獲得運行階段碳中和建筑金級評價認證。

項目嘗試聯動建筑與電力兩大行業，既挖掘了建筑行業減碳潛力，又探索了電力行業在建筑領域的脫碳機遇，協同幫助電網完成調節任務，促進電力系統供需平衡，對同步實現建筑零碳化與電力零碳化具有重要意義。