原創(chuàng) 程夢源 高性能建筑

一、標準背景情況
2021年11月，在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第26次峰會上，全球197個國家達成了《格拉斯哥氣候公約》，旨在將全球變暖控制在1.5攝氏度以內(nèi)、實現(xiàn)世界免遭災難性氣候變化[1]。2021年4月，美國政府提出“2035年美國電力系統(tǒng)達到零碳，2050年美國達到全社會零碳”[2]。在此背景下，美國ASHRAE首個凈零能耗和凈零碳建筑性能評價標準ANSI/ASHRAE Standard 228-2023[3]（以下簡稱“標準”）于2023年3月8日，獲得美國國家標準協(xié)會的批準。本文介紹該標準的主要內(nèi)容和特點。

二、標準主要內(nèi)容

標準提出了“凈零能耗”建筑和“凈零碳”建筑的定義。用于判定新建/既有建筑、社區(qū)以及獨立建筑空間的設(shè)計方案或運行狀態(tài)是否達到凈零能耗或凈零碳排放。根據(jù)標準的內(nèi)容，“凈零能耗”可理解為：在建筑/場地運行期間，考慮允許的抵消和補償后，建筑/場地的能量輸入小于等于能量輸出，“凈零碳”可理解為建筑/場地的碳排放量小于等于碳抵消、碳補償量。標準為這種跨建筑/場地邊界的能量與碳的流動提出了量化計算方法，并對如何利用場外可再生能源和購買碳補償制定了規(guī)則和限制條件。詳細內(nèi)容如下：（1）提出了“凈零能耗”和“凈零碳”的量化表述根據(jù)標準第4章給出的凈零能耗建筑合規(guī)性要求和標準第6章給出的建筑/場地凈能耗（Enet）計算公式。對于凈零能耗建筑，應(yīng)滿足Enet≤0，既在建筑/場地在運行期間：輸入能量-（輸出能量+利用的場外可再生能源）≤0

根據(jù)標準第4章給出的凈零碳建筑合規(guī)性要求和標準第7章給出的建筑/場地凈溫室氣體排放量（GHGnet）計算公式。對于凈零碳建筑，應(yīng)滿足GHGnet≤0，既建筑/場地在運行期間：（輸入能量碳排放+制冷劑碳排放）-（輸出能量碳抵消+利用的場外可再生能源碳抵消+購買碳補償）≤0（2）“源能源”計算方法在建筑/場地凈能耗（Enet）的計算中，不同形式的建筑/場地終端能耗都需要統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成“源能源”（source energy）進行計算。標準中源能源是將建筑/場地消耗的能源，考慮煤炭、石油、天然氣、生物質(zhì)和核燃料等初級能源形式的開采、加工和運輸中消耗或損失的能量，考慮初級能源形式轉(zhuǎn)化為電力消耗的能量，以及考慮在輸送和分配過程中損失和消耗的能量后的實際能源消耗。標準第6章給出了不同形式終端能耗與源能源的轉(zhuǎn)換系數(shù)。其中，各區(qū)域電網(wǎng)的電力源能源轉(zhuǎn)換系數(shù)與ANSI/ASHRAE 105-2021附錄K中給出的“Primary Energy Conversion Factor—Captured Energy Efficiency Approach”數(shù)值相同。

“Captured Energy Efficiency Approach”的解釋詳見ANSI/ASHRAE Standard 105-2021中J2.1.3，本文不再詳細介紹。（3）碳排放計算方法標準第7章給出了美國各類能源的溫室氣體排放因子。其中，電力當量碳排放因子，標準引用了美國eGRID（The Emissions & Generation Resource Integrated Database）數(shù)據(jù)庫2018年數(shù)據(jù)。

除了二氧化碳排放導致氣候變暖，還有很多非二氧化碳氣體排放到大氣候也會造成溫室效應(yīng)。其中，建筑中空調(diào)制冷所普遍使用的氫氟烴、氫氯氟烴類制冷劑就是主要的非二氧化碳類溫室氣體。標準第七章給出了較為詳細的典型制冷設(shè)備的全年制冷劑泄漏率以及各類制冷劑的全球變暖潛值（GWP），以便對制冷劑泄漏產(chǎn)生的碳排放進行計算。

由上表中可見，一些制冷劑的GWP值可達到幾千。因此盡管這些氣體排放量遠小于CO2，但其對氣候變化的影響不容輕視。以我國為例，根據(jù)有關(guān)機構(gòu)的初步分析，我國排放的非二氧化碳溫室氣體按照GWP的方法計算，相當于使用化石能源所排放的二氧化碳量的20%～30%[5]。降低制冷劑碳排放可采用無氟制冷工質(zhì)，如采用二氧化碳工質(zhì)的熱泵產(chǎn)品，或采用傳統(tǒng)的氨制冷劑。從圖10中可以看出，CO2作為制冷劑的GWP值為1，氨作為制冷劑的GWP值為0。（4）給出購買場外可再生能源、購買碳補償認證的相關(guān)規(guī)定、限制條件和計算方法標準第8章對購買場外可再生能源、購買碳補認證的合規(guī)性以及計算方法提出了相關(guān)要求。不同的氣候區(qū)，不同類型的建筑的單位采暖空調(diào)面積（gross floor area）可采購的場外可再生能源有總量限制。

另外購買的場外可再生能源在計入項目時還需要進行一定的折減，對于2022年1月1日或之后開始運營的場外可再生能源，標準給出的折減系數(shù)為默認值為0.95。美國eGRID數(shù)據(jù)庫中MRO West子分區(qū)覆蓋區(qū)域幾乎全部位于美國嚴寒及寒冷氣候區(qū)內(nèi)，以該區(qū)內(nèi)綜合辦公建筑（Mixed-use office）為例，其單位采暖空調(diào)面積可采購的場外可再生能源的源能源限值為28~34kWh/ft2·yr，以光伏發(fā)電為例，經(jīng)換算，可購買的場外光伏電量約為119~145kWh/m2·a（該數(shù)值受實際購買的光伏發(fā)電的源能源轉(zhuǎn)換系數(shù)影響，本文數(shù)據(jù)僅供參考），也就是要實現(xiàn)凈零能耗、凈零碳建筑，該區(qū)域內(nèi)此類建筑的總能耗中可允許被光伏發(fā)電抵消的部分可達到119~145kWh/m2·a?？梢姡珹SHRAE Standard 228標準對建筑本體節(jié)能的要求是比較寬松的。

除購買場外可再生能源外，為補償項目碳排放，還可以購買的碳補償認證（cco）。前提是這些等量的碳排放可以在12個日歷月內(nèi)封存，且應(yīng)滿足：每年可以計入項目的碳補償認證≤制冷劑碳排放+0.2×輸入能量碳排放可見，標準對購買碳補償認證來達到凈零碳的方式有嚴格的限制，不能超過制冷劑碳排放加上五分之一的輸入能量碳排放。

三、標準特點與啟發(fā)

（1）聚焦建筑/場地凈能耗（Enet）和建筑/場地凈溫室氣體排放量（GHGnet）

對于“凈零能耗”、“凈零碳排放”，標準僅關(guān)注場地凈能耗（Enet）和場地凈溫室氣體排放量（GHGnet），未對建筑/場地自身的總能耗和總碳排放量設(shè)定目標或限制。但標準對不同氣候區(qū)，不同類型的建筑，單位建筑面積可采購的場外可再生能源，單個項目可購買的碳補償信用額度，有明確的總量限制。相當于反向規(guī)定了建筑自身的總能耗和總碳排放量的限值。標準也未包含“凈零能耗”或“凈零碳”建筑的設(shè)計方法和技術(shù)措施。因此，建筑/場地以何種方式實現(xiàn)凈零能耗和凈零碳有較高的自由度。

（2）未考慮建造階段能耗和隱含碳排放

目前標準對“凈零能耗”和“凈零碳”建筑的判定僅限定在運行階段的能耗和碳排放。該未考慮建造階段能耗和隱含碳排放。根據(jù)編制單位提供的信息，目前標準編制團隊已在進行這方面的工作，后續(xù)版本中可能會納入此部分內(nèi)容。

（3）零能耗建筑定義與計算邊界

標準中將維持建筑/場地運行的交通工具，景觀設(shè)施的能耗都計算在內(nèi)，例如，電梯，升降機，傳送機，車輛的充放電、加油以及園林綠化護理設(shè)備等。同時，單個項目可以是建筑集合或場地集合。相比于建筑的物理界限，該標準更側(cè)重于明確的產(chǎn)權(quán)歸屬。對于一些跨場地，物理界限不規(guī)則，但產(chǎn)權(quán)單一，且能量與碳的輸入和輸出可以明確量化的項目，美國標準的處理方式值具有一定的參考價值。

（4）場外可再生能源購買

標準中規(guī)定，建筑/場地可以通過購買可再生能源認證（REC）的方式抵消建筑/場地的能耗，合格的場外可再生能源可以采購自項目業(yè)主擁有的可再生能源設(shè)施、社區(qū)可再生能源設(shè)施或直接從第三方采購。使得一些缺乏實現(xiàn)零能耗條件的建筑也能以購買可再生能源的方式實現(xiàn)零能耗。一些有條件的項目也可以通過出售可再生能源增加收益。這種方式增加了可再生能源設(shè)施建設(shè)的靈活性，同時也有利于可再生能源市場化交易的發(fā)展。

（5）購買碳補償認證進行碳補償

該標準允許購買碳補償認證進行碳補償，并明確了碳補償認證購買的限制比例。我國《建筑碳排放計算標準》GB/T 51366-2019中給出了建筑運行階段、建造及拆除階段以及建材生產(chǎn)及運輸階段的碳排放計算方法和計算要求，未來我國是否會出臺購買碳補償認證的相關(guān)政策和標準值得期待。

（6）混合電網(wǎng)逐時碳排放因子

電網(wǎng)電力可能來自多種能源：燃煤、燃氣火電，核電，水電，風光電等。每個瞬間電力的組成比例可能是不同的，如有些光伏發(fā)電在電網(wǎng)中占比較多的地區(qū)，在中午陽光充沛時，大比例電力來自光伏發(fā)電，到晚高峰時，主要的電力則來自火電，因此每一時刻電網(wǎng)的碳排放因子都是不同的。美國標準允許以小時為單位進行能量和碳排放計算，來體現(xiàn)混合電網(wǎng)中由于各類能源的實時占比不同而導致電網(wǎng)碳排放因子變化。這種詳細的電網(wǎng)碳排放因子計算更能適應(yīng)未來混合電網(wǎng)、電網(wǎng)交互建筑以及間歇性電網(wǎng)等復雜情況的能耗及碳排放計算。

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參考文獻：

[1]?澎湃新聞.?分歧中探尋共識，197個國家達成《格拉斯哥氣候公約》[EB/OL]. (2021-11-19)[2023-05-28]. https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_15460285.

[2]?The White House.?FACT SHEET: President Biden Sets 2030 Greenhouse Gas Pollution Reduction Target Aimed at Creating Good-Paying Union Jobs and Securing U.S. Leadership on Clean Energy Technologies[EB/OL].?(2021-04-22)[2023-05-28].?https://www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2021/04/22/fact-sheet-president-biden-sets-2030-greenhouse-gas-pollution-reduction-target-aimed-at-creating-good-paying-union-jobs-and-securing-u-s-leadership-on-clean-energy-technologies/.

[3]?ANSI/ASHRAE. ANSI/ASHRAE Standard 228-2023 Standard Method of Evaluating Zero Net Energy and Zero Net Carbon Building Performance[S].?American National Standards Institute,2023.

[4]?ANSI/ASHRAE. ANSI/ASHRAE Standard 105-2021 Standard Methods of Determining,Expressing,and Comparing Building Energy Performance and Greenhouse Gas Emissions[S].?American National Standards Institute,2021.

[5]?江億,胡姍.中國建筑部門實現(xiàn)碳中和的路徑[J].暖通空調(diào),2021,51(05):1-13.

[6]?United States Environmental Protection Agency. eGRID Summary Tables 2018[EB/OL]. (2020-03-09)[2023-06-05].https://www.epa.gov/sites/default/files/2020-01/documents/egrid2018_summary_tables.

[7]?ANSI/ASHRAE.ANSI/ASHRAE Standard 169-2021, Climatic Data for Building Design Standards[S].?American National Standards Institute,2021.?