引言2020年中国建筑运行用能占全社会总能耗的21%，与建筑运行相关的二氧化碳排放占中国全社会能源活动总二氧化碳排放量的19%[1]。公共建筑因具有体量大、能耗高、减排潜力大等特点，成为建筑行业可持续发展的重点关注内容。王思琪[2]等将空调形式和节能改造程度等影响因素引入双回归预测模型，分析公共建筑运行阶段的碳排放情况。佘洁卿[3]等建立了公共建筑碳排放评价模型，研究厦门地区公共建筑的全生命周期碳排放特征。Zhou[4]等分析对比了不同的建筑节能减排措施，提出政策支持将大力推动碳达峰碳中和进程的观点。Tan[5]等开发了自下向上的模型系统，预测中国建筑行业碳排放的未来趋势，发现绿色建筑、可再生能源建筑等超低能耗建筑和集中供热节能政策对建筑行业的减排具有很大的影响。汪妮[6]等基于河北省被动式超低能耗建筑的发展现状，从政策、标准和产业链发展等多方面分析了超低能耗建筑规模化发展、能源模式改变及以碳中和为核心的城市建设趋势。赵德印[7]等采用不确定性量化分析方法分析了上海一栋超低能耗建筑空调系统的运行能耗。研究发现，建筑空调系统的运行能耗约25 kWh/(m2·a)的概率达到95%，具有很好的节能特性。韩武松[8]等基于北京市某被动式超低能耗幼儿园，通过模拟验证了超低能耗建筑室内气流组织的合理性。Liu[9]等通过现场实测的方式对中国寒冷地区的超低能耗建筑进行了室内环境质量与能耗实时评估，发现与现有建筑相比，供暖和制冷需求分别降低55.2%和54.0%。目前，有关低碳建筑的研究相对较少，缺少对碳排放的定量研究。低碳建筑是未来的主流建筑形式，研究评估低碳公共建筑的碳排放量具有重要意义。因此，针对石家庄地区的低碳公共建筑，建立基于Design Builder的仿真模型，对比分析低碳公共建筑的节能特性；结合低碳公共建筑一年内的能耗监测数据，基于建筑运营阶段的碳排放计算模型，对石家庄的低碳公共建筑碳排放量进行评估。1研究方法石家庄市属于寒冷地区[10]。研究选择石家庄地区的低碳公共建筑，通过仿真模拟的研究手段建立低碳公共建筑模型和参照模型，对比验证模型参数的可靠性。通过实际检测一年得到的数据，进一步验证模型与检测数据的准确性。基于测试数据，利用碳排放计算模型定量评估低碳公共建筑运行阶段的二氧化碳排放量。1.1仿真模拟利用Design Builder仿真模拟软件，根据《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2015）[11]、《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）[12]和低碳公共建筑的热工参数[13]，建立寒冷地区低碳公共建筑模型，具体如图1所示。建筑具有良好的保温节能性能。低碳公共建筑共七层，地下一层，地上六层，建筑高度为23.55 m，地上建筑面积12 362.3 m2，地下建筑面积2 164.87 m2。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.020.F001图1石家庄地区低碳公共建筑模型参照建筑模型和设计建筑模型总结围护结构的热工性能参数以及各区域照明功率密度[11-13]。围护结构热工性能及其他参数设定值如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.020.T001表1围护结构热工性能及其他参数设定值热工参数及其他参数设计建筑参照建筑体形系数0.1610.161窗墙比（东/南/西/北）0.235/0.245/0.224/0.2240.235/0.245/0.224/0.224屋面传热系数/[W/(m2·K)]0.1400.500外墙传热系数/[W/(m2·K)]0.1300.600隔墙传热系数/[W/(m2·K)]0.1451.500楼板传热系数/[W/(m2·K)]0.1451.500外窗传热系数/[W/(m2·K)]0.8002.800普通办公室照明功率密度值/(W/m2)911会议室照明功率密度值/(W/m2)911其他房间照明功率密度值/(W/m2)55设计建筑及参照建筑的人员逐时在室率、照明开关时间表以及空调运行时间均按照《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2015）[11]中的办公建筑类型确定。1.2能耗监控基于低碳公共建筑模型，采用三层网络结构，通过现场总线将智能测量仪表进行组网，集中监控与管理2019年7月1日~2020年6月30日期间的建筑用电能耗（新风机组、地源热泵、空调机房水泵、办公室照明插座、公共照明、遮阳卷帘、电梯和其他设备用电分项能耗）[14]。2020年2月3日~2020年3月31日受到突发性公共事件影响，室内供暖一直未开启。因此，2020年2月和3月的能耗量参考2019年2月和3月的能耗。根据降低造价和分项（分类）能耗、全部单独统计分析的原则，各楼层对用电进行分项计量，共设置74块多功能智能电表，以实现对电耗的实时采集与监控。用电能耗监测系统结构如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.020.F002图2用电能耗监测系统结构1.3碳排放计算模型建筑运营阶段的碳排放主要源自电能和化石能源消耗，包括建筑设备日常使用和运行能耗，如空调系统、电梯、照明和办公设备等设备的运行能耗。基于《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366—2019）[15]，计算建筑在运营阶段的单位建筑面积总碳排放量。CUM=∑i=1nEi×EFi-CP×yA (1)Ei=∑j=1nEi,j-ERi,j (2)式中：CUM——低碳公共建筑运营阶段的碳排放量，kgCO2/m2；i——低碳公共建筑消耗终端能源类型；j——低碳公共建筑用能系统类型；Ei——低碳公共建筑第i类能源的消耗量，kWh/a；Ei,j——第j类系统的第i类能源的消耗量，kWh/a；ERi,j——第j类系统消耗的由可再生能源系统提供的第i类能源消耗量，kWh/a；EFi——第i类能源的碳排放因子；CP——建筑绿地碳汇系统减碳量，kgCO2/a；y——低碳公共建筑设计寿命，为50年；A——低碳公共建筑面积，m2。石家庄市低碳公共建筑采用地源热泵系统供能，运营阶段的碳排放主要源自电能消耗，无其他形式的能源消耗。为了直观地对比分析低碳公共建筑运营效果，暂不考虑建筑绿地碳汇系统年减碳量。CUM=Ee×EFe×yA (3)式中：Ee——低碳公共建筑用电消耗量，kWh/a；EFe——电力能源的碳排放因子，2019年度中国区域电网二氧化碳基准线排放因子计算说明中确定了华北地区电力的碳排放因子为0.941 9 kgCO2/kWh。2结果与分析低碳公共建筑全年耗电量模拟值和实测值统计结果如表2所示。根据仿真模型计算得到设计建筑的全年耗电量为366 516.46 kWh，参照建筑全年耗电量为1 416 647.7 kWh，设计建筑节能率达到74.13%，满足相关标准要求。因此，初步认定建立仿真模型具有可靠性。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.020.T002表2低碳公共建筑全年耗电量模拟值和实测值统计结果类型供暖供冷新风照明及设备总耗电量设计建筑模拟值/kWh70 425.1373 405.4522 518.94200 166.94366 516.46建筑实际检测值/kWh82 231.2386 029.5126 443.70223 095.67417 800.11平均绝对误差/%14.3614.6714.8410.2812.27由表2可知，低碳公共建筑运营1年的供暖电耗为82 231.23 kWh，供冷电耗为86 029.51 kWh，新风电耗为26 443.70 kWh，照明及设备电耗为223 095.67 kWh。为了进一步验证仿真模型和检测数据的准确性，采用平均绝对误差的方法，避免误差相互抵消的问题，方法可以准确反映仿真数据和实测数据的误差。低碳建筑的仿真数据和实测数据的平均绝对误差最大值为14.84%，小于15%。仿真数据和检测数据存在误差，但是数据均准确可靠。产生误差的原因可能包括：（1）测量仪器不够精确、测试方案不够完善造成系统误差；（2）实际测试中，出现不可抗拒因素导致测量过程出现偶然误差；（3）仿真模型一般采用较为理想的过程。根据碳排放计算模型计算50年寿命周期内的低碳公共建筑的设计建筑运营阶段碳排放量为27.93 kg CO2/(m2·a)，参照建筑运营阶段碳排放量为107.94 kgCO2/(m2·a)。设计建筑的碳排放强度在2016年的节能设计标准的基础上降低了80.01 kgCO2/(m2·a)，碳排放强度降低了74%。为了更加准确地预估石家庄地区低碳公共建筑在运营阶段的碳排放量，基于表2展示的建筑实际检测值，根据碳排放计算模型，计算在50年的寿命周期内，低碳公共建筑实际运营阶段的碳排放量为31.83 kgCO2/(m2·a)。与设计建筑相比，低碳公共建筑的单位建筑面积的实际碳排放量增加了12.27%，仍高于建筑节能与可再生能源利用通用规范的要求，在要求的基础上降低了30.5%。3结语结合仿真模拟、建筑能耗监测以及碳排放计算模型等手段对石家庄地区低碳公共建筑运行阶段的碳排放进行评估分析。主要结论如下：（1）低碳公共建筑设计建筑的运营阶段全年碳排放量为27.93 kg CO2/(m2·a)，比2016年的节能设计标准的参考建筑的碳排放强度降低了74%。（2）低碳公共建筑在实际运营阶段的碳排放量为31.83 kgCO2/(m2·a)，比设计建筑运行阶段的碳排放量增加12.7%，但是仍然高于建筑节能与可再生能源利用通用规范的要求，在要求的基础上降低了30.5%。