基于人流量視角下的公共建筑碳排放模型與實(shí)證研究

摘 要：為了解決公共建筑碳排放核算類別繁多、結(jié)果粗放的難題，通過調(diào)研與程式化扎根理論得出影響公共建筑碳排放的關(guān)鍵因素，并依托實(shí)地傳感測算試驗(yàn)，研究人流量對環(huán)境變化的具體作用機(jī)理，整合人時(shí)變量，構(gòu)建了適用于公共建筑的動(dòng)態(tài)碳排放核算模型。結(jié)果表明：1）編碼處理和調(diào)研數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析結(jié)果均顯示人流量對公共建筑的能源消耗起到關(guān)鍵作用；2）人流量間接作用于用能系統(tǒng)以及人的自身排放共同組成溫室氣體的排放增量；3）經(jīng)驗(yàn)證，研究構(gòu)建的動(dòng)態(tài)核算模型原始誤差為5.36%，修正后誤差降至4.807%（小于5%），與實(shí)際運(yùn)行工況有良好的交互性。研究成果完善了已有公共建筑的碳排放核算邊界，構(gòu)建了動(dòng)態(tài)工況下的核算模型，實(shí)現(xiàn)了基于動(dòng)態(tài)人流量變化下的公共建筑碳排放定量描述，為綠色建筑評價(jià)體系提供了理論依據(jù)與模型基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)方法與理論；綠色建筑；碳排放核算模型；人流量；公共建筑

中圖分類號：

TU18

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI： 10.7535/hbgykj.2024yx04006

Research for an empirical analysis of carbon emission model of public buildings based on the human flow

YAN Xikang1，2， LUO Qinyu3， QIU Tian3，CHEN Zeyu3， YAN Yunhan4， CHENG Peng3

（1.Hebei Civil Engineering Technology Innovation Center，Tianjin 300401，China；2.Hebei Sustainable Rural Construction Research Center，Tianjin 300130，China；3.School of Civil and Transportation Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China；4.School of Architecture and Art Design，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China）

Abstract：In order to solve the problem of various types and extensive results of carbon emissions accounting for public facilities， the key factors affecting carbon emissions of public facilities were obtained through investigation and stylized grounded theory. Based on the field sensing measurement test， the specific mechanism of human flow on environmental change was studied， and a dynamic carbon emission accounting model suitable for public facilities was constructed by integrating the variable of human and time. The results show that： 1） The correlation analysis between coding processing and survey data shows that human flow plays a key role in the energy consumption of public facilities; 2） The incremental greenhouse gas emission is caused by the indirect effect of human flow on energy-using systems and the human emissions; 3） It is verified that the original error of the dynamic accounting model is 5.36%， and the error is reduced to 4.807% （less than 5%） after correction， which has good interaction with the actual operating conditions. The research results have improved the carbon emission accounting boundaries of existing medical facilities， constructed the accounting model under dynamic working conditions， realized the quantitative description of carbon emission in public facilities based on dynamic changes in human flow， and provided a theoretical basis and model foundation for the green building evaluation system.

Keywords：method and theory of architecture design; green building; carbon emission accounting model; human flow; public buildings

2020年中國在第七十五屆聯(lián)合國大會上正式提出“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，力爭2030年前“碳達(dá)峰”，爭取2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。隨著既有和新建公共建筑的快速發(fā)展，能源消耗管理與碳排放控制的問題逐漸成為公共建筑在運(yùn)營過程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。一方面，公共建筑自身存在用能區(qū)域更廣、用能人數(shù)更多、耗能設(shè)備更雜、耗能時(shí)間更長、供能要求更嚴(yán)等特性，造成碳排放的分區(qū)、分類管理不易；另一方面，基于眾多復(fù)雜特性下的公共建筑碳排放核算模型尚未明確統(tǒng)一[1]?，F(xiàn)有建筑碳排放核算模型尚未量化動(dòng)態(tài)人流量的影響因素，僅根據(jù)固定參數(shù)估算靜態(tài)負(fù)荷碳排放，核算結(jié)果粗放[1-2]。中國目前適用于建筑運(yùn)行階段的碳排放核算模型普適于各類建筑，對于“不同建筑性質(zhì)、不同用能和供能需求”的建筑設(shè)施的核算模型尚未細(xì)化規(guī)范，且核算流程依賴于設(shè)計(jì)階段靜態(tài)負(fù)荷下的固定參數(shù)計(jì)算，導(dǎo)致核算結(jié)果與實(shí)際值存在一定偏差，無法切實(shí)分析運(yùn)營期內(nèi)的能源“應(yīng)耗值”與“實(shí)耗值”差異，故碳排放的有效管理難以實(shí)施[3-6]。

本研究建立適用于大型公共建筑且符合自身實(shí)際復(fù)雜特性的碳排放核算模型，確定碳排放基準(zhǔn)值，完善中國公共建筑的碳排放模型，為“碳管理”與“碳評價(jià)”提供模型依據(jù)。

1 公共建筑碳排放影響因素

1.1 公共建筑碳排放特征分析

SEKKI等[7]對芬蘭學(xué)校建筑進(jìn)行審計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)建筑使用年限和人員密度直接造成能源成本的差異。SIPPEL等[8]對德國高校在校生的用能行為進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)不同的用能模式是造成碳排放總體水平差異的主要原因。秦驁等[9]對成都某地鐵站的運(yùn)行特征進(jìn)行分析，認(rèn)為基于人體舒適性的通風(fēng)空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對該設(shè)施的碳排放總量起決定作用。CYGANSKA等[10]采用多重疊因素影響分析法對波蘭16家醫(yī)療設(shè)施近十年的能源消耗水平進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)其主要影響因素是醫(yī)院容量與運(yùn)行強(qiáng)度，其次為醫(yī)生數(shù)量、手術(shù)數(shù)量與床位數(shù)量等因素。

國內(nèi)外學(xué)者對各類公共建筑的碳排放影響因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)建筑規(guī)模、人流量、供能結(jié)構(gòu)均對其能源消耗產(chǎn)生重要作用，直接影響公共建筑碳排放的總體水平。且中國《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51366—2019）[11]中表示：“運(yùn)行階段碳排放計(jì)算應(yīng)涵蓋工作日與節(jié)假日室內(nèi)人員數(shù)量，考慮人體散熱量與部分負(fù)荷特性對能耗的影響”。從整體來看，碳排放水平與能源結(jié)構(gòu)和運(yùn)營期內(nèi)的單位活動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)。根據(jù)已有研究發(fā)現(xiàn)，人流量及人員行為是影響建筑耗能的主要因素，其對建筑年能源使用影響偏差高達(dá)75%～150%[12]。并且，中國《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50189—2015）[13]對不同屬性公共建筑的用能人員密度作出規(guī)定，如表1所示。

據(jù)研究顯示，中國目前的交通樞紐設(shè)施日均人員密度可達(dá)1.15人/m2[14]，大型商場建筑人員密度可達(dá)0.83人/m2[15]，大型綜合醫(yī)療設(shè)施實(shí)際人員密度峰值可達(dá)1.30人/m2[16]，超過人員密度設(shè)計(jì)閾值的10倍。顯然公共建筑人員密度的實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況存在一定程度的偏差。為進(jìn)一步確定公共建筑碳排放強(qiáng)度的影響因素，對天津市6家公共建筑的人員密度與能源消耗強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)研，結(jié)果如表2所示。

表2中折合標(biāo)準(zhǔn)煤為中國衡量綜合能源消耗總體水平的特有指標(biāo)，根據(jù)IPCC數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)煤的碳排放因子算得對應(yīng)的碳排放量，并用SPSS26對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，公共建筑人員密度與標(biāo)準(zhǔn)煤耗顯著性正相關(guān)，且相關(guān)性系數(shù)為0.999。由此可知，人員密度對公共建筑耗能水平起到關(guān)鍵作用，且不同能源類別中，公共建筑總能耗受電耗的影響最大。

1.2 扎根理論分析

一系列研究表明，公共建筑碳排放總量處于高位狀態(tài)，造成該現(xiàn)象的原因諸多，包括能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)、能源使用效率、能源使用人數(shù)等。為合理有效地進(jìn)行碳管理，須對公共建筑的碳排放影響因素細(xì)化分析，而中國對大型公共建筑節(jié)能減排績效的全面調(diào)查不足，缺乏跨氣候帶不同公共建筑的綜合能源調(diào)查數(shù)據(jù)。通過整理已有的能源審計(jì)報(bào)告與公共機(jī)構(gòu)能源資源節(jié)約示范案例數(shù)據(jù)庫[17]，對公共建筑碳排放的影響因素進(jìn)行研究。從上述原始材料中提取出136條現(xiàn)象摘要（以“*”編碼），根據(jù)所提取的現(xiàn)象摘要進(jìn)一步歸納出104個(gè)概念語句（以“#”編碼），為避免概念語句重復(fù)交叉，將重復(fù)的概念語句再凝練，整理得到5個(gè)范疇標(biāo)簽（以“A”“B”“C”“D”“E”編碼），即公共建筑碳排放的主要影響因素。開放編碼如表4所示。

由編碼可知，公共建筑碳排放影響因素的主范疇包括公共區(qū)域整體布局、能源結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)能耗、人員密度、設(shè)備密度。其中，能源結(jié)構(gòu)、公共區(qū)域整體布局和設(shè)備密度屬于靜態(tài)影響因素，確定于設(shè)計(jì)和建設(shè)階段；而系統(tǒng)能耗和人員密度屬于運(yùn)行階段的動(dòng)態(tài)影響因素。靜態(tài)影響因素和動(dòng)態(tài)影響因素均直接受人員密度影響。

范疇化編碼根據(jù)公共建筑的地理邊界區(qū)分為外部與內(nèi)部2部分，外部因素直接作用或經(jīng)內(nèi)部因素間接作用于公共建筑，而內(nèi)部因素之間相互影響，進(jìn)而影響碳排放。影響公共建筑碳排放的內(nèi)部因素主要由人員密度和設(shè)備密度決定。本文根據(jù)人員密度與室內(nèi)的氣體濃度、溫度和濕度間的作用關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)分模塊試驗(yàn)，將“患者人數(shù)”擴(kuò)列為“出入公共建筑總?cè)藬?shù)”，以室內(nèi)環(huán)境測度作為中介參數(shù)，分析人員密度、室內(nèi)環(huán)境測度、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷三者間的關(guān)系。

2 碳排放測算試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

人員密度會對建筑的顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷產(chǎn)生影響。為確定試驗(yàn)所需的環(huán)境條件，對天津市各類公共建筑進(jìn)行實(shí)地測量，其各區(qū)域環(huán)境參數(shù)如表5所示。并根據(jù)實(shí)際環(huán)境調(diào)研情況設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。

由表5可知，該公共建筑內(nèi)部區(qū)域風(fēng)速多數(shù)為0.1～0.2 m/s，且均設(shè)有空調(diào)終端設(shè)備。而在發(fā)熱門診、電影院等區(qū)域，其通風(fēng)條件相對閉塞，故本文選取面積一致、窗墻構(gòu)造一致的區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)，并控制自然通風(fēng)條件，達(dá)到實(shí)際公共建筑區(qū)域內(nèi)的環(huán)境參數(shù)水平。根據(jù)《室內(nèi)環(huán)境積塵監(jiān)測與暴露評估技術(shù)指南》（T/CSES 102—2023）[18]和《室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 167—2004）[19]規(guī)定，監(jiān)測點(diǎn)距離墻壁大于0.5 m，離門窗距離大于1 m且均勻分布。試驗(yàn)監(jiān)測點(diǎn)位分別以非外墻側(cè)的端點(diǎn)和內(nèi)墻中心點(diǎn)為基點(diǎn)，短側(cè)墻體為半徑覆蓋測量范圍，如圖1和圖2所示，將各傳感裝置置于設(shè)計(jì)監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行逐時(shí)測量。

試驗(yàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)11個(gè)不同監(jiān)測點(diǎn)位的人員密度為0～1.00人/m2，即0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.00人/m2。為避免室外溫度、濕度及圍護(hù)結(jié)構(gòu)所致試驗(yàn)誤差，取不同時(shí)段進(jìn)行240 min連續(xù)試驗(yàn)，以對照公共建筑運(yùn)營時(shí)段；為避免極端誤差值，每組重復(fù)3次并取均值分析。不同功能測量探頭與傳感器接通，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳物聯(lián)網(wǎng)云平臺，同時(shí)對CO2傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償設(shè)定，避免溫度變化對濃度測值的影響。上傳時(shí)間間隔為10 min，并將室內(nèi)CO2濃度（體積分?jǐn)?shù)，下同）超限基準(zhǔn)設(shè)置為1 000 mL/m3進(jìn)行測算。

2.2 試驗(yàn)流程

為避免室外溫差造成的熱擾，將各模塊傳感器探頭置于非外墻側(cè)。3次重復(fù)試驗(yàn)分別將傳感器探頭交換位置，風(fēng)速測量終端置于通風(fēng)處。溫度模擬信號通過數(shù)控表傳至物聯(lián)網(wǎng)云平臺，測量不同人數(shù)組別的紅外輻射強(qiáng)度得到溫度參數(shù)，室內(nèi)溫度監(jiān)測終端如圖3所示。濕度傳感器將變送器外置探頭固定連接至監(jiān)控主機(jī)，通過轉(zhuǎn)化器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，室內(nèi)濕度監(jiān)測終端如圖4所示。CO2傳感器內(nèi)置探頭，通過適配器將電源端與通信端相連，CO2濃度監(jiān)測終端如圖5所示。將風(fēng)速測算終端數(shù)顯表的二級參數(shù)PUH值調(diào)至30，測量室內(nèi)通風(fēng)速率，如圖6所示。

2.3 試驗(yàn)分析

為更全面地反映人流量對區(qū)域內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的作用機(jī)理，參照能耗評價(jià)指標(biāo)單位“（kW·h）/m2”，研究整合人流（變）量，即（人·h）/m2（以下稱人時(shí)變量）。為驗(yàn)證該變量的有效程度，選取不同人員密度停留不同時(shí)間時(shí)溫度、濕度、CO2濃度的增量進(jìn)行誤差分析。并用SPSS26對不同模塊的人時(shí)變量進(jìn)行誤差校驗(yàn)，如圖7—圖9所示。結(jié)果表明，誤差值均在1σ范圍內(nèi)，距離均值偏離程度和實(shí)測點(diǎn)離散性小，故本試驗(yàn)樣本的人時(shí)變量具有良好的可靠度。

2.3.1 基于人流量的溫度增量分析

按照2.1節(jié)試驗(yàn)方案進(jìn)行測量，得到33組實(shí)測散點(diǎn)，整理后得到不同人流量下溫度增量的變化趨勢，如圖10所示。

用MATLAB2021對所得散點(diǎn)進(jìn)行擬合，得到關(guān)系式如式（1）所示，擬合優(yōu)度R2為0.934。

Rj=Q2i，jRi，j∑8i=1Q2i，j，（1）

式中：Rj為j類x項(xiàng)的系數(shù)；Q2i，j為i時(shí)段中關(guān)系式的擬合優(yōu)度；Ri，j為i時(shí)段中x的j系數(shù)。利用式（1）計(jì)算得到人時(shí)變量與室內(nèi)溫度增量的關(guān)系，如式（2）所示，R2=0.934。

f1（x）=3.01exp（0.51x）－3.24exp（－7.29x），（2）

式中：f1（x）為溫度增量，℃；x為人時(shí)變量，（人·h）/m2。

2.3.2 基于人流量的濕度增量分析

按照2.1節(jié)試驗(yàn)方案對不同人流量下的濕度進(jìn)行測量，并將33組實(shí)測散點(diǎn)整理后，得到不同人時(shí)變量的濕度增量變化趨勢，如圖11所示。

在相同時(shí)間段內(nèi)，人時(shí)變量與濕度增量的絕對值存在比較明顯的負(fù)相關(guān)性。對系數(shù)取加權(quán)均值，得出二者關(guān)系如式（3）所示，R2=0.738。

f2（x）=－ 0.89x2－3.76x－1.03，（3）

式中：f2（x）為濕度增量，%。

2.3.3 基于人流量的CO2濃度增量分析

按照2.1節(jié)試驗(yàn)方案測量得到33組不同人流量下的CO2濃度，整理這些實(shí)測散點(diǎn)，不同人時(shí)變量的CO2濃度增量變化趨勢如圖12所示。

由圖12可知，不同時(shí)間段內(nèi)CO2濃度增量變化與人時(shí)變量存在正相關(guān)關(guān)系。對CO2濃度增量與人時(shí)變量進(jìn)行擬合，系數(shù)加權(quán)取值得出二者關(guān)系如式（4）所示，R2=0.935。

f3（x）=1 048 x 1.168，（4）

式中：f3（x）為CO2濃度增量，mL/m3。根據(jù)試驗(yàn)可知，人群自身會產(chǎn)生一定程度的CO2排放，其濃度增量與空間體積直接關(guān)聯(lián)，即CO2濃度每升高1 mL/m3，該區(qū)域內(nèi)對應(yīng)增加37.63 g CO2，如圖13所示。

計(jì)算可知，區(qū)域內(nèi)CO2直接排放量為0.301 kg/（人·h），人時(shí)變量與CO2直接排放量關(guān)系如式（5）所示。

C人=48.1x－5.38，（5）

式中：C人為人流量自身的CO2排放量，kg（以CO2計(jì)，下同）。

3 核算模型的構(gòu)建及驗(yàn)證

公共建筑屬于高密度人群建筑，人流自身向建筑內(nèi)釋放大量熱量與CO2，導(dǎo)致建筑實(shí)際性能與設(shè)計(jì)工況存在偏差。中國公共建筑碳排放存在核算口徑未統(tǒng)一、邊界模糊的問題[20]。為保證各用能系統(tǒng)的控制效果與節(jié)能運(yùn)營，需明確核算邊界，構(gòu)建基于人流量的碳排放核算模型。

3.1 模型構(gòu)建

公共建筑基于人流量的碳排放核算模型由人流量直接排放的CO2與人流量二次作用于設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷的間接碳排放共同構(gòu)成。系統(tǒng)能耗包括浮動(dòng)系統(tǒng)能耗與固定系統(tǒng)能耗，由人流量導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)、中央新風(fēng)系統(tǒng)能源消耗存在浮動(dòng)情況，故納入浮動(dòng)系統(tǒng)核算部分[21]。而生活熱水系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、辦公設(shè)備、醫(yī)用氣體系統(tǒng)、輔助用電系統(tǒng)等部門能源消耗與人流量關(guān)聯(lián)度小，屬于固定系統(tǒng)能耗核算范圍，按相應(yīng)設(shè)施比例匯總計(jì)算。公共建筑的碳匯量為地理邊界內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)吸收并儲存的CO2量，與人流量無關(guān)，以實(shí)際情況計(jì)量。故模型匯總流程示意如圖14所示。

試驗(yàn)擬合f1（x）→ΔT→C溫

f2（x）→ΔT→C濕

f3（x）→ΔT→C新公式推導(dǎo)

+C人→

ΔΔ*ξξ*

→E

3.1.1 基于人流量的空調(diào)系統(tǒng)碳排放模型

參照《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》[11]計(jì)算由溫度變化導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生的碳排放量。首先代入不同地區(qū)的室外均溫Ta，并依據(jù)不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)φ，得出溫度起始值φTa。根據(jù)試驗(yàn)所得的溫度增量f1（x）與公共建筑內(nèi)的溫度約束上限Tf，得到溫度超限部分，代入人時(shí)變量x，得到式（6）。

ΔT=φTa－Tf+3.01exp（0.51x）－

3.24exp（－7.29x），（6）

式中：ΔT為室內(nèi)溫度超限部分，℃；φ為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)；Ta為季節(jié)室外均溫，℃；Tf為室內(nèi)溫度約束上限，℃。根據(jù)ΔT和空調(diào)系統(tǒng)的額定制冷量，確定空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到溫度限定值所需的運(yùn)行時(shí)間t，進(jìn)一步得到空調(diào)系統(tǒng)因室內(nèi)環(huán)境變化所致的碳排放增量，如式（7）所示。

C溫=122.64×ΔT×Pi×V×EFirt，（7）

式中：C溫為空調(diào)控溫系統(tǒng)碳排放量，kg；rt為空調(diào)設(shè)備制冷量，W；V為室內(nèi)空間，m3；Pi為使用i類能源的設(shè)備功率，W；EFi為第i類能源的碳排放因子。參考不同地區(qū)的平均濕度確定室外平均相對濕度Ha，以試驗(yàn)所得濕度增量f2（x）與對應(yīng)的濕度約束上限Hf，得出環(huán)境內(nèi)的所需除濕量ΔH=Ha+f2（x）-Hf，將人時(shí)變量代入，得到式（8）。

ΔH=Ha－Hf－0.89x2－3.76x－1.03，（8）

式中：ΔH為室內(nèi)濕度超限部分，%；Ha為室外平均相對濕度，%；Hf為室內(nèi)相對濕度約束上限，%。根據(jù)《除濕機(jī)》（GB 19411—2003）[22]中單位輸入功率除濕量，濕度變化與空調(diào)控濕系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷增量的關(guān)系如式（9）所示。

C濕=0.438×ρ×ΔH×V×EFi，（9）

式中：C濕為空調(diào)控濕系統(tǒng)碳排放量，kg；ρ為空氣平均密度，kg/m3。

3.1.2 基于人流量的新風(fēng)系統(tǒng)碳排放模型

大氣中CO2濃度為400 mL/m3，由試驗(yàn)所得CO2濃度增量f3（x）與對應(yīng)的濃度約束上限Cf，可得到濃度的超限部分ΔC=400+f3（x）-Cf，將人流量代入，得到式（10）。

ΔC=400+1 048x1.168－Cf，（10）

式中：ΔC為室內(nèi)CO2濃度超限部分， mL/m3；Cf為室內(nèi)CO2濃度約束上限，mL/m3。根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[13]計(jì)算出CO2濃度超限部分對應(yīng)的新風(fēng)需求量，并根據(jù)公共建筑內(nèi)氣體環(huán)境要求，得出中央新風(fēng)系統(tǒng)由室內(nèi)CO2濃度變化所致的碳排放量計(jì)算方法，如式（11）所示。

C新=5.13×10－6×ΔC×V×P×EFiηCD×ηF，（11）

式中：C新為由人流量引起中央新風(fēng)系統(tǒng)碳排放量，kg；P為新風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa；ηCD為電機(jī)及傳動(dòng)效率，取0.855；ηF為風(fēng)機(jī)效率，%。

3.1.3 基于人流量的碳排放模型匯總

為達(dá)到并維持符合要求的公共建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，要增加對應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷。式（12）中x在（0.2，+∞）區(qū)間內(nèi)ΔC≥0，即當(dāng)人時(shí)變量超過0.2 （人·h）/m2時(shí)，室內(nèi)CO2濃度超過上限閾值，新風(fēng)系統(tǒng)啟動(dòng)產(chǎn)生能耗。對（0，0.2]、[0.2，+∞）分區(qū)間構(gòu)建模型。將各類設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的碳排放量與由人流量導(dǎo)致的室內(nèi)環(huán)境測度變化關(guān)系式化簡后合并，得到式（12）。

Ci=V×EFi×Δ×ξ，x∈（0，0.2]，Δ*×ξ*，x∈[0.2，+∞），

Δ=ΔTΔH，

Δ*=ΔTΔHΔC，

ξ=0.34Pirt

0.001PW，

ξ*=0.34Pirt

0.001PW

0.001P60 852ηF，（12）

式中：Δ，Δ*，ξ，ξ*，均為矩陣系數(shù);PW為單位輸入功率除濕量，kg/（kW·h）。碳排放間接增量為由人流量變化所產(chǎn)生的設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷增量，如式（12）所示；碳排放直接增量由人群自身產(chǎn)生的CO2所致，由式（5）所得。將直接增量與間接增量代入核算框架，得到由人流量所產(chǎn)生碳排放的核算模型，如式（13）所示。

E=y×C人+∑ni=1∑mj=1Ciθi，j，（13）

式中：E為基于人流量的公共建筑碳排放量，kg；Ci為由人流量變化產(chǎn)生的第i類設(shè)備碳排放增量，kg；θi，j為第i類設(shè)備使用第j類能源的修正系數(shù)（由設(shè)備運(yùn)行耗能類別、能源消耗比例確定）；C人為人流量自身產(chǎn)生的CO2，kg；y為建筑運(yùn)行年限。根據(jù)公共建筑用能結(jié)構(gòu)和不同功能分區(qū)的耗能設(shè)備密度，確定θ1，e∈（0.36，0.46），θ2，e∈（0.03，0.04）[23]。

3.2 模型實(shí)證檢驗(yàn)

醫(yī)療設(shè)施兼具公共建筑用能強(qiáng)度大、用能受眾廣、用能時(shí)間長等特性，且室內(nèi)環(huán)境的約束條件相較于其他公共建筑更嚴(yán)格，故選取大型綜合醫(yī)療設(shè)施進(jìn)行模型校驗(yàn)的實(shí)證分析。

3.2.1 約束條件

大型綜合醫(yī)療設(shè)施對室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)的要求參照國家標(biāo)準(zhǔn)《公共場所衛(wèi)生指標(biāo)及限值要求》（GB 37488—2019）[24]、《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18883—2022）[25]和《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》（GB 50333—2013）[26]中對醫(yī)療設(shè)施室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的限值規(guī)定：φ（CO2）≤1 000 mL/m3；根據(jù)醫(yī)院不同功能分區(qū)，溫度應(yīng)為18～22 ℃或22～24 ℃；根據(jù)不同區(qū)域面積比例設(shè)置濕度約束條件，濕度應(yīng)為50%～60%。

3.2.2 調(diào)研驗(yàn)證

以天津市某醫(yī)院的實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)為依據(jù)，能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表6所示。其日均人員密度約為0.335 人/m2，參照IPCC數(shù)據(jù)庫，標(biāo)準(zhǔn)煤的CO2排放因子為2.773 t/tce，計(jì)算得到該醫(yī)療設(shè)施碳排放總量為9 570.36 t。

由調(diào)研數(shù)據(jù)可知，該醫(yī)療設(shè)施內(nèi)公共區(qū)域面積約為1.2×104 m2，醫(yī)院占地面積約為1×104 m2，人均停留時(shí)長約為1.5 h，折算得到人時(shí)變量為0.503 （人·h）/m2。將x=0.503代入式（13），輸出結(jié)果為10 082.93 t，地理邊界內(nèi)碳匯系統(tǒng)的年均碳匯量CP取4.09～12.42 104 t/m2（以CO2計(jì)）[27]計(jì)算，最終核算結(jié)果為10 074.63 t，與實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)存在5.36%的誤差。分析造成該誤差的原因有2點(diǎn)：

1）僅統(tǒng)計(jì)了該醫(yī)療設(shè)施的實(shí)體用能設(shè)備的碳排放量，對于人流量系統(tǒng)自身產(chǎn)出的CO2并未統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致調(diào)研數(shù)據(jù)會比實(shí)際排放值略低；

2）用能監(jiān)測系統(tǒng)未覆蓋地理邊界內(nèi)的綠地碳匯系統(tǒng)，忽略了實(shí)際固碳量；由于建筑綠化設(shè)施的固碳量有限，尚未對實(shí)際核算結(jié)果造成較大偏差。

若醫(yī)療設(shè)施能源統(tǒng)計(jì)部門將人流量系統(tǒng)視為用能系統(tǒng)進(jìn)行核算，由式（5）算得，人流量導(dǎo)致的直接碳排放量為7.341 t，則實(shí)際排放總量為9 577.7 t，與模型的核算誤差降至4.93%；在此基礎(chǔ)上，以實(shí)際碳匯面積進(jìn)行測算，碳匯系統(tǒng)年碳匯量取參數(shù)中值8.3 t，地理邊界內(nèi)植被面積約為4 000 m2，計(jì)算得到碳匯量為3.32 t，則核算誤差可進(jìn)一步降至4.807%，小于5%。這表明本研究構(gòu)建的核算模型與實(shí)際工況具有良好的交互性，符合公共建筑的動(dòng)態(tài)運(yùn)行工況。

4 結(jié) 語

本文基于人流量視角對大型公共建筑碳排放核算模型進(jìn)行了研究，所得結(jié)果可為綠色公共建筑的評價(jià)體系提供理論基礎(chǔ)和模型依據(jù)。具體結(jié)論如下。

1）由程式化扎根理論和調(diào)研相關(guān)性分析可知，人流量主要是通過直接排放和間接作用于用能終端影響公共建筑的碳排放。

2）經(jīng)測算，發(fā)現(xiàn)人流量對大型公共建筑室內(nèi)環(huán)境變化的作用機(jī)理為環(huán)境測度增量與人時(shí)變量x之間存在函數(shù)關(guān)系fi（x）（i=1，2，3）；同時(shí)確定的人流量自身的CO2排放量C人=48.1x-5.38。

3）通過本文建立的以人時(shí)變量為變量的大型公共建筑的碳排放動(dòng)態(tài)核算模型進(jìn)行實(shí)證分析，結(jié)果顯示，充分考慮人流量因素且對碳匯系統(tǒng)進(jìn)行有效測算，可進(jìn)一步將誤差降低至4.807%（小于5%），故模型的核算結(jié)果與特有公共建筑實(shí)際運(yùn)行狀況的交互性良好。

本研究僅包括公共建筑運(yùn)行階段的一般情況，未對極端情況和突發(fā)情況進(jìn)行考量，而實(shí)際運(yùn)行過程中存在一定比例的高頻用能時(shí)段，因此，后續(xù)研究將建立高頻用能階段的人流量模型，進(jìn)一步完善公共建筑的動(dòng)態(tài)核算變量，為核算模型提供更精確的計(jì)量來源。

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