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低碳思维下的机电设计探讨

在国家提出“碳达峰、碳中和”促进经济社会发展全面绿色转型目标的大背景下，思考

机电设计在建筑节能减碳进程当中的角色，探讨机电设计如何将低碳思维融入到机电

设计的全过程中。

背景

2020年9月22日，中国在第七十五届联合国大会上宣布，力争2030年前二氧化碳

排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标。“双碳”政策背景下，绿色低碳

循环经济发展模式成为必然选择。中国建筑节能协会能耗专委会发布的《中国建筑能

耗研究报告（2021）》显示，2019年全国建筑全过程碳排放总量为22.33亿tce，占

全国碳排放的比重达到50.6%。建筑领域的低碳转型是我国实现“双碳”目标的关键一

环。践行绿色建筑理念，实现建筑行业绿色化、低碳化已成为行业共识。

建筑行业双碳路径

建筑全过程碳排放包括建筑运行、建筑施工及建材生产运输三大阶段的碳排放。其中

建筑运行碳排放占建筑全过程碳排放的50%左右，被称为建筑直接碳排放。其余为建

筑隐形碳排放。按照目前国家碳排放的统计分类，建筑隐形碳排放将归类于工业和交

通版块。因此本文重点关注建筑运行碳排放。建筑运行碳排放（BCE）是建筑运行过

程中各类能源消耗量与该类能源碳排放因子的乘积（如下图所示）。

因此为了控制建筑碳排放总量，需要做到以下几点：

1）控制建设规模；

2）提高建筑节能水平，即降低单位面积耗能指标；

3）控制能源结构，降低碳排放因子或采用碳排放因子低的能源；

4）提升建筑的产能水平，发展建筑可再生能源利用。

由此可见建筑业实现双碳的关键路径，在于实施建筑能耗总量和强度的“双

控”，当建筑节能水平即建筑单位面积耗能指标达到一定极限以后，依赖于

建筑可再生能源利用、电网清洁化及碳汇、碳捕集技术等达到全面碳中和。

低碳思维下的机电设计

截至目前，多家研究机构对于建筑用能增长趋势和用能水平进行了预测，

结果虽各不相同，但均认为建筑领域能耗仍将快速增长。建筑行业的双碳

目标任重道远，建筑设计行业在这场持久战中将承担着关键且不可推卸的

责任。

机电系统作为建筑人工环境的塑造者，是建筑用能的载体，承担着几乎所

有的建筑用能。因此在双碳背景下，建筑的机电设计显得尤为重要。时代

要求我们摆脱传统的机电设计模式，采用低碳思维融入到全过程机电设计

中。从负荷源头开始，应用系统化思维和全过程设计模式，将机电设计与

建筑设计及运维融合，并制定长期的机电节能减碳路径。双碳时代背景下，

机电设计或有以下思维转变：

01、从配负荷到定负荷

提高建筑节能水平是实现建筑业碳中和的基础，建筑越节能，消耗的能量

越少，建筑才能越低碳。提高建筑节能水平应当从两方面入手。首先提高

建筑的被动节能水平，从源头控制建筑对于能源的消耗。其次为机电系统

的主动增效。而传统机电设计仅仅围绕在机电系统的增效优化，很少向建

筑侧延伸。

负荷计算对于暖通设计人员是一项基本及基础的工作内容。长期以来暖通

设计人员从建筑获得建筑布局及建筑围护结构参数，设置到空调负荷计算

软件，如华电源等，得到空调负荷，从而确定空调冷热源的容量配置。然

而在“双碳背景下，我们建筑的节能水平要继续提高，从50%节能标准提升

”

至75%节能标准，甚至达到超低能耗标准，今后还将推行建筑能耗定额标

准。

机电设计师完全可以或者说需要从建筑的能耗指标去倒推出建筑负荷指标，

从而对于建筑的被动设计和外围护结构设计提出要求。也就是说机电设计

人员可以参与到建筑的被动设计，应用数值化模拟分析手段，提出建筑的

自然通风、采光、遮阳及保温要求（例如我们在南京某商业万象天地项目，

对中庭玻璃的要求；另商业出入口旋转门代替平推门，以及提高门的气密

性后，在夏热冬冷或以北地区可以大大减少冬季热负荷。这点我们在众多

项目中已经得到实践，机电工程师不再仅是从事单纯的机电设计，而是可

以应用对于建筑能耗及建筑负荷组成的深刻了解，参与到部分的建筑前期

方案设计中。

02、冷热源电气化

在建筑节能水平已然提高的前提下，建筑使用的能源的碳排放因子高低，

就决定了建筑碳排放的高低。下表显示了目前天然气与电力的碳排放因子

对比：

*上海电力碳排放因子0.42kg/kWh,平均供电标准标煤0.307kg/kwh

可见电力是比天然气等化石能源更清洁，更低碳的能源。而且随着电网的清洁化改造，

电力的碳排放因子将逐年递减，甚至有可能完全为零。因此建筑用能的全面电气化就

显得十分