原创 程梦源 高性能建筑

一、标准背景情况
2021年11月，在《联合国气候变化框架公约》第26次峰会上，全球197个国家达成了《格拉斯哥气候公约》，旨在将全球变暖控制在1.5摄氏度以内、实现世界免遭灾难性气候变化[1]。2021年4月，美国政府提出“2035年美国电力系统达到零碳，2050年美国达到全社会零碳”[2]。在此背景下，美国ASHRAE首个净零能耗和净零碳建筑性能评价标准ANSI/ASHRAE Standard 228-2023[3]（以下简称“标准”）于2023年3月8日，获得美国国家标准协会的批准。本文介绍该标准的主要内容和特点。

二、标准主要内容

标准提出了“净零能耗”建筑和“净零碳”建筑的定义。用于判定新建/既有建筑、社区以及独立建筑空间的设计方案或运行状态是否达到净零能耗或净零碳排放。根据标准的内容，“净零能耗”可理解为：在建筑/场地运行期间，考虑允许的抵消和补偿后，建筑/场地的能量输入小于等于能量输出，“净零碳”可理解为建筑/场地的碳排放量小于等于碳抵消、碳补偿量。标准为这种跨建筑/场地边界的能量与碳的流动提出了量化计算方法，并对如何利用场外可再生能源和购买碳补偿制定了规则和限制条件。详细内容如下：（1）提出了“净零能耗”和“净零碳”的量化表述根据标准第4章给出的净零能耗建筑合规性要求和标准第6章给出的建筑/场地净能耗（Enet）计算公式。对于净零能耗建筑，应满足Enet≤0，既在建筑/场地在运行期间：输入能量-（输出能量+利用的场外可再生能源）≤0

根据标准第4章给出的净零碳建筑合规性要求和标准第7章给出的建筑/场地净温室气体排放量（GHGnet）计算公式。对于净零碳建筑，应满足GHGnet≤0，既建筑/场地在运行期间：（输入能量碳排放+制冷剂碳排放）-（输出能量碳抵消+利用的场外可再生能源碳抵消+购买碳补偿）≤0（2）“源能源”计算方法在建筑/场地净能耗（Enet）的计算中，不同形式的建筑/场地终端能耗都需要统一转换成“源能源”（source energy）进行计算。标准中源能源是将建筑/场地消耗的能源，考虑煤炭、石油、天然气、生物质和核燃料等初级能源形式的开采、加工和运输中消耗或损失的能量，考虑初级能源形式转化为电力消耗的能量，以及考虑在输送和分配过程中损失和消耗的能量后的实际能源消耗。标准第6章给出了不同形式终端能耗与源能源的转换系数。其中，各区域电网的电力源能源转换系数与ANSI/ASHRAE 105-2021附录K中给出的“Primary Energy Conversion Factor—Captured Energy Efficiency Approach”数值相同。

“Captured Energy Efficiency Approach”的解释详见ANSI/ASHRAE Standard 105-2021中J2.1.3，本文不再详细介绍。（3）碳排放计算方法标准第7章给出了美国各类能源的温室气体排放因子。其中，电力当量碳排放因子，标准引用了美国eGRID（The Emissions & Generation Resource Integrated Database）数据库2018年数据。

除了二氧化碳排放导致气候变暖，还有很多非二氧化碳气体排放到大气候也会造成温室效应。其中，建筑中空调制冷所普遍使用的氢氟烃、氢氯氟烃类制冷剂就是主要的非二氧化碳类温室气体。标准第七章给出了较为详细的典型制冷设备的全年制冷剂泄漏率以及各类制冷剂的全球变暖潜值（GWP），以便对制冷剂泄漏产生的碳排放进行计算。

由上表中可见，一些制冷剂的GWP值可达到几千。因此尽管这些气体排放量远小于CO2，但其对气候变化的影响不容轻视。以我国为例，根据有关机构的初步分析，我国排放的非二氧化碳温室气体按照GWP的方法计算，相当于使用化石能源所排放的二氧化碳量的20%～30%[5]。降低制冷剂碳排放可采用无氟制冷工质，如采用二氧化碳工质的热泵产品，或采用传统的氨制冷剂。从图10中可以看出，CO2作为制冷剂的GWP值为1，氨作为制冷剂的GWP值为0。（4）给出购买场外可再生能源、购买碳补偿认证的相关规定、限制条件和计算方法标准第8章对购买场外可再生能源、购买碳补认证的合规性以及计算方法提出了相关要求。不同的气候区，不同类型的建筑的单位采暖空调面积（gross floor area）可采购的场外可再生能源有总量限制。

另外购买的场外可再生能源在计入项目时还需要进行一定的折减，对于2022年1月1日或之后开始运营的场外可再生能源，标准给出的折减系数为默认值为0.95。美国eGRID数据库中MRO West子分区覆盖区域几乎全部位于美国严寒及寒冷气候区内，以该区内综合办公建筑（Mixed-use office）为例，其单位采暖空调面积可采购的场外可再生能源的源能源限值为28~34kWh/ft2·yr，以光伏发电为例，经换算，可购买的场外光伏电量约为119~145kWh/m2·a（该数值受实际购买的光伏发电的源能源转换系数影响，本文数据仅供参考），也就是要实现净零能耗、净零碳建筑，该区域内此类建筑的总能耗中可允许被光伏发电抵消的部分可达到119~145kWh/m2·a。可见，ASHRAE Standard 228标准对建筑本体节能的要求是比较宽松的。

除购买场外可再生能源外，为补偿项目碳排放，还可以购买的碳补偿认证（cco）。前提是这些等量的碳排放可以在12个日历月内封存，且应满足：每年可以计入项目的碳补偿认证≤制冷剂碳排放+0.2×输入能量碳排放可见，标准对购买碳补偿认证来达到净零碳的方式有严格的限制，不能超过制冷剂碳排放加上五分之一的输入能量碳排放。

三、标准特点与启发

（1）聚焦建筑/场地净能耗（Enet）和建筑/场地净温室气体排放量（GHGnet）

对于“净零能耗”、“净零碳排放”，标准仅关注场地净能耗（Enet）和场地净温室气体排放量（GHGnet），未对建筑/场地自身的总能耗和总碳排放量设定目标或限制。但标准对不同气候区，不同类型的建筑，单位建筑面积可采购的场外可再生能源，单个项目可购买的碳补偿信用额度，有明确的总量限制。相当于反向规定了建筑自身的总能耗和总碳排放量的限值。标准也未包含“净零能耗”或“净零碳”建筑的设计方法和技术措施。因此，建筑/场地以何种方式实现净零能耗和净零碳有较高的自由度。

（2）未考虑建造阶段能耗和隐含碳排放

目前标准对“净零能耗”和“净零碳”建筑的判定仅限定在运行阶段的能耗和碳排放。该未考虑建造阶段能耗和隐含碳排放。根据编制单位提供的信息，目前标准编制团队已在进行这方面的工作，后续版本中可能会纳入此部分内容。

（3）零能耗建筑定义与计算边界

标准中将维持建筑/场地运行的交通工具，景观设施的能耗都计算在内，例如，电梯，升降机，传送机，车辆的充放电、加油以及园林绿化护理设备等。同时，单个项目可以是建筑集合或场地集合。相比于建筑的物理界限，该标准更侧重于明确的产权归属。对于一些跨场地，物理界限不规则，但产权单一，且能量与碳的输入和输出可以明确量化的项目，美国标准的处理方式值具有一定的参考价值。

（4）场外可再生能源购买

标准中规定，建筑/场地可以通过购买可再生能源认证（REC）的方式抵消建筑/场地的能耗，合格的场外可再生能源可以采购自项目业主拥有的可再生能源设施、社区可再生能源设施或直接从第三方采购。使得一些缺乏实现零能耗条件的建筑也能以购买可再生能源的方式实现零能耗。一些有条件的项目也可以通过出售可再生能源增加收益。这种方式增加了可再生能源设施建设的灵活性，同时也有利于可再生能源市场化交易的发展。

（5）购买碳补偿认证进行碳补偿

该标准允许购买碳补偿认证进行碳补偿，并明确了碳补偿认证购买的限制比例。我国《建筑碳排放计算标准》GB/T 51366-2019中给出了建筑运行阶段、建造及拆除阶段以及建材生产及运输阶段的碳排放计算方法和计算要求，未来我国是否会出台购买碳补偿认证的相关政策和标准值得期待。

（6）混合电网逐时碳排放因子

电网电力可能来自多种能源：燃煤、燃气火电，核电，水电，风光电等。每个瞬间电力的组成比例可能是不同的，如有些光伏发电在电网中占比较多的地区，在中午阳光充沛时，大比例电力来自光伏发电，到晚高峰时，主要的电力则来自火电，因此每一时刻电网的碳排放因子都是不同的。美国标准允许以小时为单位进行能量和碳排放计算，来体现混合电网中由于各类能源的实时占比不同而导致电网碳排放因子变化。这种详细的电网碳排放因子计算更能适应未来混合电网、电网交互建筑以及间歇性电网等复杂情况的能耗及碳排放计算。

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参考文献：

[1] 澎湃新闻. 分歧中探寻共识，197个国家达成《格拉斯哥气候公约》[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] 江亿,胡姗.中国建筑部门实现碳中和的路径[J].暖通空调,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.