導(dǎo)讀

       建筑行業(yè)中大型商業(yè)建筑能耗極高，其單位建筑面積能耗是居民住宅的10-15倍，主要耗能設(shè)備為中央空調(diào)、給排水、照明和電氣能耗等。

       一、智慧樓宇節(jié)能低碳管理設(shè)計(jì)與實(shí)施背景

       （一）“雙碳”背景下智慧樓宇節(jié)能綠色改造迫在眉睫。實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)不僅是能源領(lǐng)域的改革和轉(zhuǎn)型，也是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，更是維護(hù)我國(guó)資源安全，推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展的重大舉措?！?022中國(guó)建筑能耗與碳排放研究報(bào)告》顯示，2020年全國(guó)建筑全過(guò)程能耗總量為22.7億TCE，占全國(guó)能源消費(fèi)總量比重為45.5%，碳排放總量為50.8億TCO2，占全國(guó)碳排放的比重為50.9%。特別值得關(guān)注的是建筑運(yùn)行階段能耗10.6億TCE，占全國(guó)能源消費(fèi)總量的比重為21.3%。因此，做好樓宇建筑節(jié)能管理對(duì)于實(shí)現(xiàn)“能碳雙控”具有重要意義。

       （二）建筑節(jié)能改造的重要性及應(yīng)用現(xiàn)狀。建筑行業(yè)中大型商業(yè)建筑能耗極高，其單位建筑面積能耗是居民住宅的10-15倍，主要耗能設(shè)備為中央空調(diào)、給排水、照明和電氣能耗等。全國(guó)商業(yè)樓宇面廣量大，是城市服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要載體。隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的推進(jìn)，傳統(tǒng)商業(yè)樓宇由于建造年代、開發(fā)商投資規(guī)模以及物業(yè)管理公司節(jié)能管理理念的不同等，大多數(shù)無(wú)法進(jìn)行有效的能源管理和控制，這不僅會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，也會(huì)給企業(yè)帶來(lái)沉重的能源開銷負(fù)擔(dān)。因此，推行智慧樓宇節(jié)能低碳管理，能夠有效促進(jìn)能源的合理利用，對(duì)于企業(yè)建筑群內(nèi)設(shè)備有條不紊、綜合協(xié)調(diào)、綠色低碳運(yùn)行以及節(jié)約能源成本、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有重要作用。

       （三）樓宇節(jié)能管理面臨的困境。本次研究項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)象為某辦公樓宇，該樓宇近三年平均年耗電量465萬(wàn)度，主要為空調(diào)、照明和電氣能耗。由于業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng)，人員加班需求旺盛，導(dǎo)致能源費(fèi)用高居不下；樓宇涉密區(qū)域較多，無(wú)法進(jìn)行全面智能控制改造，導(dǎo)致節(jié)能管理手段較少、實(shí)施效果不佳等問(wèn)題。

       二、智慧樓宇節(jié)能低碳管理設(shè)計(jì)與實(shí)施的內(nèi)涵和主要做法

       （一）構(gòu)建能效診斷方法，精確分析現(xiàn)狀及建設(shè)條件

       1.調(diào)研摸底能源數(shù)據(jù)，構(gòu)建全方位能效診斷方法?；诂F(xiàn)階段對(duì)提升辦公空間用能品質(zhì)，建設(shè)消潔多元、綠色低碳的能源設(shè)施，打造綠色、低碳、智慧型示范辦公樓宇的改造需求，成立智慧樓宇綠色低碳綜合能源項(xiàng)目籌備組開展深入調(diào)研，充分剖析能源使用現(xiàn)狀及節(jié)能改造條件。采用相關(guān)因素分析方法，羅列地理位置條件、氣候條件、太陽(yáng)能資源、日照數(shù)量、用電峰谷時(shí)段、高能耗設(shè)備運(yùn)行以及近三年能源費(fèi)用等影響因素，明確高耗能設(shè)備主要涉及空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)等。

       2.強(qiáng)化統(tǒng)計(jì)分析，深挖樓宇節(jié)能降碳空間。核實(shí)并收集各樓宇主要設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，檢查設(shè)備利用負(fù)荷，測(cè)試判斷空調(diào)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等各類設(shè)備的運(yùn)行工況。通過(guò)調(diào)研、對(duì)比、診斷和審核，并結(jié)合國(guó)家建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)模擬、圖表統(tǒng)計(jì)等方式進(jìn)行綜合能耗分析，研判目前空調(diào)、照明、電梯等用能設(shè)備的能耗尚不處于節(jié)能區(qū)間，整體能耗數(shù)據(jù)已遠(yuǎn)超約束值，節(jié)能技術(shù)未廣泛使用，節(jié)能管理水平不足。具體分析內(nèi)容及結(jié)論如下：

       地理位置分析。樓宇緊鄰地鐵站、公交站，交通便利，周圍無(wú)遮擋物。

       氣候條件分析。樓宇所處地區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候，位于溫帶與中溫帶、半干旱與濕潤(rùn)的過(guò)度地帶。春季干旱少雨、蒸發(fā)強(qiáng)度大，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽、風(fēng)和日麗，冬季受蒙古高壓槽影響，干燥寒冷，總體無(wú)極端天氣。分析數(shù)據(jù)圖如下：

       太陽(yáng)能資源分析。樓宇位于北京地區(qū)太陽(yáng)能輻射量高值區(qū)，太陽(yáng)能輻射年總量在5000-6000MJ/(m2·a)之間。

       中國(guó)太陽(yáng)能資源分布圖

       日照數(shù)量分析。根據(jù)北京地區(qū)年日照時(shí)數(shù)分析，樓宇所在位置日照時(shí)數(shù)充足；空置的樓宇屋頂具備承載光伏組件、支架以及光伏線纜重量的能力。綜上分析，初步可得出該樓宇屋頂適宜安裝分布式光伏。

       用電峰谷時(shí)段分析。高峰時(shí)段（10:00-15:00；18:00-21:00)，平段（7:00-10:00；15:00-18:00；21:00-23:00)，低谷時(shí)段(23:00-7:00)；夏季尖峰時(shí)段(7-8月11:00-13:00；16:00-17:00)。

       高能耗設(shè)備運(yùn)行情況分析。一是辦公大樓內(nèi)大負(fù)荷用電設(shè)備主要集中在空調(diào)、照明、電梯運(yùn)行系統(tǒng)以及食堂、廚房等。二是制冷機(jī)房目前處于人工手動(dòng)運(yùn)行模式，冷凍水、冷卻水系統(tǒng)均處于工頻定流模式，設(shè)備運(yùn)行不能隨工況變化調(diào)節(jié)，加班時(shí)需設(shè)備全開，運(yùn)行效率偏低，運(yùn)行費(fèi)用和系統(tǒng)能耗較高。三是樓宇存在大量傳統(tǒng)熒光燈具使用情況，部分燈具已出現(xiàn)嚴(yán)重光衰，對(duì)辦公環(huán)境光線存在一定影響。

       近三年能源數(shù)據(jù)分析。根據(jù)辦公樓宇近三年用電量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，用電高峰在6、7、8月，用電低谷在3、4、11月。根據(jù)《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)GB/T51161-2016》，辦公建筑非供暖能耗指標(biāo)的約束值和引導(dǎo)值分別為70和50kWh／(m2·a)，目前能耗數(shù)據(jù)已遠(yuǎn)超約束值。

       （二）創(chuàng)建以能碳雙降為核心的智慧樓宇節(jié)能改造方案

       1.科學(xué)設(shè)計(jì)降碳路徑，分步實(shí)施節(jié)能改造?；I備組成員結(jié)合調(diào)研、能源診斷及節(jié)能需求情況，制定了能源供給清潔化、能源需求電氣化、整體能效提升及管理數(shù)字化4大實(shí)施路徑，協(xié)同國(guó)家電網(wǎng)、國(guó)網(wǎng)綜合能源規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院等專家充分研究，結(jié)合前沿節(jié)能技術(shù)，科學(xué)設(shè)計(jì)照明節(jié)能改造、屋頂分布式光伏建設(shè)、制冷機(jī)房改造、充電樁建設(shè)等15個(gè)節(jié)能項(xiàng)目。在綜合考慮節(jié)能量、建設(shè)成本及保密要求影響因素的基礎(chǔ)上，將項(xiàng)目實(shí)施步驟劃分為近期、中期、遠(yuǎn)期。近期以制冷機(jī)房、照明節(jié)能改造為切入點(diǎn)，增加屋頂分布式光伏和能源管理系統(tǒng)（含分項(xiàng)計(jì)量）作為補(bǔ)充手段的智慧樓宇節(jié)能低碳管理方案。

       2.構(gòu)建以能碳雙降為核心的智慧樓宇節(jié)能改造方案實(shí)施路徑。實(shí)施制冷機(jī)房改造。經(jīng)研判，空調(diào)機(jī)組暫不具備改造條件，因此首先將冷凍水泵、冷卻水泵調(diào)整為變頻控制，進(jìn)行并聯(lián)改造，增加空調(diào)機(jī)組整體智慧控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組進(jìn)出水進(jìn)行并聯(lián)改造，對(duì)冷卻塔進(jìn)行并聯(lián)及變流量噴嘴改造。其次安裝對(duì)應(yīng)計(jì)量表具、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、能耗監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能消耗數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)與分析診斷。同時(shí)，在不影響空調(diào)效果、末端服務(wù)質(zhì)量及機(jī)組設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各主機(jī)、冷凍冷卻水泵運(yùn)行時(shí)間及能耗的計(jì)量，生成設(shè)備能耗報(bào)表及趨勢(shì)曲線，實(shí)時(shí)進(jìn)行全局優(yōu)化控制、預(yù)警、診斷、分析，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)綜合節(jié)能率16%以上。增加智能變頻控制柜、主機(jī)控制柜及智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)冷機(jī)系統(tǒng)效率的提升。

       實(shí)施照明節(jié)能改造。組織實(shí)施節(jié)能燈具采購(gòu)，在各照明區(qū)域清理、摸清傳統(tǒng)燈具數(shù)量及燈具瓦數(shù)、備用燈具情況等，將傳統(tǒng)熒光燈具更換為L(zhǎng)ED節(jié)能燈具。更換12670盞燈具，年電量節(jié)約37萬(wàn)度，不僅滿足了辦公環(huán)境照度需求，還提高了照明舒適度。

       實(shí)施屋頂分布式光伏建設(shè)。充分利用樓宇屋頂面積及良好的光照條件，采用“全部自發(fā)自用”模式，建設(shè)150kWp分布式光伏。采購(gòu)安裝太陽(yáng)能電池陣列及支架、逆變器等組成部件，能夠滿足在無(wú)人值守的情況下維持25年使用壽命，提升可再生能源利用水平，減少屋頂對(duì)陽(yáng)光直射、雨水侵蝕的承受能力，增加屋頂使用壽命，實(shí)現(xiàn)無(wú)光污染、無(wú)輻射、零排放的綠色發(fā)電。

       加強(qiáng)智能能耗監(jiān)測(cè)及環(huán)保宣傳。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，建設(shè)建筑能源管理系統(tǒng)，在符合保密要求的基礎(chǔ)上對(duì)樓宇的電梯、開水器、充電樁、照明、動(dòng)力用電、屋頂分布式光伏發(fā)電量、碳排放數(shù)據(jù)、機(jī)房用能等數(shù)據(jù)進(jìn)行分項(xiàng)采集、統(tǒng)計(jì)、歸類、分析和處理，以日常運(yùn)行監(jiān)測(cè)代替人工抄表，跟蹤日、周、月、季、年度用能數(shù)據(jù)，構(gòu)建樓宇能效評(píng)估指標(biāo)體系，實(shí)施精細(xì)化、科學(xué)化節(jié)能管理，提高能源使用效率。同時(shí)，將建筑能源管理平臺(tái)顯示屏幕設(shè)置于樓宇大廳處，每日動(dòng)態(tài)提示各項(xiàng)能源數(shù)據(jù)波動(dòng)情況，對(duì)樓宇內(nèi)的辦公人員、來(lái)訪人員進(jìn)行環(huán)保節(jié)能宣傳，提醒并警示企業(yè)更加關(guān)注能耗使用情況。

       （三）以能源費(fèi)用托管的創(chuàng)新模式推動(dòng)節(jié)能項(xiàng)目落地

       1.構(gòu)建“雙贏”模式，推廣能源費(fèi)用托管。目前，節(jié)能改造的專業(yè)化人員不足、掌握的節(jié)能技術(shù)不夠先進(jìn)，無(wú)法滿足能碳雙降的節(jié)能管理要求。在充分考慮市場(chǎng)化、成本控制等多重因素下，采用能源費(fèi)用托管模式推動(dòng)項(xiàng)目落地。能源費(fèi)用托管模式強(qiáng)調(diào)降本增效與節(jié)能低碳管理水平提升的有機(jī)融合，由第三方節(jié)能公司出資進(jìn)行能源系統(tǒng)的節(jié)能改造，負(fù)責(zé)對(duì)供能用能、設(shè)備運(yùn)維實(shí)施綜合性節(jié)能管理，雙方約定總能源托管費(fèi)用基準(zhǔn)及每年節(jié)能費(fèi)用，共享節(jié)能效益。合同到期后，節(jié)能設(shè)備及后續(xù)產(chǎn)生的節(jié)能收益歸我司所有，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與第三方節(jié)能公司的“雙贏”。

       2.確認(rèn)節(jié)能基準(zhǔn)量，明確合同期節(jié)能量。結(jié)合建筑用能設(shè)備設(shè)施、用能時(shí)段、用能人數(shù)、能源價(jià)格、疫情變化等因素進(jìn)行節(jié)能量預(yù)測(cè)，以常規(guī)辦公狀態(tài)下的用能數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)量。通過(guò)節(jié)能改造設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬測(cè)算和運(yùn)維費(fèi)用確認(rèn)，與第三方節(jié)能公司約定托管范圍、托管期限、托管費(fèi)用、節(jié)能目標(biāo)。

       （四）建全項(xiàng)目實(shí)施與數(shù)字化運(yùn)維能力，提升節(jié)能管理水平

       1.建立安全事故專項(xiàng)排查機(jī)制。在實(shí)施節(jié)能改造前與相關(guān)方簽訂安全環(huán)保協(xié)議，安排項(xiàng)目經(jīng)理在施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督、檢查，定期開展項(xiàng)目重大事故隱患專項(xiàng)排查,涉項(xiàng)目告示牌及安全警示牌展示、安全作業(yè)及安全防護(hù)條件、危險(xiǎn)作業(yè)許可辦理審批、作業(yè)人員持證上崗及安全教育培訓(xùn)、施工過(guò)程消防安全及電器安全等情況。加強(qiáng)對(duì)節(jié)能改造中節(jié)能產(chǎn)品型號(hào)和安全性、耐久性的檢查、審核，在監(jiān)管過(guò)程中安排專人專責(zé)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，在驗(yàn)收時(shí)做好節(jié)能量計(jì)算，確保項(xiàng)目高質(zhì)、高效、安全完成。

       2.搭建數(shù)字化節(jié)能管理平臺(tái)。數(shù)字化節(jié)能管理的核心是能源監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析。打破傳統(tǒng)的機(jī)械性抄表和數(shù)據(jù)孤島等，利用能源管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢(shì)，周期性展示、分析能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，不斷發(fā)現(xiàn)能源使用過(guò)程中的問(wèn)題，提出節(jié)能改造方案。同時(shí)，通過(guò)外部專家研討模式對(duì)于無(wú)規(guī)律數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)的節(jié)能診斷和運(yùn)行指導(dǎo)，提高能源管理水平和使用效率。

       三、智慧樓宇節(jié)能低碳管理設(shè)計(jì)與實(shí)施效果

       （一）“解鎖”綠色清潔能源，實(shí)現(xiàn)能源供給向清潔化轉(zhuǎn)變。與樓宇實(shí)施節(jié)能改造前相比，通過(guò)屋頂分布式光伏建設(shè)，減少了對(duì)化石燃料的依賴，大幅度降低環(huán)境負(fù)荷；通過(guò)電力交換，實(shí)現(xiàn)了碳排放減少的互補(bǔ)效果。項(xiàng)目運(yùn)行2個(gè)月以來(lái)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電3萬(wàn)多度并全部消納，預(yù)計(jì)首年將減少碳排放約160噸。同時(shí)，屋頂分布式光伏系統(tǒng)不影響用戶電壓環(huán)境和建筑環(huán)境，使建筑自身成為能量制造的動(dòng)力系統(tǒng)，較好協(xié)調(diào)了建筑外觀和光伏發(fā)電系統(tǒng)的建造，提高建筑防雨、防曬效果，使樓宇降溫節(jié)能。

       （二）降低整體運(yùn)行能耗，實(shí)現(xiàn)樓宇用能向高效化轉(zhuǎn)變。通過(guò)制冷空調(diào)改造、照明節(jié)能改造、屋頂分布式光伏建設(shè)等方式，將建筑能耗水平降至理想狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)年節(jié)約電量61萬(wàn)度，節(jié)約標(biāo)煤209噸，二氧化碳減排615噸，二氧化硫減排18噸，能源費(fèi)用明顯下降，大樓綜合節(jié)能率達(dá)到11%左右。同時(shí)，對(duì)老舊管道閥門、機(jī)電漏水等問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)、維修和節(jié)能改造，挖掘空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)節(jié)能減排潛能，提高了機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行效率，構(gòu)建了可持續(xù)、可再生的能源消費(fèi)模式。

       （三）能源數(shù)據(jù)多維度追蹤，助力節(jié)能管理向精細(xì)化轉(zhuǎn)變。以數(shù)據(jù)促管理，提升樓宇內(nèi)的智慧建設(shè)水平。大力推廣樓宇節(jié)能技術(shù)在中央企業(yè)中的應(yīng)用，建設(shè)建筑能源管理平臺(tái)，對(duì)建筑運(yùn)營(yíng)情況、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、能源消耗數(shù)據(jù)、用能指標(biāo)參數(shù)、碳排放數(shù)據(jù)等建筑多維度信息進(jìn)行可視化展示，讓節(jié)能管理工作更加數(shù)據(jù)化、科學(xué)化、智能化，形成消潔多元、綠色低碳的能源體系，進(jìn)一步提升辦公空間品質(zhì)。

       （四）打破傳統(tǒng)項(xiàng)目推進(jìn)模式，推動(dòng)能源托管模式落地。采用能源費(fèi)用托管模式有利于推動(dòng)貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于碳達(dá)峰、碳中和的決策部署，通過(guò)市場(chǎng)化機(jī)制激發(fā)市場(chǎng)主體能碳雙降活力，推進(jìn)能源資源綠色低碳利用，以消耗減量實(shí)現(xiàn)碳排放降低；有利于推動(dòng)落實(shí)過(guò)緊日子要求，利用市場(chǎng)在資源配置中的決定性作用，減少能源消耗和運(yùn)行中不必要的能源資源保障支出，減輕節(jié)能改造資金壓力；有利于推動(dòng)綠色低碳轉(zhuǎn)型，引入節(jié)能專業(yè)化服務(wù)，提高節(jié)能管理專業(yè)化水平。

       （五）多維度節(jié)能降碳，助推企業(yè)降本增效。結(jié)合能源托管模式，實(shí)施制冷機(jī)房、照明燈具等節(jié)能改造，探索出一條降本增效的新路徑。預(yù)計(jì)能源托管合同期內(nèi)總節(jié)約電費(fèi)500余萬(wàn)元，共計(jì)獲得節(jié)能收益148萬(wàn)元，綜合節(jié)能率達(dá)到11%左右，降低了能源消耗和成本，并帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益相統(tǒng)一。

       四、結(jié)語(yǔ)

推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和是黨中央的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。作為中央企業(yè)，開展以能碳雙降為核心的智慧樓宇節(jié)能低碳管理研究，既有必要又具有實(shí)際意義，為企業(yè)協(xié)同推進(jìn)生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展提供了遵循。未來(lái)，我們將探索更多節(jié)能降碳的科學(xué)路徑，構(gòu)建完善清潔多元、綠色低碳的用能結(jié)構(gòu)和能源信息化管理體系，著力提升節(jié)能管理水平，解決企業(yè)在資源環(huán)境約束下的突出問(wèn)題，推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

（文/中國(guó)兵器裝備集團(tuán)有限公司、國(guó)綜萬(wàn)友(北京)綜合能源科技服務(wù)有限公司 趙偉 周密 李雨軒 楊帥波 崔艷 張春雨）