導讀

       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)能低碳管理設計與實施背景

       （一）“雙碳”背景下智慧樓宇節(jié)能綠色改造迫在眉睫。實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標不僅是能源領域的改革和轉型，也是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，更是維護我國資源安全，推進高質(zhì)量發(fā)展的重大舉措。《2022中國建筑能耗與碳排放研究報告》顯示，2020年全國建筑全過程能耗總量為22.7億TCE，占全國能源消費總量比重為45.5%，碳排放總量為50.8億TCO2，占全國碳排放的比重為50.9%。特別值得關注的是建筑運行階段能耗10.6億TCE，占全國能源消費總量的比重為21.3%。因此，做好樓宇建筑節(jié)能管理對于實現(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，主要耗能設備為中央空調(diào)、給排水、照明和電氣能耗等。全國商業(yè)樓宇面廣量大，是城市服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要載體。隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的推進，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)無法進行有效的能源管理和控制，這不僅會對環(huán)境產(chǎn)生負面影響，也會給企業(yè)帶來沉重的能源開銷負擔。因此，推行智慧樓宇節(jié)能低碳管理，能夠有效促進能源的合理利用，對于企業(yè)建筑群內(nèi)設備有條不紊、綜合協(xié)調(diào)、綠色低碳運行以及節(jié)約能源成本、實現(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。本次研究項目的實施對象為某辦公樓宇，該樓宇近三年平均年耗電量465萬度，主要為空調(diào)、照明和電氣能耗。由于業(yè)務快速增長，人員加班需求旺盛，導致能源費用高居不下；樓宇涉密區(qū)域較多，無法進行全面智能控制改造，導致節(jié)能管理手段較少、實施效果不佳等問題。

       二、智慧樓宇節(jié)能低碳管理設計與實施的內(nèi)涵和主要做法

       （一）構建能效診斷方法，精確分析現(xiàn)狀及建設條件

       1.調(diào)研摸底能源數(shù)據(jù)，構建全方位能效診斷方法?；诂F(xiàn)階段對提升辦公空間用能品質(zhì)，建設消潔多元、綠色低碳的能源設施，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。采用相關因素分析方法，羅列地理位置條件、氣候條件、太陽能資源、日照數(shù)量、用電峰谷時段、高能耗設備運行以及近三年能源費用等影響因素，明確高耗能設備主要涉及空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)等。

       2.強化統(tǒng)計分析，深挖樓宇節(jié)能降碳空間。核實并收集各樓宇主要設備能耗數(shù)據(jù)，檢查設備利用負荷，測試判斷空調(diào)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等各類設備的運行工況。通過調(diào)研、對比、診斷和審核，并結合國家建筑能耗標準、數(shù)據(jù)模擬、圖表統(tǒng)計等方式進行綜合能耗分析，研判目前空調(diào)、照明、電梯等用能設備的能耗尚不處于節(jié)能區(qū)間，整體能耗數(shù)據(jù)已遠超約束值，節(jié)能技術未廣泛使用，節(jié)能管理水平不足。具體分析內(nèi)容及結論如下：

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

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

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

       中國太陽能資源分布圖

       日照數(shù)量分析。根據(jù)北京地區(qū)年日照時數(shù)分析，樓宇所在位置日照時數(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。

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

       高能耗設備運行情況分析。一是辦公大樓內(nèi)大負荷用電設備主要集中在空調(diào)、照明、電梯運行系統(tǒng)以及食堂、廚房等。二是制冷機房目前處于人工手動運行模式，冷凍水、冷卻水系統(tǒng)均處于工頻定流模式，設備運行不能隨工況變化調(diào)節(jié)，加班時需設備全開，運行效率偏低，運行費用和系統(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)嚴重光衰，對辦公環(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)《民用建筑能耗標準GB/T51161-2016》，辦公建筑非供暖能耗指標的約束值和引導值分別為70和50kWh／(m2·a)，目前能耗數(shù)據(jù)已遠超約束值。

       （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.科學設計降碳路徑，分步實施節(jié)能改造?；I備組成員結合調(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大實施路徑，協(xié)同國家電網(wǎng)、國網(wǎng)綜合能源規(guī)劃設計研究院等專家充分研究，結合前沿節(jié)能技術，科學設計照明節(jié)能改造、屋頂分布式光伏建設、制冷機房改造、充電樁建設等15個節(jié)能項目。在綜合考慮節(jié)能量、建設成本及保密要求影響因素的基礎上，將項目實施步驟劃分為近期、中期、遠期。近期以制冷機房、照明節(jié)能改造為切入點，增加屋頂分布式光伏和能源管理系統(tǒng)（含分項計量）作為補充手段的智慧樓宇節(jié)能低碳管理方案。

       2.構建以能碳雙降為核心的智慧樓宇節(jié)能改造方案實施路徑。實施制冷機房改造。經(jīng)研判，空調(diào)機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，進行并聯(lián)改造，增加空調(diào)機組整體智慧控制系統(tǒng)，對機組進出水進行并聯(lián)改造，對冷卻塔進行并聯(lián)及變流量噴嘴改造。其次安裝對應計量表具、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、能耗監(jiān)測軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對電能消耗數(shù)據(jù)的收集、存儲與分析診斷。同時，在不影響空調(diào)效果、末端服務質(zhì)量及機組設備安全運行的前提下，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)對各主機、冷凍冷卻水泵運行時間及能耗的計量，生成設備能耗報表及趨勢曲線，實時進行全局優(yōu)化控制、預警、診斷、分析，實現(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、主機控制柜及智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)冷機系統(tǒng)效率的提升。

       實施照明節(jié)能改造。組織實施節(jié)能燈具采購，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LED節(jié)能燈具。更換12670盞燈具，年電量節(jié)約37萬度，不僅滿足了辦公環(huán)境照度需求，還提高了照明舒適度。

       實施屋頂分布式光伏建設。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150kWp分布式光伏。采購安裝太陽能電池陣列及支架、逆變器等組成部件，能夠滿足在無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，減少屋頂對陽光直射、雨水侵蝕的承受能力，增加屋頂使用壽命，實現(xiàn)無光污染、無輻射、零排放的綠色發(fā)電。

       加強智能能耗監(jiān)測及環(huán)保宣傳。通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，建設建筑能源管理系統(tǒng)，在符合保密要求的基礎上對樓宇的電梯、開水器、充電樁、照明、動力用電、屋頂分布式光伏發(fā)電量、碳排放數(shù)據(jù)、機房用能等數(shù)據(jù)進行分項采集、統(tǒng)計、歸類、分析和處理，以日常運行監(jiān)測代替人工抄表，跟蹤日、周、月、季、年度用能數(shù)據(jù)，構建樓宇能效評估指標體系，實施精細化、科學化節(jié)能管理，提高能源使用效率。同時，將建筑能源管理平臺顯示屏幕設置于樓宇大廳處，每日動態(tài)提示各項能源數(shù)據(jù)波動情況，對樓宇內(nèi)的辦公人員、來訪人員進行環(huán)保節(jié)能宣傳，提醒并警示企業(yè)更加關注能耗使用情況。

       （三）以能源費用托管的創(chuàng)新模式推動節(jié)能項目落地

       1.構建“雙贏”模式，推廣能源費用托管。目前，節(jié)能改造的專業(yè)化人員不足、掌握的節(jié)能技術不夠先進，無法滿足能碳雙降的節(jié)能管理要求。在充分考慮市場化、成本控制等多重因素下，采用能源費用托管模式推動項目落地。能源費用托管模式強調(diào)降本增效與節(jié)能低碳管理水平提升的有機融合，由第三方節(jié)能公司出資進行能源系統(tǒng)的節(jié)能改造，負責對供能用能、設備運維實施綜合性節(jié)能管理，雙方約定總能源托管費用基準及每年節(jié)能費用，共享節(jié)能效益。合同到期后，節(jié)能設備及后續(xù)產(chǎn)生的節(jié)能收益歸我司所有，實現(xiàn)企業(yè)與第三方節(jié)能公司的“雙贏”。

       2.確認節(jié)能基準量，明確合同期節(jié)能量。結合建筑用能設備設施、用能時段、用能人數(shù)、能源價格、疫情變化等因素進行節(jié)能量預測，以常規(guī)辦公狀態(tài)下的用能數(shù)據(jù)作為基準量。通過節(jié)能改造設計方案進行模擬測算和運維費用確認，與第三方節(jié)能公司約定托管范圍、托管期限、托管費用、節(jié)能目標。

       （四）建全項目實施與數(shù)字化運維能力，提升節(jié)能管理水平

       1.建立安全事故專項排查機制。在實施節(jié)能改造前與相關方簽訂安全環(huán)保協(xié)議，安排項目經(jīng)理在施工現(xiàn)場監(jiān)督、檢查，定期開展項目重大事故隱患專項排查,涉項目告示牌及安全警示牌展示、安全作業(yè)及安全防護條件、危險作業(yè)許可辦理審批、作業(yè)人員持證上崗及安全教育培訓、施工過程消防安全及電器安全等情況。加強對節(jié)能改造中節(jié)能產(chǎn)品型號和安全性、耐久性的檢查、審核，在監(jiān)管過程中安排專人專責，記錄相關數(shù)據(jù)，在驗收時做好節(jié)能量計算，確保項目高質(zhì)、高效、安全完成。

       2.搭建數(shù)字化節(jié)能管理平臺。數(shù)字化節(jié)能管理的核心是能源監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析。打破傳統(tǒng)的機械性抄表和數(shù)據(jù)孤島等，利用能源管理平臺的數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢，周期性展示、分析能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，不斷發(fā)現(xiàn)能源使用過程中的問題，提出節(jié)能改造方案。同時，通過外部專家研討模式對于無規(guī)律數(shù)據(jù)進行專業(yè)的節(jié)能診斷和運行指導，提高能源管理水平和使用效率。

       三、智慧樓宇節(jié)能低碳管理設計與實施效果

       （一）“解鎖”綠色清潔能源，實現(xiàn)能源供給向清潔化轉變。與樓宇實施節(jié)能改造前相比，通過屋頂分布式光伏建設，減少了對化石燃料的依賴，大幅度降低環(huán)境負荷；通過電力交換，實現(xiàn)了碳排放減少的互補效果。項目運行2個月以來，實現(xiàn)光伏發(fā)電3萬多度并全部消納，預計首年將減少碳排放約160噸。同時，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）降低整體運行能耗，實現(xiàn)樓宇用能向高效化轉變。通過制冷空調(diào)改造、照明節(jié)能改造、屋頂分布式光伏建設等方式，將建筑能耗水平降至理想狀態(tài)，實現(xiàn)年節(jié)約電量61萬度，節(jié)約標煤209噸，二氧化碳減排615噸，二氧化硫減排18噸，能源費用明顯下降，大樓綜合節(jié)能率達到11%左右。同時，對老舊管道閥門、機電漏水等問題進行檢測、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，提高了機電系統(tǒng)運行效率，構建了可持續(xù)、可再生的能源消費模式。

       （三）能源數(shù)據(jù)多維度追蹤，助力節(jié)能管理向精細化轉變。以數(shù)據(jù)促管理，提升樓宇內(nèi)的智慧建設水平。大力推廣樓宇節(jié)能技術在中央企業(yè)中的應用，建設建筑能源管理平臺，對建筑運營情況、設備運行狀態(tài)、能源消耗數(shù)據(jù)、用能指標參數(shù)、碳排放數(shù)據(jù)等建筑多維度信息進行可視化展示，讓節(jié)能管理工作更加數(shù)據(jù)化、科學化、智能化，形成消潔多元、綠色低碳的能源體系，進一步提升辦公空間品質(zhì)。

       （四）打破傳統(tǒng)項目推進模式，推動能源托管模式落地。采用能源費用托管模式有利于推動貫徹落實黨中央、國務院關于碳達峰、碳中和的決策部署，通過市場化機制激發(fā)市場主體能碳雙降活力，推進能源資源綠色低碳利用，以消耗減量實現(xiàn)碳排放降低；有利于推動落實過緊日子要求，利用市場在資源配置中的決定性作用，減少能源消耗和運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；有利于推動綠色低碳轉型，引入節(jié)能專業(yè)化服務，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。結合能源托管模式，實施制冷機房、照明燈具等節(jié)能改造，探索出一條降本增效的新路徑。預計能源托管合同期內(nèi)總節(jié)約電費500余萬元，共計獲得節(jié)能收益148萬元，綜合節(jié)能率達到11%左右，降低了能源消耗和成本，并帶來長遠經(jīng)濟效益，實現(xiàn)生態(tài)效益和經(jīng)濟效益相統(tǒng)一。

       四、結語

推進碳達峰碳中和是黨中央的重大戰(zhàn)略決策，事關中華民族永續(xù)發(fā)展和構建人類命運共同體。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，既有必要又具有實際意義，為企業(yè)協(xié)同推進生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展提供了遵循。未來，我們將探索更多節(jié)能降碳的科學路徑，構建完善清潔多元、綠色低碳的用能結構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)境約束下的突出問題，推動企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

（文/中國兵器裝備集團有限公司、國綜萬友(北京)綜合能源科技服務有限公司 趙偉 周密 李雨軒 楊帥波 崔艷 張春雨）