智慧楼宇节能低碳管理设计与实施

　　 文/赵伟 周密 李雨轩 杨帅波 崔艳 张春雨

　　实现“双碳”目标不仅是能源领域的改革和转型，也是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，更是维护我国资源安全推进高质量发展的重大举措。《2022中国建筑能耗与碳排放研究报告》显示，2020年全国建筑全过程能耗总量为22.7亿吨标准煤，占全国能源消费总量比重为45.5%，碳排放总量为50.8亿吨二氧化碳，占全国碳排放的比重为50.9%。做好楼宇建筑节能管理对于实现能源消耗和碳排放双控具有重要意义。 

　　现状分析 

　　建筑行业中大型商业建筑能耗极高，其单位建筑面积能耗是居民住宅的10至15倍，主要耗能设备为中央空调、给排水、照明和电气设备等。全国商业楼宇面广量大，是城市服务产业发展的主要载体。传统商业楼宇建造年代、开发商投资规模以及物业管理公司节能管理理念等各有差异，大多数无法有效开展能源管理和控制，不仅对环境产生了负面影响，也给企业带来沉重的能源开销负担。推行智慧楼宇节能低碳管理，能够促进能源的合理利用，对于企业建筑群内设备安全稳定低碳运行、节约能源成本、实现可持续发展具有重要作用。 

　　笔者以某办公楼宇为研究对象，该楼宇近3年平均年耗电量465万千瓦时，主要为空调、照明和电气能耗。由于业务快速增长，加班时间较长，导致能源费用居高不下；楼宇涉密区域较多，无法进行全面智能控制改造，存在节能管理手段较少、实施效果不佳等问题。 

　　改造路径 

　　——构建能效诊断方法，精确分析现状及建设条件。 

　　调研摸底能源数据，基于现阶段对提升办公空间用能品质，打造绿色、低碳、智慧型示范办公楼宇的改造需求，充分剖析能源使用现状及节能改造条件。采用相关因素分析方法，罗列地理位置条件、气候条件、太阳能资源、日照数量、用电峰谷时段、高能耗设备运行以及近3年能源费用等影响因素，明确高耗能设备主要涉及空调系统、照明系统、配电系统、热水系统等。 

　　强化统计分析，深挖楼宇节能降碳空间。核实并收集各楼宇主要设备能耗数据，检查设备利用负荷，测试判断空调系统、配电系统、照明系统等各类设备的运行工况。通过调研、对比、诊断和审核，结合国家建筑能耗标准、数据模拟、图表统计等方式分析综合能耗，研判目前空调、照明、电梯等用能设备的能耗尚不处于节能区间，整体能耗数据已远超约束值，节能技术未广泛使用，节能管理水平不足。 

　　根据办公楼宇近3年用电量统计数据分析，用电高峰在6至8月，用电低谷在3月、4月和11月。根据《民用建筑能耗标准GB/T 51161—2016》，办公建筑非供暖能耗指标的约束值和引导值分别为70千瓦时和50千瓦时立方米每年，目前能耗数据已远超约束值。 

　　——创建以能碳双降为核心的智慧楼宇节能改造方案。 

　　科学设计降碳路径，分步实施节能改造。结合调研、能源诊断及节能需求情况，制定了能源供给清洁化、能源需求电气化、整体能效提升及管理数字化四大实施路径，协同专家充分研究，结合前沿节能技术，科学设计照明节能改造、屋顶分布式光伏建设、制冷机房改造、充电桩建设等15个节能项目。在综合考虑节能量、建设成本及保密要求等影响因素的基础上，将项目实施步骤划分为近期、中期、远期。近期以制冷机房、照明节能改造为切入点，增加屋顶分布式光伏和能源管理系统（含分项计量）作为补充手段的智慧楼宇节能低碳管理方案。 

　　经研判，空调机组暂不具备改造条件，因此首先将冷冻水泵、冷却水泵调整为变频控制，实施并联改造，增加空调机组整体智慧控制系统，对机组进出水实施并联改造，对冷却塔进行并联及变流量喷嘴改造。其次安装对应计量表具、数据采集系统、能耗监测软件系统，实现对电能消耗数据的收集、存储与分析诊断。在不影响空调效果、末端服务质量及机组设备安全运行的前提下，通过控制系统实现对各主机、冷冻冷却水泵运行时间及能耗的计量，生成设备能耗报表及趋势曲线，实时开展全局优化控制、预警、诊断和分析，实现空调系统综合节能率16%以上。增加智能变频控制柜、主机控制柜及智能控制系统，提升冷机系统效率。 

　　实施照明节能改造，组织实施节能灯具采购，摸清传统灯具数量及灯具功率、备用灯具情况等，将传统荧光灯具更换为LED节能灯具，年节约电量37万千瓦时，不仅满足了办公环境照度需求，还提高了照明舒适度。 

　　建设屋顶分布式光伏，充分利用楼宇屋顶面积及良好的光照条件，采用“全部自发自用”模式，建设150KWp分布式光伏。采购安装太阳能电池阵列及支架、逆变器等组成部件，在无人值守的情况下使用寿命达25年，提升了可再生能源利用水平，增强屋顶对阳光直射、雨水侵蚀的承受能力，延长屋顶使用寿命，实现无光污染、无辐射、零排放绿色发电。 

　　加强智能能耗监测及环保宣传，通过物联网、大数据、人工智能等技术，建设建筑能源管理系统，在符合保密要求的基础上，分项采集楼宇的电梯、充电桩、照明、光伏发电量、碳排放、机房用能等数据，以日常运行监测代替人工抄表，跟踪用能数据，构建楼宇能效评估指标体系，实施精细化、科学化节能管理，提高能源使用效率。同时，将建筑能源管理平台显示屏幕设置于楼宇大厅处，提醒并警示干部职工关注能耗使用情况。 

　　——推动能源费用托管助力节能降碳。 

　　目前，多数单位节能改造的专业化人员不足、掌握的节能技术不够，无法满足能碳双降的节能管理要求。能源费用托管模式强调降本增效与节能低碳管理水平提升的有机融合，由第三方节能服务公司出资开展能源系统的节能改造，负责对供能用能、设备运维实施综合性节能管理，双方约定总能源托管费用基准及每年节能费用，共享节能效益。合同到期后，节能设备及后续产生的节能收益归企业所有，实现企业与第三方节能服务公司的“双赢”。 

　　结合建筑用能设备设施、用能时段、用能人数、能源价格等因素预测节能量，以常规办公状态下的用能数据作为基准量。通过节能改造设计方案模拟测算和运维费用确认，与第三方节能服务公司约定托管范围、托管期限、托管费用、节能目标。 

　　——健全项目实施与数字化运维能力，提升节能管理水平。 

　　建立安全事故专项排查机制。在实施节能改造前与相关方签订安全环保协议，安排项目经理在施工现场监督、检查，定期开展项目重大事故隐患专项排查，涉及项目告示牌及安全警示牌展示、安全作业及安全防护条件、危险作业许可办理审批、作业人员持证上岗及安全教育培训、消防安全等情况。加强对节能改造中节能产品型号和安全性、耐久性的检查，在监管过程中安排专人负责，记录相关数据，在验收时做好节能量计算。 

　　搭建数字化节能管理平台。数字化节能管理的核心是能源监测和数据分析，改变传统的机械性抄表方式，打破数据孤岛等，利用能源管理平台的数据采集优势，周期性展示、分析能耗统计数据，不断发现能源使用过程中的问题，提出节能改造方案。同时，邀请外部专家研讨，针对无规律数据做出专业的节能诊断和运行指导，提高能源管理水平和使用效率。 

　　实施效果 

　　“解锁”绿色清洁能源，能源供给向清洁化转变。与楼宇实施节能改造前相比，通过建设屋顶分布式光伏，减少了对化石燃料的依赖，大幅度降低环境负荷；通过电力交换，实现了碳排放减少的互补效果。项目运行2个月以来，光伏设备发电3万多千瓦时并全部消纳，预计首年将减少碳排放约160吨。同时，屋顶分布式光伏系统不影响用户电压环境和建筑环境，使建筑自身成为能量制造的动力系统，较好协调了建筑外观和光伏发电系统，提高建筑防雨、防晒效果，楼宇降温节能成效显著。 

　　降低整体运行能耗，楼宇用能向高效化转变。通过改造制冷空调和照明设备、建设屋顶分布式光伏等方式，建筑能耗水平降至理想状态，实现年节约电量61万千瓦时，节约标准煤209吨，减排二氧化碳615吨、二氧化硫18吨，能源费用明显下降，大楼综合节能率达到11%左右。同时，检测、维修老旧管道阀门、机电漏水等问题并实施节能改造，挖掘空调系统、照明系统节能减排潜力，提高了机电系统运行效率，构建了可持续的能源消费模式。 

　　能源数据多维度追踪，节能管理向精细化转变。以数据促管理，提升楼宇内的智慧建设水平。大力推广楼宇节能技术在中央企业中的应用，建设建筑能源管理平台，可视化展示建筑运行情况、设备运行状态、能源消耗数据、用能指标参数、碳排放数据等，让节能管理工作数据化、科学化、智能化，形成清洁多元、绿色低碳的能源体系。 

　　打破传统项目模式，推动能源托管模式落地。采用能源费用托管模式有利于贯彻落实碳达峰、碳中和的决策部署，通过市场化机制激发市场主体能碳双降活力，推进能源资源绿色低碳利用，以消耗减量实现碳排放降低；有利于推动落实过紧日子要求，利用市场在资源配置中的决定性作用，减少能源消耗和运行中不必要的能源资源保障支出，减轻节能改造资金压力；有利于推动绿色低碳转型，引入节能专业化服务，提高节能管理专业化水平。 

　　多维度节能降碳，助推企业降本增效。结合能源托管模式，实施制冷机房、照明灯具等节能改造，探索出一条降本增效的新路径。预计能源托管合同期内总节约电费500余万元，共计获得节能收益148万元，综合节能率达到11%左右，降低了能源消耗和成本，带来长远经济效益，实现生态效益和经济效益相统一。