“雙碳”目標(biāo)背景下的數(shù)字化園區(qū)建設(shè)

鞠 凱， 劉志新， 李偉哲

(1. 唐山唐鋼建設(shè)發(fā)展有限公司，唐山 063016；2. 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

在75 屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，中國(guó)提出積極推進(jìn)綠色低碳發(fā)展，力爭(zhēng)在2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。 我國(guó)十四五規(guī)劃中明確指出，要深入推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型。 而建筑全過(guò)程碳排放量約占全國(guó)碳排放總量的一半以上，因此建筑行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型對(duì)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)至關(guān)重要，要大力推廣超低能耗、近零能耗的高品質(zhì)綠色建筑，實(shí)現(xiàn)減排降碳的目標(biāo)。

園區(qū)作為產(chǎn)業(yè)聚集的載體，既是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)調(diào)整升級(jí)的空間承載形式，又是地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的衡量標(biāo)志，在提供了大量基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)的同時(shí)也成為了碳排放的主要源頭之一。 因此，將園區(qū)定為精準(zhǔn)減排的落腳點(diǎn)、攻堅(jiān)區(qū)，確保節(jié)能、減耗、提質(zhì)、減碳工作的落實(shí)，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的必然要求和重要途徑。

1 數(shù)字化園區(qū)建設(shè)是節(jié)能降碳的重要途徑

建筑在全生命周期的各個(gè)階段都有節(jié)能降碳的巨大潛力，但是也需要綠色建筑產(chǎn)業(yè)鏈中的各個(gè)行業(yè)共同參與配合。 例如在材料和構(gòu)建生產(chǎn)階段，建材生產(chǎn)企業(yè)可以通過(guò)減排改造減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放，在建材運(yùn)輸過(guò)程中可采用新能源運(yùn)輸方式，建筑設(shè)計(jì)階段可選擇采用保溫材料、節(jié)能門窗、高壽命混凝土等新技術(shù)，建筑運(yùn)行階段可通過(guò)建設(shè)智慧運(yùn)維平臺(tái)，提高能源使用效率來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期的節(jié)能減排。

中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)的研究報(bào)告指出，建筑運(yùn)行階段的碳排放量占比在建筑全生命周期中約占42.7%，另一主要來(lái)源是建筑材料的生產(chǎn)制造，而建筑施工只占很小一部分。 因此除調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低原材料生產(chǎn)過(guò)程的碳排放之外，通過(guò)數(shù)字技術(shù)賦能建筑的運(yùn)行管理也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳的一個(gè)重要途徑。

我國(guó)高度重視園區(qū)的綠色低碳發(fā)展，陸續(xù)開展了一系列相關(guān)工作。

2021 年以來(lái)，政府多部門相繼印發(fā)文件，密切出臺(tái)相關(guān)政策措施支持園區(qū)綠色低碳發(fā)展，提出要將碳達(dá)峰、碳中和作為園區(qū)建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，以產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能源資源高效利用、生產(chǎn)方式數(shù)字化轉(zhuǎn)型、推廣試點(diǎn)示范等為抓手，推動(dòng)園區(qū)先于全社會(huì)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。

2021 年9 月，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)國(guó)家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)碳達(dá)峰碳中和相關(guān)工作的通知》指出要將碳達(dá)峰、碳中和作為示范園區(qū)建設(shè)的重要內(nèi)容，分階段、有步驟地推動(dòng)示范園區(qū)先于全社會(huì)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。

2021 年10 月，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》中指出要實(shí)施園區(qū)節(jié)能降碳工程，選擇100 個(gè)具有典型代表性的城市和園區(qū)開展碳達(dá)峰試點(diǎn)建設(shè)，在政策、資金、技術(shù)等方面對(duì)試點(diǎn)城市和園區(qū)給予支持。

2021 年11 月，工信部印發(fā)的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》中提出要實(shí)施“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+綠色制造”，鼓勵(lì)園區(qū)開展能源資源信息化管控。

此外，共有30 個(gè)省級(jí)行政區(qū)在政府工作報(bào)告中提及“雙碳”目標(biāo)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型提供政策指導(dǎo)。

2 園區(qū)數(shù)字化

2.1 運(yùn)維平臺(tái)

園區(qū)作為企業(yè)集聚發(fā)展的核心單元，既是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)調(diào)整升級(jí)的空間承載形式，也肩負(fù)著聚集創(chuàng)新資源、培育新興產(chǎn)業(yè)、推動(dòng)城市化建設(shè)等重要使命。

但目前園區(qū)在實(shí)現(xiàn)運(yùn)行階段的節(jié)能降碳上還存在以下不足:一是園區(qū)能源管理水平方面。 部分園區(qū)缺少對(duì)能源結(jié)構(gòu)、設(shè)備狀態(tài)等的精細(xì)化管理，園區(qū)內(nèi)能源監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、優(yōu)化處理和統(tǒng)一調(diào)度等管理過(guò)程智慧化水平較低。 二是園區(qū)資源利用效率方面。 部分園區(qū)資源配置結(jié)構(gòu)不完善，資源利用效率較低。

針對(duì)以上問(wèn)題，以傳感器、計(jì)量設(shè)備等為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)字化手段建設(shè)智慧化園區(qū)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，提供信息化、專業(yè)化、智慧化的節(jié)能降碳方式，利用數(shù)字技術(shù)加快推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域低碳工藝革新和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，全面推進(jìn)節(jié)能降碳和能源資源高效利用，以更加精細(xì)、動(dòng)態(tài)的方式推動(dòng)工業(yè)園區(qū)節(jié)能降耗、提質(zhì)增效，充分發(fā)揮園區(qū)綠色低碳產(chǎn)業(yè)和資源聚集化的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)供熱、供電等公共基礎(chǔ)設(shè)施的高效利用，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等一體化綠色信息基礎(chǔ)建設(shè)和數(shù)據(jù)流動(dòng)共享，助力園區(qū)優(yōu)化綠色產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同布局，推動(dòng)園區(qū)產(chǎn)業(yè)循環(huán)鏈接，促進(jìn)區(qū)域能源、資源的綜合利用。

2.2 設(shè)備基礎(chǔ)

數(shù)字化園區(qū)的節(jié)能降碳是通過(guò)對(duì)設(shè)備和環(huán)境的實(shí)時(shí)感知，結(jié)合園區(qū)及各建筑功能、空間的分布，將園區(qū)建筑、用能設(shè)備、智慧平臺(tái)相融合，基于專家系統(tǒng)做出智能決策或自我控制，從而實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部能源資源利用最優(yōu)和經(jīng)濟(jì)綠色運(yùn)行。 其中，對(duì)設(shè)備和環(huán)境的感知是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳的基礎(chǔ)。

基于園區(qū)建筑三維模型、功能空間布局等信息，梳理園區(qū)水、電、氣、熱各類能源生產(chǎn)、輸送、存儲(chǔ)和消耗環(huán)節(jié)，在能源傳遞的各節(jié)點(diǎn)安裝電表、水表等計(jì)量設(shè)備，檢測(cè)各環(huán)節(jié)節(jié)點(diǎn)的能源消耗情況。 基于計(jì)量設(shè)備從屬關(guān)系、功能空間分布、樓層部門從屬關(guān)系等定制化生成能源及設(shè)備信息展示界面，從不同維度展示能源流向，達(dá)到能源使用清晰可視。 空調(diào)機(jī)組智慧平臺(tái)界面如圖1 所示。 安裝不同類型的傳感器設(shè)備，結(jié)合建筑信息實(shí)現(xiàn)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)、啟停狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)的可視化展示，設(shè)置設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及閾值，超出閾值范圍可觸發(fā)報(bào)警，便于管理人員及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。

圖1 空調(diào)機(jī)組智慧平臺(tái)界面

2.3 決策分析

基于傳感器、計(jì)量設(shè)備等終端檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，依托設(shè)備運(yùn)營(yíng)專業(yè)知識(shí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)建立數(shù)據(jù)異常判斷、能源漏洞探測(cè)和設(shè)備異常診斷規(guī)則庫(kù)，對(duì)采集數(shù)值異常和設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)異常進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測(cè)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上，有效發(fā)掘設(shè)備系統(tǒng)潛在的能耗漏洞并報(bào)警。

通過(guò)對(duì)比歷史數(shù)據(jù)，可定制化設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行模板，按季節(jié)、工作日、節(jié)假日等信息選擇合適模板，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)控制。

同時(shí)通過(guò)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，對(duì)園區(qū)空間內(nèi)人員通行數(shù)據(jù)、人員位置數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，提供園區(qū)人員熱力情況的整體視圖；對(duì)園區(qū)空間的環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量、提供園區(qū)樓宇空間的溫度場(chǎng)整體視圖，由此對(duì)設(shè)備負(fù)荷、運(yùn)行參數(shù)等進(jìn)行預(yù)測(cè)，為管理人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

根據(jù)處理數(shù)據(jù)和信息，針對(duì)企業(yè)中不同管理層的需求生成智能報(bào)表。 為高層管理決策人員提供高度提煉的數(shù)據(jù)和信息，查看能源傳遞各環(huán)節(jié)回路的服務(wù)范圍、環(huán)比變化情況，從日、周、月、年等多維度離線分析各回路用能特征，挖掘用能異常情況，輔助節(jié)能管理，智能分析與計(jì)算各項(xiàng)能源指標(biāo)，實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備節(jié)點(diǎn)的負(fù)載率、轉(zhuǎn)換效率，包括變壓器、UPS、冷凍站等，識(shí)別轉(zhuǎn)換效率偏低的設(shè)備，為運(yùn)維操作人員提供運(yùn)行優(yōu)化建議，避免能源的浪費(fèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化管理平臺(tái)促進(jìn)建筑領(lǐng)域節(jié)能降碳的著力點(diǎn)主要是提升運(yùn)維階段的能效，其核心是基于傳感器、計(jì)量設(shè)備的能源管理，實(shí)時(shí)檢測(cè)分析各項(xiàng)能源指標(biāo)，提供優(yōu)化建議，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部的能源資源利用最優(yōu)和經(jīng)濟(jì)綠色運(yùn)行，為碳中和、碳達(dá)峰提供有效支撐。 通過(guò)打造園區(qū)數(shù)字化管理平臺(tái)，助力園區(qū)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳。