“雙碳”背景下北京市公共建筑低碳化新場景研究及推進建議

文_王云霞 北京節(jié)能環(huán)保中心

近年，建筑領(lǐng)域作為能源消耗的三大“巨頭”之一，已成為節(jié)能減碳工作的重點領(lǐng)域。中國建筑能耗研究報告（2019）里的數(shù)據(jù)顯示，2017年，中國建筑能源消費總量為9.47億tce，其中公共建筑能耗3.63億tce，占建筑能耗總量的38.37%，公共建筑單位面積能耗為30.35kgce/m2,分別是城鎮(zhèn)居住建筑的2.6倍（11.85kgce/m2）和農(nóng)村居住建筑的2.8倍(10.21kgce/m2)。從北京市來看，2019年二氧化碳排放量為1.45億t，其中建筑行業(yè)約7200萬t，占比約50%，碳排放較高的集中在商超、賓館、學(xué)校、寫字樓等公共建筑領(lǐng)域，由此可見，公共建筑節(jié)能降碳依然任重道遠。

1 北京市公共建筑基本現(xiàn)狀分析

1.1 公共建筑能耗特點及碳排放概況

根據(jù)北京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點，本課題研究以建筑運行階段的碳排放為研究對象。

北京市公共建筑涉及功能類型較多，包括辦公、商業(yè)、酒店、學(xué)校、醫(yī)院、文化、體育等。其中，辦公及商業(yè)綜合體所占比例最高，分別為33%和31%，其次為學(xué)校及酒店。

北京大型公共建筑的能耗具有的共同特點：整體用能水平和國外大型公共建筑差別不大，部分建筑能耗偏低；相同類型的建筑能耗仍有較大差異，最大可相差2倍以上；主要能耗類型為電力，采暖能耗較低；單位建筑面積能耗指標高，耗電量在100～300kWh/m2·a；公共建筑能耗的主要組成部分為空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等。

依據(jù)北京市2020年統(tǒng)計年鑒，北京市新建公共建筑在2014、2015達到峰值，之后呈逐年下降趨勢，公共建筑面積增長放緩。隨著北京市城市規(guī)模的嚴格控制和非首都功能疏解的逐步推進，公共建筑總面積將基本保持穩(wěn)定。選取2010～2019年的公共建筑統(tǒng)計數(shù)據(jù)，能耗總量與碳排放的變化曲線如圖1。從圖1可以看出，北京市公共建筑各年度能耗和碳排放變化趨勢基本一致，處于緩慢上升趨勢，近幾年碳排放增速高于能耗增速。

圖1 公共建筑年度能耗總量與碳排放對比

1.2 公共建筑能源管理面臨的問題

當下國內(nèi)公共建筑多為物業(yè)公司或后勤管理模式，管理水平較粗放，用能及設(shè)備管理更多是從安全使用的角度考慮，對公共建筑的節(jié)能改造多多停留在對圍護結(jié)構(gòu)、暖通空調(diào)、新能源利用、電氣設(shè)備等單體改造階段，缺乏對整體大樓用能系統(tǒng)的綜合診斷，管理上普遍存在問題。大樓整體智能化程度低，各子系統(tǒng)相互獨立，數(shù)據(jù)無法互通，缺乏系統(tǒng)的管理；整體操作主要靠人工，且靠經(jīng)驗來操作，精細化管理水平低，導(dǎo)致設(shè)備運行效率低，能耗成本高；用戶的個性化需求滿意度低，體驗度差；業(yè)主單位對大樓整體管理水平、服務(wù)品質(zhì)、租戶滿意度、大樓升值潛力等方面有一定要求，目前的管理模式很難滿足。

2 “雙碳”背景下公共建筑減碳面臨的機遇與挑戰(zhàn)

2021年9月22日，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出深度調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并重點選取了能源、交通運輸、建筑三大行業(yè)闡述指導(dǎo)了低碳發(fā)展的方向與舉措。因此，在“雙碳”背景下，公共建筑低碳化發(fā)展勢在必行。從內(nèi)容上將從能效提升階段邁入綠色發(fā)展階段；從技術(shù)發(fā)展趨勢來看，整體解決方案作將成為公共建筑低碳化路徑的核心競爭力，節(jié)能改造由傳統(tǒng)單體改造走向整體的精細化智慧管理階段；從市場發(fā)展趨勢上看，公共建筑節(jié)能行業(yè)呈現(xiàn)整合趨勢，小的承包方將被整合淘汰，綜合實力較強的節(jié)能服務(wù)公司將快速占據(jù)市場，成為行業(yè)低碳化的主力軍。公共建筑低碳化已經(jīng)從傳統(tǒng)節(jié)能邁入智慧化管理階段，而物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)為智慧化管理提供了技術(shù)支撐，未來以智慧化管理為主的公共建筑低碳化新場景將會拉開帷幕。

3 公共建筑低碳化新場景構(gòu)建

3.1 主要內(nèi)容

3.1.1 研究對象

針對公共建筑中基礎(chǔ)計量相對完備、配備有樓宇自控系統(tǒng)的大型公共建筑。

3.1.2 智慧樓宇控制系統(tǒng)

智慧樓宇控制系統(tǒng)是當今信息技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，是一種向公共建筑提供數(shù)字化應(yīng)用服務(wù)的綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)。運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、AI等技術(shù)，結(jié)合樓宇建筑內(nèi)各用戶角色及應(yīng)用場景，實現(xiàn)樓宇能源系統(tǒng)管理、提升用戶滿意度、提高管理者運營效率、幫助業(yè)主實現(xiàn)資產(chǎn)穩(wěn)定遞增等多維度的樓宇建筑運營、運維、管理的需求。

3.1.3 系統(tǒng)的架構(gòu)與特點

智慧樓宇控制系統(tǒng)（見圖2）一般采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，自下而上分四層。數(shù)據(jù)接入層、邊緣計算層、數(shù)據(jù)管理層、智慧應(yīng)用層。數(shù)據(jù)接入層主要指樓宇自控系統(tǒng)，主要用于控制和監(jiān)測建筑物的機電設(shè)備，如通風(fēng)、供暖、空調(diào)、照明和電力系統(tǒng)，甚至到整個建筑服務(wù)系統(tǒng)的集成和集中監(jiān)控；邊緣計算層指在靠近物理設(shè)備或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用等核心能力的分布式部署的架構(gòu)體系；數(shù)據(jù)管理層是將接收到的各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行處理和分析，可以實現(xiàn)平臺的管理功能、通用功能及分析決策功能模塊，該層可以根據(jù)需求設(shè)置云平臺數(shù)據(jù)管理；智慧應(yīng)用層是利用AI技術(shù)實現(xiàn)對能源及各子系統(tǒng)的深度優(yōu)化和管理功能。

圖2 智慧樓宇控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

智慧樓宇控制系統(tǒng)比起傳統(tǒng)的大樓管理具備4項特點。①大集成。智慧樓宇控制系統(tǒng)可以將大樓的各子系統(tǒng)實現(xiàn)融合管理，將所有功能、數(shù)據(jù)、流程整合在一起的一站式管理平臺，可以打破傳統(tǒng)模式的信息孤島、單一決策、固化管理經(jīng)驗。②可視化。讓管理看得見，如同現(xiàn)場操作，從更高維縱觀全局，模擬、透視，不受空間限制。③智慧化。通過人工智能判斷，不遺漏任何細節(jié)，直接給出決策建議，及時做出聯(lián)動反應(yīng)。④綜合能源管理閉環(huán)?？梢詫崿F(xiàn)整個大樓從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析、再到設(shè)備巡檢，故障報警及數(shù)據(jù)異常發(fā)現(xiàn)問題，進而通過系統(tǒng)管理實現(xiàn)全系統(tǒng)AI優(yōu)化控制。

3.1.4 系統(tǒng)的能源管理功能及效果

智慧樓宇控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)能源管理的諸多功能，主要表現(xiàn)在：

①設(shè)備設(shè)施管理：實時對建筑用能設(shè)備的靜態(tài)信息和動態(tài)信息進行高效管理，實現(xiàn)設(shè)備的全生命周期管理，保證設(shè)備設(shè)施的正常運行，變被動維修為主動服務(wù)，從而減少設(shè)備設(shè)施故障頻率，提高維護效率及運維水平。

②能源的精細化管理：根據(jù)建筑功能組織架構(gòu)，按照建筑能源精細化管理目標，實現(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)的實時采集、存儲及管理，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對建筑能耗數(shù)據(jù)進行深度挖掘，及時發(fā)現(xiàn)建筑節(jié)能潛力，提高建筑能源利用效率。

③智能AI優(yōu)化控制：基于能源系統(tǒng)歷史運行大數(shù)據(jù)，利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)，建立優(yōu)化算法模型，生成系統(tǒng)AI智能優(yōu)化算法，當建筑處于不同的環(huán)境狀態(tài)時，系統(tǒng)會自動感知建筑環(huán)境、同時自動判斷并決策系統(tǒng)優(yōu)化控制參數(shù)。

智慧樓宇控制系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的節(jié)能改造，是將整個樓宇的各個子系統(tǒng)整體優(yōu)化，最大限度的節(jié)約能源，提升能源利用率，通常情況下，全樓可實現(xiàn)綜合節(jié)能率5%～20%，在節(jié)能的基礎(chǔ)上，還能節(jié)錢、節(jié)人，可為用能單位提高20%～30%的經(jīng)濟效率?？梢源蟠筇嵘飿I(yè)管理效率，節(jié)約人員和費用；讓運維工作變得更快捷簡單，減少維修成本；平臺收集的數(shù)據(jù)及分析可以為用戶提供大數(shù)據(jù)增值服務(wù)；可以為用戶提供各項個性化服務(wù)，提升服務(wù)滿意度，進而提升大樓的價值。

3.2 商業(yè)模式

在前期調(diào)研基礎(chǔ)上，本研究提出節(jié)能聯(lián)合經(jīng)濟體的概念。所謂節(jié)能聯(lián)合經(jīng)濟體就是由節(jié)能服務(wù)公司、信息技術(shù)服務(wù)商、物業(yè)管理公司、金融機構(gòu)等組成的商業(yè)聯(lián)盟，以互聯(lián)網(wǎng)+新節(jié)能技術(shù)為支點，通過強強聯(lián)合發(fā)揮其不同領(lǐng)域中各自的優(yōu)勢，相互合作，通過各自優(yōu)勢資源要素（資金、系統(tǒng)平臺、技術(shù)、產(chǎn)品、運維等）的優(yōu)化配置，共同合作開發(fā)節(jié)能經(jīng)濟市場，實現(xiàn)改造項目節(jié)能效益的最大化。

商業(yè)聯(lián)盟具體組織形式根據(jù)項目情況由市場自由組合，可以是戰(zhàn)略合作，可以是組建新的合資公司，也可以是外包服務(wù)的形式等。這種節(jié)能聯(lián)合經(jīng)濟模式是基于公共建筑全生命周期的全方位能源管理，是通過和建筑業(yè)主協(xié)商，業(yè)主將相關(guān)節(jié)能項目交于商業(yè)聯(lián)盟體來整體運營，通過控制節(jié)能、設(shè)備節(jié)能、工藝節(jié)能和管理節(jié)能等途徑，用系統(tǒng)管理方法和工具降低建筑能源消耗，并根據(jù)大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)對能耗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計并分析能耗特點，進一步提供定制化低碳化服務(wù)方案，不斷優(yōu)化樓宇的整體運行。

4 推進公共建筑低碳化智慧新場景的建議

4.1 完善政策體系，培育產(chǎn)業(yè)發(fā)展

依照北京市財政資金管理政策，充分發(fā)揮財政資金的引導(dǎo)作用，采用財政補貼、貼息貸款等方式扶持企業(yè)開展大型公建低碳新場景建設(shè)。研究制定貸款財政擔(dān)保和貼息政策，建議出臺貸款財政貼息政策，將貼息直接支付到銀行，提升銀行向節(jié)能服務(wù)公司放貸的積極性；建立節(jié)能服務(wù)公司融資擔(dān)?；穑瑢?jié)能項目融資提供擔(dān)保支持；鼓勵企業(yè)采用合同能管理全托管型項目，引導(dǎo)企業(yè)走向綜合能源管理服務(wù)。

4.2 技術(shù)培訓(xùn)和標準制定共同推進AI+公共建筑節(jié)能

一方面，加強行業(yè)主管部門協(xié)調(diào)服務(wù)等方面的重要作用，搭建交流合作的窗口、橋梁和紐帶，促進行業(yè)自律和資源共享。鼓勵建立跨區(qū)域、跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的節(jié)能聯(lián)合經(jīng)濟體，采用新型商業(yè)模式參與智慧樓宇控制系統(tǒng)建設(shè)，開展物聯(lián)網(wǎng)、人工智能及新節(jié)能技術(shù)培訓(xùn)和典型案例交流，協(xié)助傳統(tǒng)節(jié)能服務(wù)公司轉(zhuǎn)型升級。另一方面，健全智慧樓宇控制系統(tǒng)標準體系，通過試點項目推廣，加快制定系統(tǒng)的各項技術(shù)規(guī)范、標準；研究綜合能源服務(wù)相關(guān)標準，尤其是完善綜合能源服務(wù)過程中的跨領(lǐng)域跨行業(yè)標準，推動跨領(lǐng)域能源合作模式。

4.3 打造典型公共建筑低碳場景化示范項目

聚焦“三城一區(qū)”、北京城市副中心、中國(河北)自由貿(mào)易試驗區(qū)大興機場片區(qū)等重點區(qū)域，選取典型公共建筑低碳化應(yīng)用場景，運用新技術(shù)、新系統(tǒng)、新模式等優(yōu)質(zhì)資源，綜合考慮建筑運行全生命周期過程的不同需求，結(jié)合后疫情時代，人們對建筑環(huán)境健康、環(huán)境品質(zhì)及遠程辦公的要求，打造公共建筑低碳化新場景典型示范項目，進行周期跟蹤，積累技術(shù)改造、平臺開發(fā)、商業(yè)合作、運行維護、全面管理等多方位的實施經(jīng)驗，進一步完善新場景的技術(shù)規(guī)范和標準。