一、智慧樓宇節能低碳管理設計與實施背景
（一）“雙碳”背景下智慧樓宇節能綠色改造迫在眉睫。實現“雙碳”战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濟社會系統性變革，更是維護我國資源安全，推進高質量發展的重大舉措。《2022中國建築能耗與碳排放研究報告》顯示，2020年全國建築全過程能耗總量爲22.7億TCE，佔全國能源消費總量比重爲45.5%，碳排放總量爲50.8億TCO2，佔全國碳排放的比重爲50.9%。特別值得關注的是建築運行階段能耗10.6億TCE，佔全國能源消費總量的比重爲21.3%。因此，做好樓宇建築節能管理對於實現“能碳雙控”具有重要意義。
（二）建築節能改造的重要性及應用現狀。建築行業中大型商業建築能耗極高，其單位建築面積能耗是居民住宅的10-15倍，主要耗能設備爲中央空調、給排水、照明和電氣能耗等。全國商業樓宇面廣量大，是城市服務產業發展的主要載體。隨着國家“雙碳”战略的推進，傳統商業樓宇由於建造年代、开發商投資規模以及物業管理公司節能管理理念的不同等，大多數無法進行有效的能源管理和控制，這不僅會對環境產生負面影響，也會給企業帶來沉重的能源开銷負擔。因此，推行智慧樓宇節能低碳管理，能夠有效促進能源的合理利用，對於企業建築群內設備有條不紊、綜合協調、綠色低碳運行以及節約能源成本、實現可持續發展有重要作用。
（三）樓宇節能管理面臨的困境。本次研究項目的實施對象爲某辦公樓宇，該樓宇近三年平均年耗電量465萬度，主要爲空調、照明和電氣能耗。由於業務快速增長，人員加班需求旺盛，導致能源費用高居不下；樓宇涉密區域較多，無法進行全面智能控制改造，導致節能管理手段較少、實施效果不佳等問題。
二、智慧樓宇節能低碳管理設計與實施的內涵和主要做法
（一）構建能效診斷方法，精確分析現狀及建設條件
1.調研摸底能源數據，構建全方位能效診斷方法。基於現階段對提升辦公空間用能品質，建設消潔多元、綠色低碳的能源設施，打造綠色、低碳、智慧型示範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开展深入調研，充分剖析能源使用現狀及節能改造條件。採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系統、照明系統、配電系統、熱水系統等。
2.強化統計分析，深挖樓宇節能降碳空間。核實並收集各樓宇主要設備能耗數據，檢查設備利用負荷，測試判斷空調系統、配電系統、照明系統等各類設備的運行工況。通過調研、對比、診斷和審核，並結合國家建築能耗標准、數據模擬、圖表統計等方式進行綜合能耗分析，研判目前空調、照明、電梯等用能設備的能耗尚不處於節能區間，整體能耗數據已遠超約束值，節能技術未廣泛使用，節能管理水平不足。具體分析內容及結論如下：
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。樓宇所處地區屬大陸性季風氣候，位於溫帶與中溫帶、半幹旱與溼潤的過度地帶。春季幹旱少雨、蒸發強度大，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，幹燥寒冷，總體無極端天氣。分析數據圖如下：
|
夏季 |
冬季 |
大氣壓力(KPa) |
1000.2 |
1021.7 |
空調計算幹球溫度(℃) |
33.5 |
-7.6 |
空調計算溼球溫度(℃) |
26.4 |
—— |
空調計算相對溼度(%) |
—— |
44 |
採暖計算溫度(℃) |
—— |
-9.9 |
通風計算溫度(℃) |
29.7 |
-3.6 |
室平均風速(m/s) |
2.1 |
2.6 |
極端溫度(℃) |
41.9 |
-18.3 |
太陽能資源分析。樓宇位於北京地區太陽能輻射量高值區，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
日照數量分析。根據北京地區年日照時數分析，樓宇所在位置日照時數充足；空置的樓宇屋頂具備承載光伏組件、支架以及光伏线纜重量的能力。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。一是辦公大樓內大負荷用電設備主要集中在空調、照明、電梯運行系統以及食堂、廚房等。二是制冷機房目前處於人工手動運行模式，冷凍水、冷卻水系統均處於工頻定流模式，設備運行不能隨工況變化調節，加班時需設備全开，運行效率偏低，運行費用和系統能耗較高。三是樓宇存在大量傳統熒光燈具使用情況，部分燈具已出現嚴重光衰，對辦公環境光线存在一定影響。
近三年能源數據分析。根據辦公樓宇近三年用電量統計數據分析，用電高峰在6、7、8月，用電低谷在3、4、11月。根據《民用建築能耗標准GB/T51161-2016》，辦公建築非供暖能耗指標的約束值和引導值分別爲70和50kWh／(m2·a)，目前能耗數據已遠超約束值。
（二）創建以能碳雙降爲核心的智慧樓宇節能改造方案
1.科學設計降碳路徑，分步實施節能改造。籌備組成員結合調研、能源診斷及節能需求情況，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字化4大實施路徑，協同國家電網、國網綜合能源規劃設計研究院等專家充分研究，結合前沿節能技術，科學設計照明節能改造、屋頂分布式光伏建設、制冷機房改造、充電樁建設等15個節能項目。在綜合考慮節能量、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爲近期、中期、遠期。近期以制冷機房、照明節能改造爲切入點，增加屋頂分布式光伏和能源管理系統（含分項計量）作爲補充手段的智慧樓宇節能低碳管理方案。
2.構建以能碳雙降爲核心的智慧樓宇節能改造方案實施路徑。實施制冷機房改造。經研判，空調機組暫不具備改造條件，因此首先將冷凍水泵、冷卻水泵調整爲變頻控制，進行並聯改造，增加空調機組整體智慧控制系統，對機組進出水進行並聯改造，對冷卻塔進行並聯及變流量噴嘴改造。其次安裝對應計量表具、數據採集系統、能耗監測軟件系統，實現對電能消耗數據的收集、存儲與分析診斷。同時，在不影響空調效果、末端服務質量及機組設備安全運行的前提下，通過控制系統實現對各主機、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线，實時進行全局優化控制、預警、診斷、分析，實現空調系統綜合節能率16%以上。增加智能變頻控制櫃、主機控制櫃及智能控制系統，實現冷機系統效率的提升。
實施照明節能改造。組織實施節能燈具採購，在各照明區域清理、摸清傳統燈具數量及燈具瓦數、備用燈具情況等，將傳統熒光燈具更換爲LED節能燈具。更換12670盞燈具，年電量節約37萬度，不僅滿足了辦公環境照度需求，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，採用“全部自發自用”模式，建設150kWp分布式光伏。採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，實現無光污染、無輻射、零排放的綠色發電。
加強智能能耗監測及環保宣傳。通過物聯網、大數據、人工智能等技術，建設建築能源管理系統，在符合保密要求的基礎上對樓宇的電梯、开水器、充電樁、照明、動力用電、屋頂分布式光伏發電量、碳排放數據、機房用能等數據進行分項採集、統計、歸類、分析和處理，以日常運行監測代替人工抄表，跟蹤日、周、月、季、年度用能數據，構建樓宇能效評估指標體系，實施精細化、科學化節能管理，提高能源使用效率。同時，將建築能源管理平台顯示屏幕設置於樓宇大廳處，每日動態提示各項能源數據波動情況，對樓宇內的辦公人員、來訪人員進行環保節能宣傳，提醒並警示企業更加關注能耗使用情況。
（三）以能源費用托管的創新模式推動節能項目落地
1.構建“雙贏”模式，推廣能源費用托管。目前，節能改造的專業化人員不足、掌握的節能技術不夠先進，無法滿足能碳雙降的節能管理要求。在充分考慮市場化、成本控制等多重因素下，採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降本增效與節能低碳管理水平提升的有機融合，由第三方節能公司出資進行能源系統的節能改造，負責對供能用能、設備運維實施綜合性節能管理，雙方約定總能源托管費用基准及每年節能費用，共享節能效益。合同到期後，節能設備及後續產生的節能收益歸我司所有，實現企業與第三方節能公司的“雙贏”。
2.確認節能基准量，明確合同期節能量。結合建築用能設備設施、用能時段、用能人數、能源價格、疫情變化等因素進行節能量預測，以常規辦公狀態下的用能數據作爲基准量。通過節能改造設計方案進行模擬測算和運維費用確認，與第三方節能公司約定托管範圍、托管期限、托管費用、節能目標。
（四）建全項目實施與數字化運維能力，提升節能管理水平
1.建立安全事故專項排查機制。在實施節能改造前與相關方籤訂安全環保協議，安排項目經理在施工現場監督、檢查，定期开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、安全作業及安全防護條件、危險作業許可辦理審批、作業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。加強對節能改造中節能產品型號和安全性、耐久性的檢查、審核，在監管過程中安排專人專責，記錄相關數據，在驗收時做好節能量計算，確保項目高質、高效、安全完成。
2.搭建數字化節能管理平台。數字化節能管理的核心是能源監測和數據分析。打破傳統的機械性抄表和數據孤島等，利用能源管理平台的數據採集優勢，周期性展示、分析能耗統計數據，不斷發現能源使用過程中的問題，提出節能改造方案。同時，通過外部專家研討模式對於無規律數據進行專業的節能診斷和運行指導，提高能源管理水平和使用效率。
三、智慧樓宇節能低碳管理設計與實施效果
（一）“解鎖”綠色清潔能源，實現能源供給向清潔化轉變。與樓宇實施節能改造前相比，通過屋頂分布式光伏建設，減少了對化石燃料的依賴，大幅度降低環境負荷；通過電力交換，實現了碳排放減少的互補效果。項目運行2個月以來，實現光伏發電3萬多度並全部消納，預計首年將減少碳排放約160噸。同時，屋頂分布式光伏系統不影響用戶電壓環境和建築環境，使建築自身成爲能量制造的動力系統，較好協調了建築外觀和光伏發電系統的建造，提高建築防雨、防曬效果，使樓宇降溫節能。
（二）降低整體運行能耗，實現樓宇用能向高效化轉變。通過制冷空調改造、照明節能改造、屋頂分布式光伏建設等方式，將建築能耗水平降至理想狀態，實現年節約電量61萬度，節約標煤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、維修和節能改造，挖掘空調系統、照明系統節能減排潛能，提高了機電系統運行效率，構建了可持續、可再生的能源消費模式。
類別 |
建設內容 |
年均節約電量（萬kWh） |
年均節約收益（萬元） |
節約標煤（噸） |
CO2減排（噸） |
SO2減排（噸） |
節能改造類 |
制冷機房改造 |
11.723 |
12.78 |
39.7385 |
116.87 |
3.51 |
照明節能改造 |
35.15 |
36.176 |
119.149 |
350.44 |
10.52 |
|
綠色低碳類 |
分布式光伏系統 |
14.839 |
14.5065 |
50.3025 |
147.94 |
4.47 |
合計 |
64.96 |
63.46 |
209.19 |
615.27 |
18.49 |
|
節能效益測算表
（三）能源數據多維度追蹤，助力節能管理向精細化轉變。以數據促管理，提升樓宇內的智慧建設水平。大力推廣樓宇節能技術在中央企業中的應用，建設建築能源管理平台，對建築運營情況、設備運行狀態、能源消耗數據、用能指標參數、碳排放數據等建築多維度信息進行可視化展示，讓節能管理工作更加數據化、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。
（四）打破傳統項目推進模式，推動能源托管模式落地。採用能源費用托管模式有利於推動貫徹落實黨中央、國務院關於碳達峰、碳中和的決策部署，通過市場化機制激發市場主體能碳雙降活力，推進能源資源綠色低碳利用，以消耗減量實現碳排放降低；有利於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，減輕節能改造資金壓力；有利於推動綠色低碳轉型，引入節能專業化服務，提高節能管理專業化水平。
（五）多維度節能降碳，助推企業降本增效。結合能源托管模式，實施制冷機房、照明燈具等節能改造，探索出一條降本增效的新路徑。預計能源托管合同期內總節約電費500余萬元，共計獲得節能收益148萬元，綜合節能率達到11%左右，降低了能源消耗和成本，並帶來長遠經濟效益，實現生態效益和經濟效益相統一。
四、結語
推進碳達峰碳中和是黨中央的重大战略決策，事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體。作爲中央企業，开展以能碳雙降爲核心的智慧樓宇節能低碳管理研究，既有必要又具有實際意義，爲企業協同推進生態優先、節約集約、綠色低碳發展提供了遵循。未來，我們將探索更多節能降碳的科學路徑，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，着力提升節能管理水平，解決企業在資源環境約束下的突出問題，推動企業實現高質量、可持續發展。
（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 崔豔 張春雨）
如需轉載，請注明出處爲“全國機關事務管理研究會網站”。
標題：智慧樓宇節能低碳管理設計與實施 | 幹貨分享
地址：https://www.utechfun.com/post/304022.html