“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 北京節能環保中心

近年，建筑領域作為能源消耗的三大“巨頭”之一，已成為節能減碳工作的重點領域。中國建筑能耗研究報告（2019）里的數據顯示，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,分別是城鎮居住建筑的2.6倍（11.85kgce/m2）和農村居住建筑的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，其中建筑行業約7200萬t，占比約50%，碳排放較高的集中在商超、賓館、學校、寫字樓等公共建筑領域，由此可見，公共建筑節能降碳依然任重道遠。

1 北京市公共建筑基本現狀分析

1.1 公共建筑能耗特點及碳排放概況

根據北京市產業結構特點，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、酒店、學校、醫院、文化、體育等。其中，辦公及商業綜合體所占比例最高，分別為33%和31%，其次為學校及酒店。

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系統、照明系統等。

依據北京市2020年統計年鑒，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定。選取2010～2019年的公共建筑統計數據，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

當下國內公共建筑多為物業公司或后勤管理模式，管理水平較粗放，用能及設備管理更多是從安全使用的角度考慮，對公共建筑的節能改造多多停留在對圍護結構、暖通空調、新能源利用、電氣設備等單體改造階段，缺乏對整體大樓用能系統的綜合診斷，管理上普遍存在問題。大樓整體智能化程度低，各子系統相互獨立，數據無法互通，缺乏系統的管理；整體操作主要靠人工，且靠經驗來操作，精細化管理水平低，導致設備運行效率低，能耗成本高；用戶的個性化需求滿意度低，體驗度差；業主單位對大樓整體管理水平、服務品質、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

2021年9月22日，國務院印發《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出深度調整產業結構，并重點選取了能源、交通運輸、建筑三大行業闡述指導了低碳發展的方向與舉措。因此，在“雙碳”背景下，公共建筑低碳化發展勢在必行。從內容上將從能效提升階段邁入綠色發展階段；從技術發展趨勢來看，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，節能改造由傳統單體改造走向整體的精細化智慧管理階段；從市場發展趨勢上看，公共建筑節能行業呈現整合趨勢，小的承包方將被整合淘汰，綜合實力較強的節能服務公司將快速占據市場，成為行業低碳化的主力軍。公共建筑低碳化已經從傳統節能邁入智慧化管理階段，而物聯網、大數據、云計算等信息技術為智慧化管理提供了技術支撐，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建

3.1 主要內容

3.1.1 研究對象

針對公共建筑中基礎計量相對完備、配備有樓宇自控系統的大型公共建筑。

3.1.2 智慧樓宇控制系統

智慧樓宇控制系統是當今信息技術迅速發展的產物，是一種向公共建筑提供數字化應用服務的綜合業務系統。運用物聯網、大數據、云計算、AI等技術，結合樓宇建筑內各用戶角色及應用場景，實現樓宇能源系統管理、提升用戶滿意度、提高管理者運營效率、幫助業主實現資產穩定遞增等多維度的樓宇建筑運營、運維、管理的需求。

3.1.3 系統的架構與特點

智慧樓宇控制系統（見圖2）一般采用分層分布式網絡結構，自下而上分四層。數據接入層、邊緣計算層、數據管理層、智慧應用層。數據接入層主要指樓宇自控系統，主要用于控制和監測建筑物的機電設備，如通風、供暖、空調、照明和電力系統，甚至到整個建筑服務系統的集成和集中監控；邊緣計算層指在靠近物理設備或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應用等核心能力的分布式部署的架構體系；數據管理層是將接收到的各子系統數據進行處理和分析，可以實現平臺的管理功能、通用功能及分析決策功能模塊，該層可以根據需求設置云平臺數據管理；智慧應用層是利用AI技術實現對能源及各子系統的深度優化和管理功能。

圖2 智慧樓宇控制系統架構圖

智慧樓宇控制系統比起傳統的大樓管理具備4項特點。①大集成。智慧樓宇控制系統可以將大樓的各子系統實現融合管理，將所有功能、數據、流程整合在一起的一站式管理平臺，可以打破傳統模式的信息孤島、單一決策、固化管理經驗。②可視化。讓管理看得見，如同現場操作，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，直接給出決策建議，及時做出聯動反應。④綜合能源管理閉環。可以實現整個大樓從數據采集到數據分析、再到設備巡檢，故障報警及數據異常發現問題，進而通過系統管理實現全系統AI優化控制。

3.1.4 系統的能源管理功能及效果

智慧樓宇控制系統可以實現能源管理的諸多功能，主要表現在：

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

②能源的精細化管理：根據建筑功能組織架構，按照建筑能源精細化管理目標，實現建筑能耗數據的實時采集、存儲及管理，利用大數據分析技術，對建筑能耗數據進行深度挖掘，及時發現建筑節能潛力，提高建筑能源利用效率。

③智能AI優化控制：基于能源系統歷史運行大數據，利用機器學習技術，建立優化算法模型，生成系統AI智能優化算法，當建筑處于不同的環境狀態時，系統會自動感知建筑環境、同時自動判斷并決策系統優化控制參數。

智慧樓宇控制系統相比傳統的節能改造，是將整個樓宇的各個子系統整體優化，最大限度的節約能源，提升能源利用率，通常情況下，全樓可實現綜合節能率5%～20%，在節能的基礎上，還能節錢、節人，可為用能單位提高20%～30%的經濟效率。可以大大提升物業管理效率，節約人員和費用；讓運維工作變得更快捷簡單，減少維修成本；平臺收集的數據及分析可以為用戶提供大數據增值服務；可以為用戶提供各項個性化服務，提升服務滿意度，進而提升大樓的價值。

3.2 商業模式

在前期調研基礎上，本研究提出節能聯合經濟體的概念。所謂節能聯合經濟體就是由節能服務公司、信息技術服務商、物業管理公司、金融機構等組成的商業聯盟，以互聯網+新節能技術為支點，通過強強聯合發揮其不同領域中各自的優勢，相互合作，通過各自優勢資源要素（資金、系統平臺、技術、產品、運維等）的優化配置，共同合作開發節能經濟市場，實現改造項目節能效益的最大化。

商業聯盟具體組織形式根據項目情況由市場自由組合，可以是戰略合作，可以是組建新的合資公司，也可以是外包服務的形式等。這種節能聯合經濟模式是基于公共建筑全生命周期的全方位能源管理，是通過和建筑業主協商，業主將相關節能項目交于商業聯盟體來整體運營，通過控制節能、設備節能、工藝節能和管理節能等途徑，用系統管理方法和工具降低建筑能源消耗，并根據大數據、云計算等信息技術對能耗數據進行統計并分析能耗特點，進一步提供定制化低碳化服務方案，不斷優化樓宇的整體運行。

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，培育產業發展

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

4.2 技術培訓和標準制定共同推進AI+公共建筑節能

一方面，加強行業主管部門協調服務等方面的重要作用，搭建交流合作的窗口、橋梁和紐帶，促進行業自律和資源共享。鼓勵建立跨區域、跨行業、跨領域的節能聯合經濟體，采用新型商業模式參與智慧樓宇控制系統建設，開展物聯網、人工智能及新節能技術培訓和典型案例交流，協助傳統節能服務公司轉型升級。另一方面，健全智慧樓宇控制系統標準體系，通過試點項目推廣，加快制定系統的各項技術規范、標準；研究綜合能源服務相關標準，尤其是完善綜合能源服務過程中的跨領域跨行業標準，推動跨領域能源合作模式。

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”、北京城市副中心、中國(河北)自由貿易試驗區大興機場片區等重點區域，選取典型公共建筑低碳化應用場景，運用新技術、新系統、新模式等優質資源，綜合考慮建筑運行全生命周期過程的不同需求，結合后疫情時代，人們對建筑環境健康、環境品質及遠程辦公的要求，打造公共建筑低碳化新場景典型示范項目，進行周期跟蹤，積累技術改造、平臺開發、商業合作、運行維護、全面管理等多方位的實施經驗，進一步完善新場景的技術規范和標準。