区域建筑低碳能源规划的实践

陈　鹏

上海市建筑科学研究院

区域建筑低碳能源规划的实践

陈鹏

上海市建筑科学研究院

区域低碳能源规划是实现低碳目标的重要措施。通过总结多个生态城区区的低碳能源规划实践，梳理了区域低碳能源规划总体思路，提炼出在规划过程中需关注的4个要点：能耗总量控制、区域能源系统方案、可再生能源利用、能源智慧化管理，强调了规划过程中对规划内容的落地性的重视。

低碳能源规划；区域能源系统；能源智慧化管理

Fund Item: Research on Low Carbon Smart Park Construction Technology and Comprehensive Service Platform Based on Mobile Internet Technology（15DZ1204602）

1　概述

能源问题是困扰人类生存及发展的重大问题，我国作为全球发展速度最快的经济大国，能源问题尤为突出。至2014年，我国能源消耗总量已达42.6亿吨标准煤，与2008年相比较，能源消耗总量翻了一番，能源消耗的急剧增加已经逐渐接近能源供应的底线，严重制约我国经济社会的发展。而城市能源规划对于协调能源供求关系，合理使用能源资源，解决城市发展和环保约束之间的矛盾等重大问题，起着至关重要的作用。

传统能源规划，主要是一个部门规划或是一个行业规划，规划内容主要以能源预测和能源供应计划为主，较少涉及用能方式、节能措施和污染治理等方面，与生态环境结合不够紧密。随着能源对社会经济、环境、人民生活水平影响的加深，以及能源发展战略的转型，传统能源规划已不能满足社会经济增长与资源环境可持续发展的矛盾。在“城市”或区域的层面上编制低碳能源规划，在城市发展和建设中实现能源的优化配置和合理利用，这是实现能源可持续发展战略的关键［1］。

2　区域建筑低碳能源规划工程实践

经多个区域能源规划实践总结，得到区域低碳能源规划基本工作思路（图1所示）。低碳能源规划，不在于某项技术的简单应用，而在于技术体系之间的平衡、集成、共享、量化管理及本地化特色等。因此，通过低碳能源规划，明确区域碳减排的量化目标，进行该区域能源消耗的有效控制、能源结构的合理调整、能源系统的高效应用以及能源体系的优化管理，最终实现低碳生态城市低碳建设目标［2］。

图1　上海某城区低碳能源规划思路示意

2.1能耗总量控制

区域能耗总量控制包括能耗定额体系制定和能耗定额管理。即通过给出各类建筑运行能好的上限约束量，并制定能耗定额的管控办法，保证区域内80%以上建筑实际运行能耗低于相应建筑能耗定额值，进而控制区域能耗总量［3］。

图2　上海某地区能耗定额方案

2.1.1建筑能耗定额

以上海地区为例，目前已有《市级机关办公建筑合理用能指南》（DB31/T550-2011）、《大型公共文化设施建筑合理用能指南》（DB31/T511-2011）、《大型商业建筑合理用能指南》（DB31/T552-2011）、《综合办公建筑合理用能指南》（DB31/T555-2013）等相关用能定额标准颁布。规划阶段，该地区的新建建筑在设定用能定额时可参考，并根据具体定位，制定低于市级用能指南的能耗值，要求做建筑节能优化方案设计说明。表1和图2是对上海某地区的建筑能耗定额情况，要求低于市级用能指南的能耗值的10%。

表1　上海某区域建筑类型能耗定额

2.1.2能耗总量控制管理

要保证区域能耗总量控制的最终落地，制定完善并可操作的管理措施是关键。能耗总量管控需从规划阶段至运行管理阶段，全过程全生命周期提出管控措施，具体可参考如下：

（1）规划阶段规划部门与业主商定、审批全年用能量及最大用电量。

（2）方案招投标标书中提供建筑规划用能的论证材料，评标方通过组织专家对论证材料进行评审。

（3）设计阶段设计方将建筑规划用能量分配到各专业。各专业计算出设计方案的具体能源消耗量。考察能否实现节能目标。

（4）设备招投标设计选择的设备具体性能成为设备招投标的标的，设备投标方依据标的提出的设备性能提供设备。

（5）施工阶段建立工程竣工节能验收，通过现场测试与子系统的性能，估算全年能耗，考察能否达到规划用能量 。

（6）运行管理公共建筑“用能分项计量”，对各分项系统的用能指标进行集中动态监测管理，与用能标准比较；实行用能定额管理制。

（7）节能诊断组织节能服务公司，以用能定额为基准，进行节能服务和节能改造，并依据定额指标进行评估。

2.2区域能源系统方案

区域能源系统是指区域供热、区域供冷、区域供电以及解决区域能源需求的能源系统和它们的综合集成，它是区域能源规划遵循的“开源节流、提高能效“原则中，提高区域能源效率的关键一环，在实际工作中重点考虑的能源利用形式。区域能源系统较单体能源系统相比，可以减少设备的总装机容量、设备设施的用房面积，提高能源系统的效率和能源系统的管理水平，并且因国家地方扶持政策，而更具应用前景，图3某热电冷联产原理示意图。

图3　热电冷联产原理示意

表2　建筑群能源系统调研情况

（1）区域能源系统方案选择

建筑群能源系统供能方案一般包括：①常规冷机+锅炉，区域供冷供热；②燃气轮机+溴化锂制冷机组，即燃气热电冷三联供系统。同时，增设冰/水蓄冷设备满足调峰需要，并结合项目资源情况，耦合可再生能源技术，如土壤源热泵、水源热泵、海水源热泵及污水源热泵（表2为区域能源系统调研情况）。

图4是为为上海某城区规划的能源系统方案。规划建设两处分布式能源，服务建筑总面积为206万m2。系统方案为以冷/热定电，总装机容量为30 MW。满足供应范围的空调冷热负荷，部分用电需求，余热利用设备宜采用吸收式溴化锂制冷机组，同时结合地块情况采用了土壤源热泵技术。

（2）区域能源系统可行性论证

从对区域建筑能源系统的调研情况来看，目前已建成的项目部分存在失败停运的现象。造成区域能源系统停运的主要因素有系统配置不合理，节能效益不明显、经济效益差、投资回报期长等原因。因此，前期对区域能源系统的可行性做详细的论证分析尤为关键。论证内容包括项目能源政策背景、区域建筑能耗预测、工艺方案设计、运营模式探讨、成本效益回收期预估、能源站选址、环境影响评估等内容，以支撑区域能源项目方案的可行性［4］。

图4　上海地区某低碳城能源系统规划示意

2.3可再生能源利用

《进一步推进可再生能源建筑应用的通知》（2011）明确了“十二五”期间可再生能源建筑应用推广目标，力争到2015年底，新增可再生能源建筑应用面积25亿平方米以上，形成常规能源替代能力3 000万t标准煤，到2020年，实现可再生能源在建筑领域消费比例占建筑能耗的15%以上。可再生能源在建筑中的应用与发展，一定数量上代替了常规能源，为建筑节能减排做出一定贡献。规划项目中对可再生能源利用的规划应遵循“应地制宜，适宜性开发“的原则，合理制定可再生能源利用目标，明确可再生能源利用形式，分析可再生能源潜力，计算可再生能源增量成本，最终促使项目的落地。

（1）可再生能源利用形式

建筑可利用的可再生能源主要有：太阳能、风能、浅层地热能、地表水低温热能、空气热能、生物质能等。能源规划中对可再生能源的利用总量控制，并根据项目条件，在区域内进行规模示范或小型示范。

太阳能，太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，是建筑节能设计的主要手段。在项目中，利用形式主要为太阳能光热，满足有生活热水需求的民用建筑的部分用能；太阳能光伏，满足公共建筑的部分建筑用电，并考虑光电上网的可能性。

土壤源热泵，利用地下土壤作为热泵低位热源的热泵系统。适用于地块容积率较低、有空调需求的建筑。根据埋管方式的不同，土壤源热泵可分为水平埋管、垂直埋管和螺旋型埋管三大类埋管方式的不同，土壤源热泵可分为水平埋管、垂直埋管和螺旋型埋管三大类。

风能，目前主要是三种方式：在建筑物顶上放置风机利用屋顶上较大的风速，进行风力发电；将建筑物设计为风力集中器型式，利用风在吹过建筑物时的风力集结效应，将风能加强进行风力发电；城市建筑表皮材料风能收集。

（2）可再生能源潜力分析

对可再生能源的开发利用需在资源可达，经济适宜的前提下进行，才能获得建设方支持，保证能源项目的最终落地。上海某低碳城区可再生能源利用地块分解图如图5所示。

太阳能利用，根据可利用屋顶面积或可铺设太阳能板的面积，即有效面积对规划的光热或光电利用量进行校核，如有效面积提供的太阳能小于规划目标，则需调整目标目标。

土壤源热泵，项目前期需对地块土壤勘察，考察土壤换热能力及土质的埋管难易程度。分析地块可埋管面积、地埋管换热效率，由此得到的可再生能源利用量，即潜力与规划土壤源热泵可再生能源利用量进行校核，不足则调整规划目标。

图5　上海某低碳城区可再生能源利用地块分解

图6　智慧能源管理系统架构示意

2.4能源智慧化管理

低碳能源规划要利用好时下先进的自动化及信息化技术，对区域建筑、市政设施的能源消耗环节实施集中扁平化动态监控和数字化分析及管理，打造可视化，智能化的区域能源管理平台（如图6所示）。

区域能源管理平台，实现对大多数重点建筑及其他重要用能板块的动态能耗监测；建成基于能源管理平台的节能监管体系，并通过与能耗统计、能源审计、能效公示、用能定额和超定额加价等制度相结合，促进区域内建筑、市政节能运行和节能改造。包括以下内容。

建筑能耗管理：安装水、电、气、热等分项计量装置，重点对用电进行分项计量；定时采集数据，通过传输设备（数据采集器）传输到市级平台（数据中心或者数据中转站）。

市政能耗管理：对道路照明、公共停车场照明、雨水泵、污水泵、给水泵、公园照明市政设备能耗数据监测上网。

区域能源系统管理：监测能源站用气，供电及供热供冷量，结合用户数据优化系统运行；区域供能按能量计量收费。

3　结语

对区域低碳能源规划实践工作进行了梳理，分析了工作流程中的四个重点内容及上海某区域低碳能源规划案例，并着重强调了规划内容在项目中的可落地性。区域能耗总量控制，不仅要求合理地确定建筑能耗定额，还要制定全过程的管控措施来保证能耗总量目标的实现；区域能源系统可以有效提高区域能源供应效率，但在项目前期进行经济可行性分析尤为关键；本着“应地制宜，适宜性开发“的原则，挖掘区域可再生能源利用潜力，提高可再生能源在建筑能耗中的占比，促进节能减排；利用信息化，自动化技术，打造可视化，智能化的区域能源管理平台，是信息时代赋予对能源规划的一新要求，也是一新优势条件。

［1］徐宝萍 ，徐稳龙. 低碳形势下的区域能源规划方法及实践［J］. 暖通空调.2012（42）

［2］张改景，龙惟定.碳夹点技术在区域建筑能源规划中的应用研究［C］. 龙惟定城市发展研究第7届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集

［3］孙桦，韩继红，高月霞，张改景.上海地区低碳生态城区建设模式与实践发展［J］.绿色建筑，2012（2）

［4］张改景，龙惟定， 苑翔. 区域建筑能源规划系统的能值分析研究［J］. 建筑科学.2018（12）

Practice of Regional Architecture Low Carbon Energy Planning

Chen Peng
Shanghai Architecture Research Institute

Regional low carbon energy planning is an important measure to realize low carbon target. Through summarization of several ecological city regional low carbon energy planning practice， it sorts out general ideas of regional low carbon energy planning and concludes four key points during planning process： general energy control， regional energy system plan， renewable energy usage， smart energy management， which puts on high value on planning content feasibility during planning process.

Low Carbon Energy Planning， Regional Energy System， Smart Energy Management

基于移动互联网技术的低碳智慧园区建设技术和综合服务平台研究（15DZ1204602）

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.06.010