“双碳”背景下北京市公共建筑低碳化新场景研究及推进建议

文_王云霞 北京节能环保中心

近年，建筑领域作为能源消耗的三大“巨头”之一，已成为节能减碳工作的重点领域。中国建筑能耗研究报告（2019）里的数据显示，2017年，中国建筑能源消费总量为9.47亿tce，其中公共建筑能耗3.63亿tce，占建筑能耗总量的38.37%，公共建筑单位面积能耗为30.35kgce/m2,分别是城镇居住建筑的2.6倍（11.85kgce/m2）和农村居住建筑的2.8倍(10.21kgce/m2)。从北京市来看，2019年二氧化碳排放量为1.45亿t，其中建筑行业约7200万t，占比约50%，碳排放较高的集中在商超、宾馆、学校、写字楼等公共建筑领域，由此可见，公共建筑节能降碳依然任重道远。

1 北京市公共建筑基本现状分析

1.1 公共建筑能耗特点及碳排放概况

根据北京市产业结构特点，本课题研究以建筑运行阶段的碳排放为研究对象。

北京市公共建筑涉及功能类型较多，包括办公、商业、酒店、学校、医院、文化、体育等。其中，办公及商业综合体所占比例最高，分别为33%和31%，其次为学校及酒店。

北京大型公共建筑的能耗具有的共同特点：整体用能水平和国外大型公共建筑差别不大，部分建筑能耗偏低；相同类型的建筑能耗仍有较大差异，最大可相差2倍以上；主要能耗类型为电力，采暖能耗较低；单位建筑面积能耗指标高，耗电量在100～300kWh/m2·a；公共建筑能耗的主要组成部分为空调系统、照明系统等。

依据北京市2020年统计年鉴，北京市新建公共建筑在2014、2015达到峰值，之后呈逐年下降趋势，公共建筑面积增长放缓。随着北京市城市规模的严格控制和非首都功能疏解的逐步推进，公共建筑总面积将基本保持稳定。选取2010～2019年的公共建筑统计数据，能耗总量与碳排放的变化曲线如图1。从图1可以看出，北京市公共建筑各年度能耗和碳排放变化趋势基本一致，处于缓慢上升趋势，近几年碳排放增速高于能耗增速。

图1 公共建筑年度能耗总量与碳排放对比

1.2 公共建筑能源管理面临的问题

当下国内公共建筑多为物业公司或后勤管理模式，管理水平较粗放，用能及设备管理更多是从安全使用的角度考虑，对公共建筑的节能改造多多停留在对围护结构、暖通空调、新能源利用、电气设备等单体改造阶段，缺乏对整体大楼用能系统的综合诊断，管理上普遍存在问题。大楼整体智能化程度低，各子系统相互独立，数据无法互通，缺乏系统的管理；整体操作主要靠人工，且靠经验来操作，精细化管理水平低，导致设备运行效率低，能耗成本高；用户的个性化需求满意度低，体验度差；业主单位对大楼整体管理水平、服务品质、租户满意度、大楼升值潜力等方面有一定要求，目前的管理模式很难满足。

2 “双碳”背景下公共建筑减碳面临的机遇与挑战

2021年9月22日，国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出深度调整产业结构，并重点选取了能源、交通运输、建筑三大行业阐述指导了低碳发展的方向与举措。因此，在“双碳”背景下，公共建筑低碳化发展势在必行。从内容上将从能效提升阶段迈入绿色发展阶段；从技术发展趋势来看，整体解决方案作将成为公共建筑低碳化路径的核心竞争力，节能改造由传统单体改造走向整体的精细化智慧管理阶段；从市场发展趋势上看，公共建筑节能行业呈现整合趋势，小的承包方将被整合淘汰，综合实力较强的节能服务公司将快速占据市场，成为行业低碳化的主力军。公共建筑低碳化已经从传统节能迈入智慧化管理阶段，而物联网、大数据、云计算等信息技术为智慧化管理提供了技术支撑，未来以智慧化管理为主的公共建筑低碳化新场景将会拉开帷幕。

3 公共建筑低碳化新场景构建

3.1 主要内容

3.1.1 研究对象

针对公共建筑中基础计量相对完备、配备有楼宇自控系统的大型公共建筑。

3.1.2 智慧楼宇控制系统

智慧楼宇控制系统是当今信息技术迅速发展的产物，是一种向公共建筑提供数字化应用服务的综合业务系统。运用物联网、大数据、云计算、AI等技术，结合楼宇建筑内各用户角色及应用场景，实现楼宇能源系统管理、提升用户满意度、提高管理者运营效率、帮助业主实现资产稳定递增等多维度的楼宇建筑运营、运维、管理的需求。

3.1.3 系统的架构与特点

智慧楼宇控制系统（见图2）一般采用分层分布式网络结构，自下而上分四层。数据接入层、边缘计算层、数据管理层、智慧应用层。数据接入层主要指楼宇自控系统，主要用于控制和监测建筑物的机电设备，如通风、供暖、空调、照明和电力系统，甚至到整个建筑服务系统的集成和集中监控；边缘计算层指在靠近物理设备或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用等核心能力的分布式部署的架构体系；数据管理层是将接收到的各子系统数据进行处理和分析，可以实现平台的管理功能、通用功能及分析决策功能模块，该层可以根据需求设置云平台数据管理；智慧应用层是利用AI技术实现对能源及各子系统的深度优化和管理功能。

图2 智慧楼宇控制系统架构图

智慧楼宇控制系统比起传统的大楼管理具备4项特点。①大集成。智慧楼宇控制系统可以将大楼的各子系统实现融合管理，将所有功能、数据、流程整合在一起的一站式管理平台，可以打破传统模式的信息孤岛、单一决策、固化管理经验。②可视化。让管理看得见，如同现场操作，从更高维纵观全局，模拟、透视，不受空间限制。③智慧化。通过人工智能判断，不遗漏任何细节，直接给出决策建议，及时做出联动反应。④综合能源管理闭环。可以实现整个大楼从数据采集到数据分析、再到设备巡检，故障报警及数据异常发现问题，进而通过系统管理实现全系统AI优化控制。

3.1.4 系统的能源管理功能及效果

智慧楼宇控制系统可以实现能源管理的诸多功能，主要表现在：

①设备设施管理：实时对建筑用能设备的静态信息和动态信息进行高效管理，实现设备的全生命周期管理，保证设备设施的正常运行，变被动维修为主动服务，从而减少设备设施故障频率，提高维护效率及运维水平。

②能源的精细化管理：根据建筑功能组织架构，按照建筑能源精细化管理目标，实现建筑能耗数据的实时采集、存储及管理，利用大数据分析技术，对建筑能耗数据进行深度挖掘，及时发现建筑节能潜力，提高建筑能源利用效率。

③智能AI优化控制：基于能源系统历史运行大数据，利用机器学习技术，建立优化算法模型，生成系统AI智能优化算法，当建筑处于不同的环境状态时，系统会自动感知建筑环境、同时自动判断并决策系统优化控制参数。

智慧楼宇控制系统相比传统的节能改造，是将整个楼宇的各个子系统整体优化，最大限度的节约能源，提升能源利用率，通常情况下，全楼可实现综合节能率5%～20%，在节能的基础上，还能节钱、节人，可为用能单位提高20%～30%的经济效率。可以大大提升物业管理效率，节约人员和费用；让运维工作变得更快捷简单，减少维修成本；平台收集的数据及分析可以为用户提供大数据增值服务；可以为用户提供各项个性化服务，提升服务满意度，进而提升大楼的价值。

3.2 商业模式

在前期调研基础上，本研究提出节能联合经济体的概念。所谓节能联合经济体就是由节能服务公司、信息技术服务商、物业管理公司、金融机构等组成的商业联盟，以互联网+新节能技术为支点，通过强强联合发挥其不同领域中各自的优势，相互合作，通过各自优势资源要素（资金、系统平台、技术、产品、运维等）的优化配置，共同合作开发节能经济市场，实现改造项目节能效益的最大化。

商业联盟具体组织形式根据项目情况由市场自由组合，可以是战略合作，可以是组建新的合资公司，也可以是外包服务的形式等。这种节能联合经济模式是基于公共建筑全生命周期的全方位能源管理，是通过和建筑业主协商，业主将相关节能项目交于商业联盟体来整体运营，通过控制节能、设备节能、工艺节能和管理节能等途径，用系统管理方法和工具降低建筑能源消耗，并根据大数据、云计算等信息技术对能耗数据进行统计并分析能耗特点，进一步提供定制化低碳化服务方案，不断优化楼宇的整体运行。

4 推进公共建筑低碳化智慧新场景的建议

4.1 完善政策体系，培育产业发展

依照北京市财政资金管理政策，充分发挥财政资金的引导作用，采用财政补贴、贴息贷款等方式扶持企业开展大型公建低碳新场景建设。研究制定贷款财政担保和贴息政策，建议出台贷款财政贴息政策，将贴息直接支付到银行，提升银行向节能服务公司放贷的积极性；建立节能服务公司融资担保基金，对节能项目融资提供担保支持；鼓励企业采用合同能管理全托管型项目，引导企业走向综合能源管理服务。

4.2 技术培训和标准制定共同推进AI+公共建筑节能

一方面，加强行业主管部门协调服务等方面的重要作用，搭建交流合作的窗口、桥梁和纽带，促进行业自律和资源共享。鼓励建立跨区域、跨行业、跨领域的节能联合经济体，采用新型商业模式参与智慧楼宇控制系统建设，开展物联网、人工智能及新节能技术培训和典型案例交流，协助传统节能服务公司转型升级。另一方面，健全智慧楼宇控制系统标准体系，通过试点项目推广，加快制定系统的各项技术规范、标准；研究综合能源服务相关标准，尤其是完善综合能源服务过程中的跨领域跨行业标准，推动跨领域能源合作模式。

4.3 打造典型公共建筑低碳场景化示范项目

聚焦“三城一区”、北京城市副中心、中国(河北)自由贸易试验区大兴机场片区等重点区域，选取典型公共建筑低碳化应用场景，运用新技术、新系统、新模式等优质资源，综合考虑建筑运行全生命周期过程的不同需求，结合后疫情时代，人们对建筑环境健康、环境品质及远程办公的要求，打造公共建筑低碳化新场景典型示范项目，进行周期跟踪，积累技术改造、平台开发、商业合作、运行维护、全面管理等多方位的实施经验，进一步完善新场景的技术规范和标准。