陳　鵬

上海市建筑科學(xué)研究院

區(qū)域建筑低碳能源規(guī)劃的實(shí)踐

陳鵬

上海市建筑科學(xué)研究院

區(qū)域低碳能源規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)的重要措施。通過(guò)總結(jié)多個(gè)生態(tài)城區(qū)區(qū)的低碳能源規(guī)劃實(shí)踐，梳理了區(qū)域低碳能源規(guī)劃總體思路，提煉出在規(guī)劃過(guò)程中需關(guān)注的4個(gè)要點(diǎn)：能耗總量控制、區(qū)域能源系統(tǒng)方案、可再生能源利用、能源智慧化管理，強(qiáng)調(diào)了規(guī)劃過(guò)程中對(duì)規(guī)劃內(nèi)容的落地性的重視。

低碳能源規(guī)劃；區(qū)域能源系統(tǒng)；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

能源問(wèn)題是困擾人類(lèi)生存及發(fā)展的重大問(wèn)題，我國(guó)作為全球發(fā)展速度最快的經(jīng)濟(jì)大國(guó)，能源問(wèn)題尤為突出。至2014年，我國(guó)能源消耗總量已達(dá)42.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，與2008年相比較，能源消耗總量翻了一番，能源消耗的急劇增加已經(jīng)逐漸接近能源供應(yīng)的底線(xiàn)，嚴(yán)重制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。而城市能源規(guī)劃對(duì)于協(xié)調(diào)能源供求關(guān)系，合理使用能源資源，解決城市發(fā)展和環(huán)保約束之間的矛盾等重大問(wèn)題，起著至關(guān)重要的作用。

傳統(tǒng)能源規(guī)劃，主要是一個(gè)部門(mén)規(guī)劃或是一個(gè)行業(yè)規(guī)劃，規(guī)劃內(nèi)容主要以能源預(yù)測(cè)和能源供應(yīng)計(jì)劃為主，較少涉及用能方式、節(jié)能措施和污染治理等方面，與生態(tài)環(huán)境結(jié)合不夠緊密。隨著能源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、人民生活水平影響的加深，以及能源發(fā)展戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)能源規(guī)劃已不能滿(mǎn)足社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的矛盾。在“城市”或區(qū)域的層面上編制低碳能源規(guī)劃，在城市發(fā)展和建設(shè)中實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化配置和合理利用，這是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵［1］。

2　區(qū)域建筑低碳能源規(guī)劃工程實(shí)踐

經(jīng)多個(gè)區(qū)域能源規(guī)劃實(shí)踐總結(jié)，得到區(qū)域低碳能源規(guī)劃基本工作思路（圖1所示）。低碳能源規(guī)劃，不在于某項(xiàng)技術(shù)的簡(jiǎn)單應(yīng)用，而在于技術(shù)體系之間的平衡、集成、共享、量化管理及本地化特色等。因此，通過(guò)低碳能源規(guī)劃，明確區(qū)域碳減排的量化目標(biāo)，進(jìn)行該區(qū)域能源消耗的有效控制、能源結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整、能源系統(tǒng)的高效應(yīng)用以及能源體系的優(yōu)化管理，最終實(shí)現(xiàn)低碳生態(tài)城市低碳建設(shè)目標(biāo)［2］。

圖1　上海某城區(qū)低碳能源規(guī)劃思路示意

2.1能耗總量控制

區(qū)域能耗總量控制包括能耗定額體系制定和能耗定額管理。即通過(guò)給出各類(lèi)建筑運(yùn)行能好的上限約束量，并制定能耗定額的管控辦法，保證區(qū)域內(nèi)80%以上建筑實(shí)際運(yùn)行能耗低于相應(yīng)建筑能耗定額值，進(jìn)而控制區(qū)域能耗總量［3］。

圖2　上海某地區(qū)能耗定額方案

2.1.1建筑能耗定額

以上海地區(qū)為例，目前已有《市級(jí)機(jī)關(guān)辦公建筑合理用能指南》（DB31/T550-2011）、《大型公共文化設(shè)施建筑合理用能指南》（DB31/T511-2011）、《大型商業(yè)建筑合理用能指南》（DB31/T552-2011）、《綜合辦公建筑合理用能指南》（DB31/T555-2013）等相關(guān)用能定額標(biāo)準(zhǔn)頒布。規(guī)劃階段，該地區(qū)的新建建筑在設(shè)定用能定額時(shí)可參考，并根據(jù)具體定位，制定低于市級(jí)用能指南的能耗值，要求做建筑節(jié)能優(yōu)化方案設(shè)計(jì)說(shuō)明。表1和圖2是對(duì)上海某地區(qū)的建筑能耗定額情況，要求低于市級(jí)用能指南的能耗值的10%。

表1　上海某區(qū)域建筑類(lèi)型能耗定額

2.1.2能耗總量控制管理

要保證區(qū)域能耗總量控制的最終落地，制定完善并可操作的管理措施是關(guān)鍵。能耗總量管控需從規(guī)劃階段至運(yùn)行管理階段，全過(guò)程全生命周期提出管控措施，具體可參考如下：

（1）規(guī)劃階段規(guī)劃部門(mén)與業(yè)主商定、審批全年用能量及最大用電量。

（2）方案招投標(biāo)標(biāo)書(shū)中提供建筑規(guī)劃用能的論證材料，評(píng)標(biāo)方通過(guò)組織專(zhuān)家對(duì)論證材料進(jìn)行評(píng)審。

（3）設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)方將建筑規(guī)劃用能量分配到各專(zhuān)業(yè)。各專(zhuān)業(yè)計(jì)算出設(shè)計(jì)方案的具體能源消耗量?？疾炷芊駥?shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

（4）設(shè)備招投標(biāo)設(shè)計(jì)選擇的設(shè)備具體性能成為設(shè)備招投標(biāo)的標(biāo)的，設(shè)備投標(biāo)方依據(jù)標(biāo)的提出的設(shè)備性能提供設(shè)備。

（5）施工階段建立工程竣工節(jié)能驗(yàn)收，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與子系統(tǒng)的性能，估算全年能耗，考察能否達(dá)到規(guī)劃用能量 。

（6）運(yùn)行管理公共建筑“用能分項(xiàng)計(jì)量”，對(duì)各分項(xiàng)系統(tǒng)的用能指標(biāo)進(jìn)行集中動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理，與用能標(biāo)準(zhǔn)比較；實(shí)行用能定額管理制。

（7）節(jié)能診斷組織節(jié)能服務(wù)公司，以用能定額為基準(zhǔn)，進(jìn)行節(jié)能服務(wù)和節(jié)能改造，并依據(jù)定額指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。

2.2區(qū)域能源系統(tǒng)方案

區(qū)域能源系統(tǒng)是指區(qū)域供熱、區(qū)域供冷、區(qū)域供電以及解決區(qū)域能源需求的能源系統(tǒng)和它們的綜合集成，它是區(qū)域能源規(guī)劃遵循的“開(kāi)源節(jié)流、提高能效“原則中，提高區(qū)域能源效率的關(guān)鍵一環(huán)，在實(shí)際工作中重點(diǎn)考慮的能源利用形式。區(qū)域能源系統(tǒng)較單體能源系統(tǒng)相比，可以減少設(shè)備的總裝機(jī)容量、設(shè)備設(shè)施的用房面積，提高能源系統(tǒng)的效率和能源系統(tǒng)的管理水平，并且因國(guó)家地方扶持政策，而更具應(yīng)用前景，圖3某熱電冷聯(lián)產(chǎn)原理示意圖。

圖3　熱電冷聯(lián)產(chǎn)原理示意

表2　建筑群能源系統(tǒng)調(diào)研情況

（1）區(qū)域能源系統(tǒng)方案選擇

建筑群能源系統(tǒng)供能方案一般包括：①常規(guī)冷機(jī)+鍋爐，區(qū)域供冷供熱；②燃?xì)廨啓C(jī)+溴化鋰制冷機(jī)組，即燃?xì)鉄犭娎淙?lián)供系統(tǒng)。同時(shí)，增設(shè)冰/水蓄冷設(shè)備滿(mǎn)足調(diào)峰需要，并結(jié)合項(xiàng)目資源情況，耦合可再生能源技術(shù)，如土壤源熱泵、水源熱泵、海水源熱泵及污水源熱泵（表2為區(qū)域能源系統(tǒng)調(diào)研情況）。

圖4是為為上海某城區(qū)規(guī)劃的能源系統(tǒng)方案。規(guī)劃建設(shè)兩處分布式能源，服務(wù)建筑總面積為206萬(wàn)m2。系統(tǒng)方案為以冷/熱定電，總裝機(jī)容量為30 MW。滿(mǎn)足供應(yīng)范圍的空調(diào)冷熱負(fù)荷，部分用電需求，余熱利用設(shè)備宜采用吸收式溴化鋰制冷機(jī)組，同時(shí)結(jié)合地塊情況采用了土壤源熱泵技術(shù)。

（2）區(qū)域能源系統(tǒng)可行性論證

從對(duì)區(qū)域建筑能源系統(tǒng)的調(diào)研情況來(lái)看，目前已建成的項(xiàng)目部分存在失敗停運(yùn)的現(xiàn)象。造成區(qū)域能源系統(tǒng)停運(yùn)的主要因素有系統(tǒng)配置不合理，節(jié)能效益不明顯、經(jīng)濟(jì)效益差、投資回報(bào)期長(zhǎng)等原因。因此，前期對(duì)區(qū)域能源系統(tǒng)的可行性做詳細(xì)的論證分析尤為關(guān)鍵。論證內(nèi)容包括項(xiàng)目能源政策背景、區(qū)域建筑能耗預(yù)測(cè)、工藝方案設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)模式探討、成本效益回收期預(yù)估、能源站選址、環(huán)境影響評(píng)估等內(nèi)容，以支撐區(qū)域能源項(xiàng)目方案的可行性［4］。

圖4　上海地區(qū)某低碳城能源系統(tǒng)規(guī)劃示意

2.3可再生能源利用

《進(jìn)一步推進(jìn)可再生能源建筑應(yīng)用的通知》（2011）明確了“十二五”期間可再生能源建筑應(yīng)用推廣目標(biāo)，力爭(zhēng)到2015年底，新增可再生能源建筑應(yīng)用面積25億平方米以上，形成常規(guī)能源替代能力3 000萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，到2020年，實(shí)現(xiàn)可再生能源在建筑領(lǐng)域消費(fèi)比例占建筑能耗的15%以上?？稍偕茉丛诮ㄖ械膽?yīng)用與發(fā)展，一定數(shù)量上代替了常規(guī)能源，為建筑節(jié)能減排做出一定貢獻(xiàn)。規(guī)劃項(xiàng)目中對(duì)可再生能源利用的規(guī)劃應(yīng)遵循“應(yīng)地制宜，適宜性開(kāi)發(fā)“的原則，合理制定可再生能源利用目標(biāo)，明確可再生能源利用形式，分析可再生能源潛力，計(jì)算可再生能源增量成本，最終促使項(xiàng)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：太陽(yáng)能、風(fēng)能、淺層地?zé)崮?、地表水低溫?zé)崮堋⒖諝鉄崮?、生物質(zhì)能等。能源規(guī)劃中對(duì)可再生能源的利用總量控制，并根據(jù)項(xiàng)目條件，在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行規(guī)模示范或小型示范。

太陽(yáng)能，太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的主要手段。在項(xiàng)目中，利用形式主要為太陽(yáng)能光熱，滿(mǎn)足有生活熱水需求的民用建筑的部分用能；太陽(yáng)能光伏，滿(mǎn)足公共建筑的部分建筑用電，并考慮光電上網(wǎng)的可能性。

土壤源熱泵，利用地下土壤作為熱泵低位熱源的熱泵系統(tǒng)。適用于地塊容積率較低、有空調(diào)需求的建筑。根據(jù)埋管方式的不同，土壤源熱泵可分為水平埋管、垂直埋管和螺旋型埋管三大類(lèi)埋管方式的不同，土壤源熱泵可分為水平埋管、垂直埋管和螺旋型埋管三大類(lèi)。

風(fēng)能，目前主要是三種方式：在建筑物頂上放置風(fēng)機(jī)利用屋頂上較大的風(fēng)速，進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電；將建筑物設(shè)計(jì)為風(fēng)力集中器型式，利用風(fēng)在吹過(guò)建筑物時(shí)的風(fēng)力集結(jié)效應(yīng)，將風(fēng)能加強(qiáng)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電；城市建筑表皮材料風(fēng)能收集。

（2）可再生能源潛力分析

對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)利用需在資源可達(dá)，經(jīng)濟(jì)適宜的前提下進(jìn)行，才能獲得建設(shè)方支持，保證能源項(xiàng)目的最終落地。上海某低碳城區(qū)可再生能源利用地塊分解圖如圖5所示。

太陽(yáng)能利用，根據(jù)可利用屋頂面積或可鋪設(shè)太陽(yáng)能板的面積，即有效面積對(duì)規(guī)劃的光熱或光電利用量進(jìn)行校核，如有效面積提供的太陽(yáng)能小于規(guī)劃目標(biāo)，則需調(diào)整目標(biāo)目標(biāo)。

土壤源熱泵，項(xiàng)目前期需對(duì)地塊土壤勘察，考察土壤換熱能力及土質(zhì)的埋管難易程度。分析地塊可埋管面積、地埋管換熱效率，由此得到的可再生能源利用量，即潛力與規(guī)劃土壤源熱泵可再生能源利用量進(jìn)行校核，不足則調(diào)整規(guī)劃目標(biāo)。

圖5　上海某低碳城區(qū)可再生能源利用地塊分解

圖6　智慧能源管理系統(tǒng)架構(gòu)示意

2.4能源智慧化管理

低碳能源規(guī)劃要利用好時(shí)下先進(jìn)的自動(dòng)化及信息化技術(shù)，對(duì)區(qū)域建筑、市政設(shè)施的能源消耗環(huán)節(jié)實(shí)施集中扁平化動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化分析及管理，打造可視化，智能化的區(qū)域能源管理平臺(tái)（如圖6所示）。

區(qū)域能源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大多數(shù)重點(diǎn)建筑及其他重要用能板塊的動(dòng)態(tài)能耗監(jiān)測(cè)；建成基于能源管理平臺(tái)的節(jié)能監(jiān)管體系，并通過(guò)與能耗統(tǒng)計(jì)、能源審計(jì)、能效公示、用能定額和超定額加價(jià)等制度相結(jié)合，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)建筑、市政節(jié)能運(yùn)行和節(jié)能改造。包括以下內(nèi)容。

建筑能耗管理：安裝水、電、氣、熱等分項(xiàng)計(jì)量裝置，重點(diǎn)對(duì)用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量；定時(shí)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)傳輸設(shè)備（數(shù)據(jù)采集器）傳輸?shù)绞屑?jí)平臺(tái)（數(shù)據(jù)中心或者數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站）。

市政能耗管理：對(duì)道路照明、公共停車(chē)場(chǎng)照明、雨水泵、污水泵、給水泵、公園照明市政設(shè)備能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)上網(wǎng)。

區(qū)域能源系統(tǒng)管理：監(jiān)測(cè)能源站用氣，供電及供熱供冷量，結(jié)合用戶(hù)數(shù)據(jù)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行；區(qū)域供能按能量計(jì)量收費(fèi)。

3　結(jié)語(yǔ)

對(duì)區(qū)域低碳能源規(guī)劃實(shí)踐工作進(jìn)行了梳理，分析了工作流程中的四個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容及上海某區(qū)域低碳能源規(guī)劃案例，并著重強(qiáng)調(diào)了規(guī)劃內(nèi)容在項(xiàng)目中的可落地性。區(qū)域能耗總量控制，不僅要求合理地確定建筑能耗定額，還要制定全過(guò)程的管控措施來(lái)保證能耗總量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；區(qū)域能源系統(tǒng)可以有效提高區(qū)域能源供應(yīng)效率，但在項(xiàng)目前期進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行性分析尤為關(guān)鍵；本著“應(yīng)地制宜，適宜性開(kāi)發(fā)“的原則，挖掘區(qū)域可再生能源利用潛力，提高可再生能源在建筑能耗中的占比，促進(jìn)節(jié)能減排；利用信息化，自動(dòng)化技術(shù)，打造可視化，智能化的區(qū)域能源管理平臺(tái)，是信息時(shí)代賦予對(duì)能源規(guī)劃的一新要求，也是一新優(yōu)勢(shì)條件。

［1］徐寶萍 ，徐穩(wěn)龍. 低碳形勢(shì)下的區(qū)域能源規(guī)劃方法及實(shí)踐［J］. 暖通空調(diào).2012（42）

［2］張改景，龍惟定.碳夾點(diǎn)技術(shù)在區(qū)域建筑能源規(guī)劃中的應(yīng)用研究［C］. 龍惟定城市發(fā)展研究第7屆國(guó)際綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)論文集

［3］孫樺，韓繼紅，高月霞，張改景.上海地區(qū)低碳生態(tài)城區(qū)建設(shè)模式與實(shí)踐發(fā)展［J］.綠色建筑，2012（2）

［4］張改景，龍惟定， 苑翔. 區(qū)域建筑能源規(guī)劃系統(tǒng)的能值分析研究［J］. 建筑科學(xué).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

基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的低碳智慧園區(qū)建設(shè)技術(shù)和綜合服務(wù)平臺(tái)研究（15DZ1204602）

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