張曉冬，高喜玲，王鐵勇

（1.中國(guó)建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司湖北建筑設(shè)計(jì)分院，湖北 武漢 430000；2.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院；3.北京清大原點(diǎn)建筑設(shè)計(jì)有限公司徐州分公司，江蘇 徐州 221116）

1 前言

2013年，我國(guó)建立了7個(gè)碳排放權(quán)交易試點(diǎn)，加快培育碳排放權(quán)交易市場(chǎng)。試點(diǎn)工作開(kāi)展至今，二氧化碳排放總量和強(qiáng)度出現(xiàn)了雙降的趨勢(shì)。高瓴產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院與北京綠色金融與可持續(xù)發(fā)展研究院發(fā)布的《邁向2060碳中和——聚焦脫碳之路上的機(jī)遇和挑戰(zhàn)》中指出，我國(guó)最晚實(shí)現(xiàn)碳中和的主要部分將很有可能是建筑部門(mén)，建筑部門(mén)是碳排放最高的終端消費(fèi)來(lái)源，在現(xiàn)有情況下，我國(guó)建筑行業(yè)的碳排放將繼續(xù)增加，預(yù)計(jì)2039年左右才能達(dá)到峰值，比計(jì)劃中2030年全國(guó)整體實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰晚9年。

建筑全生命周期碳排放主要分為5個(gè)階段：建筑材料的生產(chǎn)和運(yùn)輸、建筑施工、建筑運(yùn)行、建筑拆除、廢料回收和處理。建筑節(jié)能減碳措施的關(guān)鍵措施之一就是降低運(yùn)營(yíng)成本，特別是能源成本和總生命周期成本，根據(jù)世界綠色建筑委員的報(bào)告，新建綠色建筑可以節(jié)約15%的運(yùn)營(yíng)成本，而綠色樓宇改造項(xiàng)目可以節(jié)約13%的運(yùn)營(yíng)成本。

本文主要針對(duì)既有公共建筑運(yùn)營(yíng)階段碳排放進(jìn)行探討，通過(guò)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)加裝智能AI控制系統(tǒng)后，分析計(jì)算運(yùn)行節(jié)電產(chǎn)生的碳排放，并對(duì)碳排放權(quán)交易的可行性進(jìn)行評(píng)估。

2 建筑領(lǐng)域碳交易現(xiàn)狀分析

中國(guó)碳交易市場(chǎng)建于2011～2016年，已陸續(xù)在深圳、上海、北京、廣東、天津、湖北、重慶、四川、福建等9省市試點(diǎn)碳排放權(quán)交易。試點(diǎn)區(qū)域及全國(guó)市場(chǎng)均采用了CCER的抵消機(jī)制，即納入碳排放交易的單位（控排企業(yè)）可以通過(guò)購(gòu)買(mǎi)CCER 抵消其超額溫室氣體排放。1個(gè)CCER等同于1個(gè)配額，可以抵消1t二氧化碳當(dāng)量（CO2）的排放，抵消機(jī)制的設(shè)計(jì)使核證自愿減排量與強(qiáng)制配額市場(chǎng)建立鏈接機(jī)制。碳排放配額和國(guó)家核證自愿減排量（CCER）是中國(guó)碳市場(chǎng)基礎(chǔ)產(chǎn)品，而全國(guó)碳市場(chǎng)運(yùn)行初期CCER需求量約1.65億噸/年（首批納入電力企業(yè)碳排放超33億噸/年，抵消比例5%），長(zhǎng)期需求有望擴(kuò)容至4億噸/年（全國(guó)碳市場(chǎng)擴(kuò)容至八大行業(yè)后，預(yù)計(jì)碳排放達(dá)70～80億噸/年），因此，CCER存在巨大的市場(chǎng)缺額。

為加快全國(guó)溫室氣體自愿減排市場(chǎng)建設(shè)，加快推進(jìn)CO2自愿減排管理和交易中心籌建工作，完善自愿減排交易制度、規(guī)范設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)各類企業(yè)、社會(huì)團(tuán)體和個(gè)人參與自愿減排，核算碳排放交易配額，通過(guò)在碳市場(chǎng)交易，抵消碳排放較高企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)缺少的部分碳排放配額。

在建筑碳交易市場(chǎng)中，若某建筑中央空調(diào)運(yùn)行時(shí)實(shí)際的碳排放量低于初始預(yù)測(cè)數(shù)量，即為剩余排放額度，業(yè)主可出售剩余排放額度而獲得收益，有利于提高全民參與實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的積極性。全世界第一個(gè)以建筑為對(duì)象的交易體系是日本的東京都總量控制交易體系，該體系為政府強(qiáng)制性交易體系。該體系中包括1400個(gè)大型公共建筑、工廠等，結(jié)合歷史基線和減排系數(shù)進(jìn)行分配，交易過(guò)程中涉及主體包括政府、減排建筑、交易平臺(tái)以及第三方核證機(jī)構(gòu)。數(shù)據(jù)顯示，日本在建筑領(lǐng)域?qū)嵭刑寂欧沤灰渍吆蟮男Ч诛@著。在該體系運(yùn)行后，第一年實(shí)現(xiàn)約13%的減排量，2014年已實(shí)現(xiàn)約25%的減排量。我國(guó)目前只有天津的民用建筑能效交易模式采用“強(qiáng)制為主、激勵(lì)為輔”的交易方式。其中，天津排放權(quán)交易所為唯一的排放權(quán)交易平臺(tái)，而天津市建設(shè)交通委員會(huì)下轄的民用建筑能效專業(yè)委員會(huì)，負(fù)責(zé)減排單位的能耗定額審定及減排量注冊(cè)、簽發(fā)、交易備案等工作。2010年，天津能效交易市場(chǎng)以50元/噸的價(jià)格成功售出采暖節(jié)約的11500t碳當(dāng)量，成功完成第一筆交易，為建筑領(lǐng)域碳交易的發(fā)展起到了良好的示范作用。深圳建筑碳排放權(quán)交易模式是國(guó)內(nèi)首個(gè)正規(guī)的建筑領(lǐng)域強(qiáng)制性碳交易市場(chǎng)，于2013年6月正式落地實(shí)施。目前，深圳市以單體建筑面積2萬(wàn)㎡為標(biāo)準(zhǔn)，將200棟規(guī)模大于該標(biāo)準(zhǔn)的公共建筑納入了該交易體系，為我國(guó)建筑領(lǐng)域?qū)嵤┨冀灰字贫绕鸬搅溯^好的基礎(chǔ)示范作用。目前，建筑領(lǐng)域碳交易還存在建筑碳排放量核算難度較大、單體建筑的碳交易成本較高等問(wèn)題。

3 空調(diào)AI智能控制系統(tǒng)碳排放量換算與碳交易

3.1 空調(diào)AI智能控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

公共建筑中耗電量最大的是中央空調(diào)系統(tǒng)，約占整體建筑能耗的40%，同時(shí)，因?yàn)檫\(yùn)行效率低還存在10%～30%的能源浪費(fèi)，而降低公共建筑運(yùn)營(yíng)成本的最有效的方式，是在中央空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用智能控制，即AI智能控制系統(tǒng)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)房的自動(dòng)管理和數(shù)據(jù)采集。

空調(diào)AI智能控制系統(tǒng)包含以下3層架構(gòu)，云端控制原理如圖1所示：（1）采集：定制的工業(yè)級(jí)高精度無(wú)線傳感器非侵入式的安裝。（2）傳輸：采用lora技術(shù)，組網(wǎng)靈活，安全性高。（3）應(yīng)用：現(xiàn)場(chǎng)端，到數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，管理端，循環(huán)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生環(huán)，人工智能的反向優(yōu)化和精準(zhǔn)智控。

圖1 中央空調(diào)智能云端控制原理

空調(diào)AI智能控制系統(tǒng)有以下3個(gè)方面優(yōu)勢(shì)：（1）空調(diào)設(shè)備數(shù)字化。手機(jī)端/電腦端虛擬機(jī)房展示、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、故障在線報(bào)警、預(yù)防性維護(hù)提醒功能。（2）智能控制。系統(tǒng)自動(dòng)控制、云端自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)決策、附屬設(shè)備智能控制、故障定位指導(dǎo)。（3）節(jié)能降耗。邊緣計(jì)算技術(shù)、云端大數(shù)據(jù)分析、半監(jiān)督模糊算法、AI自動(dòng)尋優(yōu)、機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化，預(yù)測(cè)系統(tǒng)節(jié)能降耗達(dá)15%～20%，實(shí)測(cè)可達(dá)到20%～30%。

3.2 加裝空調(diào)AI智能控制系統(tǒng)后碳排放量換算

以北京某酒店工程為例，校核優(yōu)化控制策略前后，酒店中央空調(diào)運(yùn)行電費(fèi)對(duì)比。

工程概況：該酒店項(xiàng)目位于北京豐臺(tái)區(qū)，客房數(shù)量為118間，7層，建筑高度23.1m，2020年重新裝修改造，2021年1月，增設(shè)中央空調(diào)AI智能系統(tǒng)并投入運(yùn)行，中央空調(diào)主機(jī)采用風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組，設(shè)備配置參數(shù)表1如示。

表1 設(shè)備配置參數(shù)

該空調(diào)系統(tǒng)增設(shè)AI智能控制系統(tǒng)后，實(shí)測(cè)電費(fèi)對(duì)比，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化前后電費(fèi)對(duì)比

通過(guò)對(duì)優(yōu)化前后耗電量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以看出，每年的用電量可節(jié)約10%～20%，尤其在11月、12月、次年1月的空調(diào)采暖季，能耗越大的期間經(jīng)濟(jì)效益更加明顯，節(jié)能效果也越好。

既有建筑能耗構(gòu)成主要是空調(diào)能耗、照明能耗，根據(jù)《北京市企業(yè)（單位）二氧化碳排放核算和報(bào)告指南》（2016版）和國(guó)家對(duì)華北地區(qū)的基準(zhǔn)線排放因子的加權(quán)，折算系數(shù)建議采用的0.72kgCO2/kW·h，折算成CO2排放量。該酒店中央空調(diào)智能改造前后CO2年排放量見(jiàn)表2，節(jié)約排放量為0.012萬(wàn)噸CO2。

表2 酒店每年碳排放量

3.3 碳排放權(quán)交易

根據(jù)上海環(huán)境能源交易所數(shù)據(jù)，截至2021年9月底，碳排放成交價(jià)格介于41～61.07元/噸，則由此換算得知，該酒店中央空調(diào)運(yùn)行策略優(yōu)化后節(jié)約的碳排放量可以交易金額為4920～7328元/年。

我國(guó)經(jīng)歷了近20年的大規(guī)模建設(shè)，存量建筑已有644億㎡，其中有中央空調(diào)的公共建筑約為26億㎡，其中運(yùn)行碳排放22億噸，如果增加中央空調(diào)的AI智能系統(tǒng)，全國(guó)每年可節(jié)約2.2～6.6億噸碳排放量，可交易金額1.3～3.3億元/年。

這部分碳排放量在發(fā)電、運(yùn)輸、制造行業(yè)來(lái)說(shuō)微不足道，但是，很多行業(yè)節(jié)能減排是不可持續(xù)的，而建筑節(jié)能則是貫穿整個(gè)建筑生命周期的，循環(huán)用能、累積節(jié)約，數(shù)量同樣可觀。

4 結(jié)語(yǔ)

公共建筑中央空調(diào)AI智能系統(tǒng)，已經(jīng)能給建筑中央空調(diào)運(yùn)行節(jié)能提供數(shù)據(jù)支撐，但照明能耗、建筑維護(hù)、更新和拆除階段的碳排放目前還未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法核算，另外，建筑的建設(shè)期碳排放、運(yùn)行階段碳排放與其他行業(yè)的重合部分，該如何認(rèn)定分離，也沒(méi)有統(tǒng)一、切實(shí)可行的方法和標(biāo)準(zhǔn)，再則，建筑領(lǐng)域的碳排放權(quán)交易市場(chǎng)涉及主體眾多，碳交易市場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中也有政策、技術(shù)、價(jià)格以及外部環(huán)境等諸多風(fēng)險(xiǎn)因素。

物聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)+AI算法，以算法為中心應(yīng)用在建筑節(jié)能領(lǐng)域，在能源管理、設(shè)備監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面，為建筑領(lǐng)域的碳排放核算提供數(shù)據(jù)依據(jù)和分析基礎(chǔ)。根據(jù)現(xiàn)有建筑運(yùn)行能耗數(shù)據(jù)，為新建建筑設(shè)定一個(gè)合理的、科學(xué)的碳減排目標(biāo)，針對(duì)不同區(qū)域、不同類型、不同規(guī)模的建筑設(shè)定不同的碳排放基準(zhǔn)線，有了基準(zhǔn)線，再結(jié)合實(shí)際運(yùn)營(yíng)能耗、差值轉(zhuǎn)換成CCER，在碳交易市場(chǎng)交易抵消高能耗企業(yè)配額不足。建筑領(lǐng)域的碳交易要分類、分層、分階段逐步推進(jìn)，建立并完善碳交易制度和配套措施。