為滿足日益增長的能源需求和應(yīng)對氣候變化，一種新型的、為滿足終端客戶多元化能源生產(chǎn)與消費(fèi)的能源服務(wù)方式在各國應(yīng)運(yùn)而生，即我們所說的綜合能源。但綜合能源的所涉及實(shí)在太廣，根據(jù)規(guī)模定義，有大的能源系統(tǒng)層面的綜合能源規(guī)劃，涉及到多種能源的集中生產(chǎn)、協(xié)調(diào)運(yùn)輸分配、銷售、消費(fèi)等；小范圍內(nèi)的綜合能源則主要是指以需求為導(dǎo)向的綜合能源服務(wù)，涉及分布式能源生產(chǎn)供應(yīng)規(guī)劃與用戶側(cè)的能源需求的相協(xié)調(diào)，目的在于追求能效的提升，以達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。
目前我們所說的綜合能源服務(wù)，主要是指園區(qū)層面或一定范圍內(nèi)城區(qū)的電、氣、冷、熱等的多元化能源供應(yīng)和多樣化增值服務(wù)。就園區(qū)來說，主要能耗來自于，建筑、工業(yè)與交通三大部門，因此，建筑能效管理可以說是綜合能源服務(wù)的重要組成部分。
交能網(wǎng)將以建筑能效管理這一主題開啟新的系列，就實(shí)際技術(shù)層面，探討建筑綜合能源該如何實(shí)施。
建筑能源現(xiàn)狀
在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，建筑能耗已經(jīng)占到我國社會總能耗的30%，隨著人民對生活品質(zhì)的要求不斷提升，這一比例有望繼續(xù)增加。2010年7月5日，聯(lián)合國環(huán)境署在上海世博會發(fā)布的中文版的《建筑與氣候變化：決策者摘要》報(bào)告顯示，建筑行業(yè)占全球溫室氣體排放的30%，并消耗了40%的全球能源。因此，建筑節(jié)能被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)的關(guān)鍵領(lǐng)域。
“十一五”以來中國建筑節(jié)能在法規(guī)制度、激勵政策、標(biāo)準(zhǔn)體系、技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)支撐等方面均取得了一定進(jìn)展，新建建筑節(jié)能、既有建筑節(jié)能改造、可再生能源規(guī)模化應(yīng)用、綠色建筑推廣等專項(xiàng)工作成效顯著。據(jù)報(bào)道十一五期間：“全國累計(jì)節(jié)能建筑面積40.8億平方米，可形成3600萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能能力，每年可減排二氧化碳9360萬噸；北方采暖地區(qū)既有建筑供熱計(jì)量改造穩(wěn)步推進(jìn)，截止2009年采暖季前，北方15個(gè)省份完成節(jié)能改造面積共計(jì)1億多平方米。在國家發(fā)改委和國家能源局發(fā)布的《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，也明確規(guī)定了在“十三五”期間，即2020年以前，單位能耗進(jìn)一步降低15%以上。
盡管如此，中國在建筑節(jié)能方面仍然存在著一些矛盾和問題，主要包括新建建筑仍有不少沒有完全執(zhí)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建筑節(jié)能改造任務(wù)十分艱巨，供熱采暖系統(tǒng)運(yùn)行效率不高，以及建筑節(jié)能技術(shù)、產(chǎn)品和材料等還不能滿足實(shí)際需要等問題。截止至2015年底，中國的既有建筑總面積約560億平方米，其中城鎮(zhèn)既有建筑面積約273億平方米，而未按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)建造的高能耗建筑占76.9%。這些問題的存在，是多方面因素的結(jié)果，因此我國建筑節(jié)能事業(yè)仍有待進(jìn)一步提高。
建筑節(jié)能改造的途徑
就園區(qū)建筑節(jié)能改造來說，通?？煞譃榻ㄖS護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造、建筑用能設(shè)備節(jié)能改造、建筑供能方案改造及建設(shè)能源管理系統(tǒng)等幾方面。本系列將從以上幾點(diǎn)分別介紹建筑節(jié)能該如何進(jìn)行，以下僅簡單概述各方面要點(diǎn)：
建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造
其中建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)改造，可以從以下方面進(jìn)行：
1、建筑墻體屋頂?shù)葒o(hù)結(jié)構(gòu)的保溫：通過增加維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層，降低建筑熱傳導(dǎo)系數(shù)，從而降低建筑冬季熱負(fù)荷及夏季冷負(fù)荷。此外，改造過程中還需著重考慮建筑冷熱橋處的保溫，即傳熱系數(shù)比相鄰部位大得多的部位，需著重考慮。
2、建筑相變材料：除此之外，建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)改造還可從建筑材料本身著手，如墻體部分材料或天花板可采用采用PCM相變材料，相變材料能作為儲熱材料，可有效將建筑本體維持在一定溫度范圍。
3、建筑外涂及綠化：針對建筑外觀，可以適當(dāng)原則建筑外涂層涂料，以改善建筑墻體的光線吸收和反射情況?；蚩刹捎媒ㄖG化，即通過在建筑物室內(nèi)外墻壁或屋頂栽植各種植物來綠化、美化建筑，營造一種局部的自然生態(tài)氛圍。這種建筑改造，不僅能夠美化建筑外觀，也可有效降低夏季室內(nèi)溫度2~5度。
4、建筑遮陽：適當(dāng)采用建筑墻體或窗體遮陽，也能有效降低建筑負(fù)荷。
建筑用能設(shè)備節(jié)能改造
對于建筑用能設(shè)備節(jié)能改造，則可從建筑內(nèi)部暖通空調(diào)、照明系統(tǒng)等用能設(shè)備著手。
其中暖通空調(diào)可分為建筑供暖系統(tǒng)及空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)：
對于建筑供暖系統(tǒng)節(jié)能改造，可從供暖管道保溫著手，降低供熱傳輸過程中熱損失；或通過調(diào)節(jié)管道系統(tǒng)水力平衡，輔以高效的變頻節(jié)能泵，降低泵的能耗損失；此外還可通過調(diào)節(jié)管道中水流量及供回水溫度達(dá)到節(jié)能目的，如采用可自動調(diào)節(jié)暖氣閥，結(jié)合傳感器及建筑自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)按需供暖，此類措施可實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果20%以上。
同理，對于建筑空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)可通過采用變流量/變體積系統(tǒng)，結(jié)合傳感器及自控閥實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，如降低送風(fēng)與室內(nèi)溫差，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
對于建筑照明系統(tǒng)節(jié)能，首先可以用LED燈管替換老舊高能耗燈管，僅僅這一步，在實(shí)踐中就可實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能效率提升50%以上。若采用可調(diào)節(jié)照度照明技術(shù)，同時(shí)也結(jié)合傳感器及建筑自控系統(tǒng)，能效可進(jìn)一步提升20%以上。
建筑供能側(cè)改造
建筑供能側(cè)改造是目前綜合能源服務(wù)的焦點(diǎn)，城區(qū)及園區(qū)的能源供應(yīng)包括電、熱、冷、氣等。對于我國南方不供暖區(qū)域小型建筑或一般商業(yè)建筑，一般不配備供能設(shè)備，或僅配備小型柴油發(fā)電機(jī)或儲能電池，以作備用電源。然而對于大型商圈或工業(yè)園區(qū)，能源的自給尤為重要。
其中電力可部分或全部通過可再生能源供應(yīng)，剩余電力負(fù)荷從電網(wǎng)獲取，電力自主供應(yīng)一般可通過分布式光伏、風(fēng)電等多種新能源，配合儲能及小型（冷）熱電聯(lián)產(chǎn)；熱需求可通過鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)、光熱、熱泵配合儲熱供應(yīng)；冷量通過壓縮式或吸收式制冷機(jī)或冷熱電聯(lián)產(chǎn)供應(yīng)；燃?xì)鈩t多與當(dāng)?shù)貧饩W(wǎng)直接獲取，或就近生產(chǎn)生物質(zhì)燃?xì)狻?
綜上，一般采用的高效供能方案設(shè)備包括，鍋爐+（冷）熱電聯(lián)產(chǎn)+新能源設(shè)備+熱泵+制冷機(jī)+儲能設(shè)備+熱網(wǎng)電網(wǎng)。這些設(shè)備的選擇對于能效提升也尤為重要：
鍋爐：其中鍋爐改造尤為重要，現(xiàn)階段我國供熱多為鍋爐供熱，大量鍋爐仍十分老舊，效率低下。鍋爐改造可從以下幾點(diǎn)入手：以低溫廢氣節(jié)能鍋爐更換傳統(tǒng)鍋爐，普通鍋爐由于廢氣溫度很高，效率較低；低溫廢氣鍋爐，可將廢氣中的熱量回收，廢氣溫度可降至50℃，大大提高鍋爐效率。
熱電聯(lián)產(chǎn)：此外，園區(qū)電熱還可通過小型熱電聯(lián)產(chǎn)同時(shí)供應(yīng)，由于熱電聯(lián)產(chǎn)燃料利用效率可以高達(dá)92%（燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)高達(dá)97%），且回收期較短一般6-8年，在國外，如德國、日本比較受青睞。但目前由于我國氣電價(jià)格比過高，經(jīng)濟(jì)性難以保證，一般燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)僅作為示范項(xiàng)目。
新能源設(shè)備：新能源設(shè)備主要包括光伏、光熱、分布式風(fēng)電。其中分布式光伏可與多種建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，形成建筑光伏一體化的特殊建筑形式；光熱及分布式風(fēng)電目前常安裝于屋頂，以節(jié)省空間資源。此外，還可使用生物質(zhì)燃?xì)饣蚝铣扇細(xì)?，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源，作為鍋爐或熱電聯(lián)產(chǎn)燃料來源。儲能設(shè)備：包含儲能電池和儲熱初冷設(shè)備，其中儲能電池是用于電力負(fù)荷較低時(shí)，存儲風(fēng)電光電的剩余電力，保障新能源的有效利用；儲熱設(shè)備，可將光熱產(chǎn)生熱量存儲，或新能源電力過剩時(shí)，由熱泵或制冷機(jī)，將電力轉(zhuǎn)換成熱量或冷，存儲起來。
建筑管理系統(tǒng)建設(shè)
上面提到的幾點(diǎn)都是從硬件改造層面對建筑進(jìn)行改造來提高能效；在實(shí)際運(yùn)營過程中，通過對需求側(cè)用戶的用能行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合建筑自控系統(tǒng)，也能夠達(dá)到一定節(jié)能效率。為了幫助建筑或園區(qū)更好的節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)能源消耗可視化管理及自動管控，能源管理系統(tǒng)當(dāng)然必不可少。通過建立智慧的能源管理系統(tǒng)，在能源需求側(cè)實(shí)施有效的、按需使用的能源管理和利用體系，將極大的提高能源的利用效率，避免能源的無效浪費(fèi)?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，人工智能的火熱，為建設(shè)高效智能的能源管理系統(tǒng)提供了非常好的技術(shù)支持。
建筑能源管理系統(tǒng)包括建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)及建筑自動化系統(tǒng)兩部分(BEMS=Energy monitoring + building control)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐漸成熟，基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)更加受到青睞。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以通過各類信息傳感器，將室內(nèi)信息如：溫濕度、照度、人數(shù)、CO2濃度等舒適性相關(guān)參數(shù)，以及各類用能及供能能設(shè)備，比如：暖通空調(diào)、燈管、泵、鍋爐或其他供能設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)收集起來，然后通過各類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上傳至本地服務(wù)器或云端，再結(jié)合可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的全面可視化管理。對用能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以有效發(fā)掘建筑運(yùn)行過程中的節(jié)能潛力，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，節(jié)能潛力可達(dá)20-40%不等。
如果說建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)是節(jié)能潛力的發(fā)掘者，那么建筑自控系統(tǒng)就是建筑節(jié)能的實(shí)施者，通過建筑自控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)建筑各類用能及供能設(shè)備的自控控制的同時(shí)，為用戶提供安全、舒適、便捷高效的工作與生活環(huán)境，并使整個(gè)系統(tǒng)和其中的各種設(shè)備處在最佳的工作狀態(tài)，從而延長能耗設(shè)備壽命、減少管理成本、降低建筑物整體能耗。傳統(tǒng)的建筑自控系統(tǒng)一般有一下兩種模式：
· 按日程表控制，例如空調(diào)、暖氣的定時(shí)開關(guān)，
· 按參數(shù)控制，事先設(shè)定各類設(shè)備參數(shù)的閾值，當(dāng)參數(shù)達(dá)到某種閾值時(shí)自動啟停設(shè)備。
建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)和自控系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)，需要有個(gè)信息的傳遞和發(fā)號施令的角色，即我們所說的算法。以上兩種控制模式，即是通過簡單的算法實(shí)現(xiàn)。
物聯(lián)網(wǎng)的興起和人工智能的火熱，為另一種按需控制的模式帶來了可能。通過人工智能算法，可以對大量歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷或預(yù)測出用戶的實(shí)時(shí)需求和設(shè)備的最佳運(yùn)行狀態(tài)。
例如：通過對大量的設(shè)備或室內(nèi)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測出用戶實(shí)時(shí)負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)設(shè)備目的；或者，通過傳感器檢測出室內(nèi)實(shí)時(shí)的參數(shù)或人數(shù)，實(shí)時(shí)自動調(diào)節(jié)用能設(shè)備。這兩種新興技術(shù)，能真正實(shí)現(xiàn)能源管理系統(tǒng)的“智能”。
建筑節(jié)能改造是建筑節(jié)能的重要步驟，然而僅改造還是不夠的，為了保證節(jié)能改造的效果，還需要對建筑進(jìn)行能源審計(jì)，可以說，能源審計(jì)是對建筑節(jié)能的“測驗(yàn)”。能源審計(jì)的定義是：
審計(jì)單位依據(jù)國家有關(guān)的節(jié)能法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，對企業(yè)能源利用的物理過程和財(cái)務(wù)過程進(jìn)行的檢驗(yàn)檢查和分析評價(jià)，是加強(qiáng)企業(yè)能源科學(xué)管理和節(jié)約能源的有效方法，也是政府節(jié)能主管部門節(jié)能監(jiān)督和管理的重要手段。
即對建筑用能和能耗支出進(jìn)行考核，并頒發(fā)相應(yīng)證書，或發(fā)掘節(jié)能潛力，以保障建筑的能耗達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。能源源審計(jì)主要包括開展工作、現(xiàn)場診斷及用能分析、現(xiàn)狀及節(jié)能分析、報(bào)告匯總等步驟。具體實(shí)施步驟，我們在之后的文章也將詳細(xì)介紹。值得一提，完善的能源管理系統(tǒng)，可以收集詳細(xì)的歷史數(shù)據(jù)，并且定期生成報(bào)告，能為能源審計(jì)帶來極大的便利。
商業(yè)模式：合同能源管理
當(dāng)然各類綜合能源服務(wù)公司或節(jié)能服務(wù)公司需要存活、盈利，不會無償為客戶提供節(jié)能服務(wù)，因此促生了一直商業(yè)模式“合同能源管理”。
合同能源管理，是雙方簽訂合同，各取所需，來達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能效益的一種手段。其中，一方提出訴求，希望節(jié)約能耗的同時(shí)節(jié)省開支；另一方接受訴求，提供相應(yīng)解決方案，并從中獲取一定提成。合同能源管理不是一個(gè)具體的產(chǎn)品或技術(shù)，而是一種減少能源成本，使得合同雙方均獲利的商業(yè)模式。合同能源管理公司的經(jīng)營機(jī)制是一種節(jié)能投資服務(wù)管理；客戶見到節(jié)能效益后，合同能源管理公司才能與客戶一起共同分享節(jié)能成果，取得雙贏的效果。
合同能源管理主要分為兩種基本的模式——供能合同管理和節(jié)能合同管理，這兩種模式原則上追求同樣的目標(biāo)，都是為了減少能源消耗及能源成本，但它們各自采用了不同的方法：供能合同管理主要從能源生產(chǎn)角度減少能耗及成本；而節(jié)能合同管理則側(cè)重于高效的能源分配和使用。
供能合同管理是指通過建筑物能源生產(chǎn)系統(tǒng)的安裝和改造以及供能系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。根據(jù)所需的服務(wù)范圍，節(jié)能服務(wù)公司需要完成設(shè)計(jì)、融資、建造（項(xiàng)目執(zhí)行）、運(yùn)行和維護(hù)幾個(gè)步驟，節(jié)能服務(wù)公司出資進(jìn)行能源系統(tǒng)的節(jié)能改造和運(yùn)行管理，然后通過將產(chǎn)生的終端能量（如冷、熱、電等）銷售給建筑物業(yè)主來得到報(bào)酬。因此系統(tǒng)運(yùn)營越高效，節(jié)能服務(wù)公司的獲益也就越多。這也是目前國內(nèi)大部分售電+綜合能源服務(wù)公司所追求的商業(yè)模式。
節(jié)能合同管理是指通過優(yōu)化能源分配系統(tǒng)及用戶用能的方式來降低能耗，用能單位與節(jié)能服務(wù)公司雙方分享節(jié)能效益。這種模式經(jīng)常要考慮到用戶用能行為的重要性，因?yàn)檫@其中有相當(dāng)大的能效提升的空間。通過節(jié)能合同管理實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效果根據(jù)系統(tǒng)大小的不同可以達(dá)到節(jié)省20%-60%能源。
總結(jié)
隨著中國城市化的快速發(fā)展，生活水平的不斷提高，建筑能耗的總量還將持續(xù)增長。如此巨大的能源消費(fèi)，關(guān)系到國家的能源供應(yīng)和能源安全。因此，做好建筑節(jié)能工作，降低單位建筑面積能耗，對節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、應(yīng)對全球氣候變化，推進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展意義非凡。本系列將從技術(shù)出發(fā)，針對以上個(gè)點(diǎn)分別討論，和讀者一起深入探索建筑能效管理的實(shí)施方案。
參考資料:
1. http://www.fon.org.cn/《中國建筑節(jié)能現(xiàn)狀概述》
2. 中國建筑節(jié)能協(xié)會，《中國建筑能耗研究報(bào)告2016》
3. WAYNE C. TURNER, 《Energy ManagementHandbook》
4. 交能網(wǎng)，《合同能源管理系列》
5. 交能網(wǎng)，《能源管理如何促進(jìn)智慧城市節(jié)能減排？》
