暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ　２０２２ 年第 ５２ 卷第 ３ 期 ２ 　 引用本文：龙惟定 ．碳中和城市建筑能源系统（ １）：能源篇［ Ｊ］．暖通空调， ２０２２， ５２（ ３）： ２　１７． ＤＯＩ：１０． １９９９１／ ｈｖａ ｃ １９７１． ２０２２． ０３． ０１ ｊ． 碳中和城市建筑能源系统 （ １）：能源篇 　 龙惟定 ☆ 　　　 （同济大学，上海）　 摘要：作为碳中和城市建筑能源系统系列文章的首篇，从节能优先、供暖电气化、可再 生 能 源应用、能源供应去中心化和多源化等几个方面，概要介绍了碳中和城市建筑能源系统源侧的主 要技术、系统构成、适用性，以及需要引起注意的问题。 关键词：碳中和城市；建筑 能 源 系 统；节 能 优 先；供 暖 电 气 化；可 再 生 能 源 应 用；去 中 心 化； 多源化 Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｓ ｓ ｔ ｅｍ　 ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂｏ ｎ ｎ ｅ ｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｔ ｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ（ １）：Ｅ ｎ ｅ ｒ 　 　 ｇ ｇｙ ｙ ｙ ｇｙ 　 　 　 Ｌｏｎｇ　 Ｗｅ ｉ ｄ ｉ ｎｇ （ Ｔｏｎｇ ｉ　 Ｕｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ） ｊ ｙ，Ｓｈａｎｇｈａ Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ａｓ ｔ ｈｅ ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｎ　 ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｏｎ ｔ ｈｅ　 ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎｇ　 ｅｎｅ ｒ ｓ ｓ ｔ ｅｍ　 ｏ ｆ ｃａ ｒｂｏｎ　 ｎｅｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｔ ｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ，ｔ ｈ ｉ ｓ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｇｙ ｙ ｙ　 　 ， ， ｒ　 ｅ ｓ ｅｎ ｔ ｓ ｂ ｒ ｉ ｅ ｆ ｌ ｔ ｈｅ　 ｍａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇ ｉ ｅ ｓｓ ｓ ｔ ｅｍ　 ｃｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ａｐｐ ｌ ｉ ｃａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ａｎｄ ｉ ｓ ｓ ｕｅ ｓ ｒ ｅｑｕ ｉ ｒ ｉ ｎｇ　 ａ ｔ ｔ ｅｎ ｔ ｉ ｏｎ　 ｏｎ 　 　 　 　 ｐａｐｅ ｐｒ ｙ　 ｙ ｙ　 ｔ ｈｅ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｉ ｄｅ　 ｏ ｆ　 ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎｇ　 ｅｎｅ ｒ ｓ ｓ ｔ ｅｍ　 ｏ ｆ ｔ ｈｅ　 ｃａ ｒｂｏｎ　 ｎｅｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｔ ｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｆ ｒｏｍ　 ｓ ｅｖｅ ｒ ａ ｌ ａ ｓ ｃ ｔ ｓ，ｉ ｎｃ ｌ ｕｄ ｉ ｎｇ　 ｅｎｅ ｒ 　 　 　 　 　 ｇｙ ｙ ｙ　 ｐｅ ｇｙ－ 　 ， ， ， ｓ ａｖ ｉ ｎｇ　 ｔ ｉ ｎｇ　 ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃａ ｔ ｉ ｏｎ ｒ ｅｎｅｗａｂ ｌ ｅ　 ｅｎｅ ｒ ａｐｐ ｌ ｉ ｃａ ｔ ｉ ｏｎ ｄｅ ｃ ｅｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｚａ ｔ ｉ ｏｎ　 ｏ ｆ ｅｎｅ ｒ ｓ ｕｐｐ ｌ ｌ ｔ ｉ－ ｉ ｏ ｒ ｉ ｔ 　 ｇｙ　 ｇｙ ｙ，ｍｕ ｐｒ ｙ ｈｅａ 　 ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ　 ｅｎｅ ｒ ｓ ｕｐｐ ｌ ａｎｄ ｓ ｏ　 ｏｎ． 　 ｇｙ ｙ　 　 ｉ ｏ ｒ ｉ ｔ Ｋｅｙｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｃａ ｒｂｏｎ　 ｎｅｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｔ ｃ ｉ ｔ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎｇ　 ｅｎｅ ｒ ｓ ｓ ｔ ｅｍ；ｅｎｅ ｒ ａｖ ｉ ｎｇ　 ｔ ｉ ｎｇ　 ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃａ ｔ ｉ ｏｎ； ｐｒ ｙ；ｈｅａ ｙ　 ｙ；ｂｕ ｇｙ ｙ ｇｙ－ｓ 　 ； ； ｒ ｅｎｅｗａｂ ｌ ｅ　 ｅｎｅ ｒ ａｐｐ ｌ ｉ ｃａ ｔ ｉ ｏｎ ｄｅ ｃ ｅｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｚａ ｔ ｉ ｏｎ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｏｕ ｒ ｃ ｅ －ｓ ｇｙ　 ０　 引言 下的新技术和 新 特 点 作 简 单 点 评。 希 望 对 业 内 同 根据 世 界 气 象 组 织 （ＷＭＯ）发 布 的 报 告 ［ １］ ， ２０２０ 年 ＣＯ２ 的全球平均体积分数为 ４１３． ２×１０ 。 －６ 行能有一些启发和帮助。 本文是系列文章的开篇，对能源系统供应端进 ２０２１ 年 ５ 月，地 球 大 气 层 中 的 ＣＯ２ 体 积 分 数 达 到 了４１９×１０－６ ，为 ４００ 万 年 以 来 的 最 高 水 平。 而 按 行概述。 照目前温室气体 浓 度 的 增 长 速 度，到 本 世 纪 末，温 依旧遵循“节能优先”的原则，但从“计算节能”转向 度上升将远超《巴 黎 协 定》规 定 的 高 于 工 业 化 前 水 了“实物 量 节 能 ”，实 现 能 耗 强 度 和 总 量 的 限 额 管 平 １． ５～２． ０ ℃ 的目标。 理。而建筑能源的 供 应 端 在 碳 中 和 背 景 下 有 以 下 根据测算 ， ２０１９ 年 我 国 城 市 建 筑 领 域 由 于 耗能而产生的 ＣＯ２ 排放约为１６ 亿ｔ，加上年化隐含 几方面的变化： １）供 暖 电 气 化。 在 城 区 和 建 筑 层 面去化石燃料 燃 烧。２）可 再 生 能 源 应 用 规 模 化。 碳排放（建筑寿命 按 ３０ 年 计），城 市 建 筑 总 碳 排 放 ３）建筑能源系 统 分 散 化。４）供 能 多 源 化。５）建 筑和城区能源管理系统数字化和智慧化。６）供应 ［ ２］ 为 ２４ 亿ｔ，约占当年我国总 ＣＯ２ 排放量的 １／４。 与以前的建筑能源系统相比，碳中和能源系统 在双碳目标下，建筑能源的供应—输送—需求 端的终 极 目 标 是 实 现 “能 源 即 服 务 （ ｅｎｅ ｒ ｓ ａ 　 ｇｙ　ａ ３ 个阶段，与 常 规 的 技 术 路 线、系 统 配 置、商 业 模 式、规划设计 方 法 相 比 有 了 很 大 变 化。 既 要 节 能， ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ）”。实现 以 上 变 化 有 相 当 的 难 度。 尤 其 是 第 １、 ２ 项，严重依 赖 于 地 域 气 候 条 件 和 资 源 条 件， 还要减碳；除了研 究 需 求 端，还 要 统 筹 供 应 端 和 输 需要业内做相当大的努力。 送系统；不但要优化冷／热系统，还要协调电力和燃 气系 统。 因 此，笔 者 从 建 筑 和 城 区 的 视 角，从 综 合 能源系统的源、网、荷、储、用五大环节，对双碳背景 　 编者按：扫描左上角二维码可浏览相关文章。 １９４６ 年生，硕士研究生，教授 ☆ 龙惟定，男， ２０１１１２ 上海市闵行区联航路 １５０５ 弄 ５ 号楼 １６０７ 室 Ｅ－ｍａ ｉ ｌ： ｗｅ ｉ ｄ ｉ ｎｇ ｌ ｏｎｇ＠ｔ ｏｎｇ ｉ． ｅｄｕ． ｃｎ ｊ 收稿日期： ２０２２　０１　０６ 修回日期： ２０２２　０１　２４ ２０２２（ ３） 龙惟定：碳中和城市建筑能源系统（ １）：能源篇 ３ 　 １　 节能优先 高、建筑密度大，形成遮挡、遮阴、遮蔽，既可能挡住 １． １　 能耗限额管理 阳光，又可能扰乱 气 流，更 容 易 形 成 热 岛 或 冷 岛 效 自 ２０１５ 年起，我 国 实 行 能 源 消 耗 总 量 和 强 度 应。近年来的研究表明，被动式建筑的节能取决于 的“双控”，即按省、自治区、直辖市行政区域设定能 多个建筑形态因素，如 建 筑 的 被 动 空 间 （即 距 离 外 源消费总量和强度控制目标，对各级地方政府进行 围护结构立面 ６ ｍ 或 ２ 倍建筑层高距离内的建筑 监督考核；对重点 用 能 单 位 分 解 能 耗 双 控 目 标；开 室内周边区）、体 形 系 数、高 度、围 护 结 构 性 能 等 和 展目标责任评价考核；加强节能管理 多个 城 市 形 态 因 素 （如 容 积 率、密 度 等）［５］，有 很 大 ［ ３］ 。 从 １９８５ 年我国开展建筑节能工作以来，建筑节 的不 确 定 性。 以 建 筑 体 形 系 数 为 例，系 数 越 高，意 能标准都是提出控制设计参数，是对建筑节能要求 味着单位体积的表面积越大。这就产生一个悖论： 的最下限（即以 ２０ 世纪 ８０ 年代围护结构隔热和建 从降低冬季热损 失 的 角 度，希 望 体 形 系 数 小；而 从 筑设备能效为基准的计算节能相对值），而从 ＧＢ／Ｔ 接受太阳辐射减少供暖热负荷的角度，却希望体形 ５１１６１—２０１６《民用建筑能耗 标 准》颁 布 后 陆 续 发 布 系数越大越好。但大规模公共建筑不同于住宅，规 的国家和地方标准或指南及超低能耗建筑设计导则 模越 大，受 气 候 影 响 越 小，供 暖 负 荷 也 越 小。 这 引 都给出了单位面积建筑能耗指标（ ＥＵＩ）的 控 制 值， 出第一个需要权衡的问题：即供暖负荷与被动太阳 即建筑能耗的上限值。这不仅给出了建筑设计的约 能增益之间的平衡。 束值，更是提出了运行管理的实物量目标值。 ２）欧 洲 居 住 建 筑 节 能 重 点 是 供 暖 ，而 我 国 大 部 分 地 区（包 括 严 寒 地 区 的 主 要 城 市 ），除 了 供 暖 我国实行“双控”政策后，相继对数十种工业产 品制定了能耗 限 额。 因 为 建 筑 能 耗 的 复 杂 性 和 多 能耗 ，还 有 供 冷 能 耗 。 供 暖 季 节 的 太 阳 能 增 益 ， 样性，直到实行“双碳”目标后，各地方（如北京市和 到 供 冷 季 节 就 成 为 太 阳 能 得 热 ，是 形 成 冷 负 荷 的 上海市）才开始制定各类建筑的能耗限额标准。能 主要成分。而 对 于 既 有 供 暖 又 有 供 冷 的 公 共 建 耗限额，不仅是建筑能耗的上限，更是“天花板”值。 筑 而 言 ，更 希 望 延 长 充 分 利 用 被 动 式 技 术 、不 需 而只有实行了能耗限额，才有可能完成区域的运行 要供暖也 不 需 要 供 冷 的 过 渡 季 节。 这 引 出 第 二 碳排放配额。 个 需 要 权 衡 的 问 题 ：即 供 暖 与 供 冷 之 间 的 平 衡 。 能耗限额标准的指标源自对实际能耗数据的 同济大学 的 一 项 研 究 为 利 用 参 数 化 方 法 预 测 不 统计分析和典型建筑的计算机模拟，涉及建筑围护 同城市形 态 下 建 筑 相 互 间 的 遮 挡 对 附 近 建 筑 供 结构的特性、冷热 电 系 统 的 运 行 动 态，以 及 运 行 管 冷 供 热 能 耗 的 影 响 。 影 响 较 大 的 兰 州 、银 川 等 西 理的控制 水 平。 因 此，为 满 足 能 耗 限 额，规 划、设 部 城 市 ，可 以 降 低 供 冷 需 求 最 高 达 ４６％ ，增 加 供 计、运行