2022 年 6 月 智能建筑电气技术 Electrical Technology of Intelligent Buildings 第 16 卷 第 3 期 9 DOI:10.13857/j.cnki.cn11-5589/tu.2022.03.005 碳中和背景下建筑电气行业变革与对策 张永明， 于杰生， 颜 哲 （ 同济大学，上海 200092） ［摘要］ 碳中和背景下建筑电气行业将会发生革命性的变化 ，建筑电气如何应对这一变化是未来 行业发展的关键。本文首先介绍了建筑节能优先基本原则和通过综合能源规划提高能源综合利 用效率，这是实现建筑碳中和的总体思路和基本原则 。随后就传统建筑供配电转向需求侧智能配 电网进行介绍，并给出了需求侧智能配电网的架构体系及其系统构成 、主要特点，为建筑电气设计 及后续运行提供了支撑和参考。最后总结了建筑电气行业的发展趋势 ，以及需要引起注意的问题。 ［关键词］ 碳中和； 智能配电； 需求侧； 节能优先； 综合能源规划； 直流建筑 中图分类号： TM727 文献标识码： A 文章编号： 1729-1275（ 2022） 03-0009-05 Building Electricity Ｒeform and Countermeasures under the Background of Carbon Neutrality Zhang Yongming，Yu Jiesheng，Yan Zhe （ Tongji University，Shanghai 200092，China） Abstract： Under the background of carbon neutralization，the building electrical industry will undergo revolutionary changes． How to deal with this change is the key to the development of the industry in the future． Firstly，this paper introduces the basic principle of giving priority to building energy conservation and improving the comprehensive energy utilization efficiency through comprehensive energy planning， which is the basic principle of realizing building carbon neutralization． Then，a new building power distribution system architecture is explored based on the demand side intelligent distribution network， which provides support and reference for building electrical design and subsequent operation by the system composition and main characteristics． Finally，the development trend of building electrical industry and the problems needing attention are given． Keywords： carbon neutral； intelligent power distribution； demand side； energy conservation priority； comprehensive energy planning； DC building 引言 21 世纪，能源与环境已成为全球化的问题。 按 讨了建筑 节 能 优 先 的 原 则； 从 综 合 能 源 利 用 的 角 度，进行综合能源规划，以提高建筑能源系统的综 照目前温室气体排放速度，到本世纪末，温度升幅 控制将远超《巴黎协定 》规定的高于工业化前水平 合能效； 从智能配电的角度，给出了需求侧智能配 电网的架 构 体 系，以 应 对 供 需 双 边 不 确 定 性 等 问 1. 5 ～ 2. 0℃ 的目标。 据测算，2019 年我国城市建筑 总碳排放为 24 亿 t，约占当年我国总 CO 2 排放量的 题； 最后，对行业发展新趋势作简单梳理和点评，希 望对业内同行能有一些启发和帮助 。 1 /4，建筑碳中和面临巨大挑战［1］。 在“双碳目标”下，建筑能源系统将会发生重大 需要强调的是，建筑电气行业从传统建筑供配 电转向智能配电，是行业的重大变革，从设计到运 变革，包括技术路线、规划设计方法、商业模式等。 既要节能，还要减碳； 既要考虑电力需求，还要考虑 行、再到相关电气设备均有较大的变化，需要业内 同行共同努力。 0 冷热负荷需求； 既要考虑电源侧新能源发电和电网 不确定性，又要考虑需求侧电动汽车充电的冲击 。 针对这些需求，笔者从能碳“双控 ”的角度，探 作者简介： 张 永 明，博 士 研 究 生，副 教 授、建 筑 电 气 与 智 能 化 专 业 （ 系） 副主任 / 建筑技术博导，Email： zhangyongming@ tongji．edu．cn。 智能建筑电气技术 10 1 建筑节能优先 1. 1 能耗限额与碳排限额管理 “双碳”战略背景下，建筑行业制定了《建筑节 能与可再生 能 源 利 用 通 用 规 范 》GB 55015 － 2021、 2022 年 能源系统规划是城市最重要的规划之一 。 宏观层 面 ，城市能 源 战 略 规 划 是 顶 层 目 标 ； 中 观 层 面 ，包 括电力规划 、燃 气 规 划 和 热 力 供 应 规 划 在 内 的 能 源规划 ； 微观层面 ，有建筑层面的能源系统设计 。 《建筑碳排放计算标准 》GB / T 51366 － 2019 等标准 规范，其中建筑碳排放计算 （ 特别是建筑运行阶段 ） 目前，中观层面的能源规划如电力规划、燃气 规划和热力供应规划，管理机制上各自归属不同部 是基于能耗的换算，因此碳排限额管理还是要从能 耗限额管理出发。 门分别独立进行，对各种能源的互补性和协调性考 虑不足。联合国环境计划署 （ UNEP ） 在综合资源规 自 2015 年起，我国实行能源消耗总量和强度的 “双控”，加强节能管理。 但因为建筑能耗的复杂性 划方法基础上提出来了综合能源规划，可在能源战 略规划目标的基础上，为微观建筑层面的能源系统 和多样性，直到实行“双碳”目标后，各地方 （ 如北京 市和上海市 ） 才开始制 定 各 类 建 筑 的 能 耗 限 额 标 设计提供了顶层设计规划。图 1 所示为能源规划体 系和城市规划体系。 准。因此，只有实行了建筑能耗限额，才有可能完 成区域的建筑运行碳排放配额。 1. 2 从静态节能到动态节能 建筑 节 能 分 类 方 法 较 多，大 都 从 建 筑、材 料、 水、暖、电各专业出发，被动式建筑节能、保温 / 节能 材料选取，以及节能型变压器、空调、电梯、照明灯 具等建筑设备选择等节能方式，往往是设计层面的 静态节能，前期比较重视也取得了较好的效果 。 在“双碳”战略下，建筑供配电系统转变为复杂 的智能配电网，特别是电力市场、电力交易以及碳 交易等对建筑用能行为及控制策略也将会产生影 响，进行动态控制实现节能 （ 即动态节能 ） ，如空调 图1 能源规划体系与城市规划体系 2. 2 综合能源规划原理及能效 综合能源系统的多能源输入与多能源输出 ，如 图 2 所示。 系统的优化运行节能、照明智能控制节能等变得越 来越重要。这同时也对设计工作提出了更高要求 。 1. 3 建筑节能与建筑柔性负荷资源化 建筑节能是实现建筑碳中和的基础，节能可降 低能源需求，因此节能也被称为“第六大能源 ”。 同 时，节能可以减少甚至避免能源系统扩容 （ 电力系 统扩容） ，节省资源投入。 在大规模新能源发电接入电力系统后，建筑柔 性负荷的调节能力也将逐步被资源化，既可以参与 需求侧响应 / 管理，大规模的建筑柔性可构成“虚拟 电厂”参与电力市场，还可以主动柔性调节，保障电 力供需动态平衡，降低系统设计容量。 特别是在建 筑电气“光储直柔”系统中，将发挥更大的作用。 图2 综合能源系统多能源输入与多能源输出示意图 其中能源输入侧，除电网、可再生能源发电外， 还包括但不限于天然气、地热资源等低品位能源； 2. 1 综合能源规划概念 能源输出侧，包括冷、热、电、氢等多态能源形式； 中 间综合能源系统，涉及能量的传输、转换、存储 （ 储 能） 等环节。 综 合 能 源 规 划 的 原 理 是 基 于 热 力 学 中国正处在城镇化的关键时期 ，面临人口 、资 源和环境的多重压力 ，其中能源是核心资源 ，城市 “温度对口”和“梯级利用”原则，利用综合能源系统 对建筑进行供能，来提高综合能效。 2 综合能源规划与提高综合能效 张永明，等． 碳中和背景下建筑电气行业变革与对策 第 16 卷 第 3 期 11 综合能源系统模型是进行综合能源规划的依 据，在综合能源系统中，输出能源 L 和输入能量 Ｒ 一种“源网荷储”一体化的配电网，是从负荷侧建筑 出发的“自底向上 ”配电网。 目前行业“光储直柔 ” 之间的 耦 合 关 系 可 用 耦 合 矩 阵 C 线 性 表 示 （ 式 （ 1） ） 。 系统是需求侧智能配电网的一种典型系统 。  L 1   c11 L  c  2  =  21         L m   c m1 c12 … c22 …  ⋱ … c m2 c1n  c2n     c mn   Ｒ1  Ｒ   2      Ｒn  （ 1） 式中，L m 和 Ｒ n 分别表示第 m 类输出能量和第 n 类 输入能量源； c mn 表示耦合因子，表征多种能源系统 间的耦合关系，该耦合关系是进行综合能源规划的 关键。 2. 3 综合能源规划专业协同 综合能源需要多专业协同开展，设计阶段主要 涉及的专 业 包 括 建 筑 电 气、暖 通 空 调、电 力 系 统。 以太阳能在建筑中应用为例，建筑屋顶空间有限， 面对太阳能光伏利用、太阳能光热利用以及