双碳节能建筑电气应用导则

编本书对碳达峰和碳中和路径进行分析，介绍国内外的“双碳”政策，分析“双碳”和建筑、能源的关系，对建筑能源系统进行解构，从低碳能源规划、光伏发电、低碳储能及充电桩、低碳建筑电气的设计原则与方法、低碳照明、智慧用能管理系统架构和多能流综合能源等多个维度对建筑实现节能、降碳、增效的方法和手段进行深度剖析，重构以建设新型电力系统为电力系统改革目标下的低碳节能建筑能源体系，尤其是对低压直流技术、“光储直柔”建筑系统特点进行详细阐述。本书还提供了公共建筑、工业建筑和居住建筑的一些应用案例供读者理解和参考。

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1.本书是由中国建筑节能协会电气分会、中国城市发展规划设计咨询有限公司组织编写。行业专家团队共同协作而成。

2.中国工程院院士李立浧（cheng）院士为这本书做了点评：“该书紧扣区域能源规划、低压直流、光储直柔、智慧用能及综合能源等多项前沿技术要点，指明了双碳战略下建筑电气系统的发展趋势，前瞻性高、指导性好。”

2020年9月，我国承诺：中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2021年，国务院发布了《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》；生态环境部发布了《碳排放权交易管理办法（试行）》《碳排放权登记管理规则（试行）》《碳排放权交易管理规则（试行）》《碳排放权结算管理规则（试行）》等文件；住房和城乡建设部也发布了“双碳”政策相关文件。

目前，我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，发展与减排的压力巨大。有关数据显示：全球2020年碳排放总量约为330亿t，中国排放总量占30%，欧盟约占6%。2018年民用建筑建造的碳排放总量约为18亿t CO2，其中建材生产运输阶段碳排放量占65%，水泥生产工艺过程的碳排放量占30%。研究表明，我国建筑业既是国家发展的支柱产业，也是碳排放的重点行业，制定可持续的低碳节能建筑标准，大力发展绿色低碳节能技术，建设低碳环保智慧建筑，节能可以降低碳排放，是实现“双碳”目标的重要措施之一。

建筑业的碳排放分布于建材的生产过程、建筑的建造过程及使用过程，即贯穿于整个建筑的全生命周期，同时在不同的时间和空间，以不同的方式和强度排放。因此，实现“双碳”目标也需要系统思维、科学论证、技术支撑、精准实施、闭环管控。对于实现“双碳”目标的主要要求、方法、路径及措施有以下几点思考：

一、实现“双碳”目标的主要要求

1.国际能源署《2050年净零排放：全球能源行业路线图》提出了七个解决方案：可再生能源、能源效率、电气化、生物能源、碳捕集利用与封存（CCUS）、氢和氢基燃料、行为改变。

2.国家发展改革委提出了“双碳”任务要求：产业布局集聚化，利用方式低碳化，技术装备先进化，模式机制创新化，运营管理规范化。

3.国家发展改革委提出了“双碳”保障措施：大力调整能源结构，推动产业结构转型，提升能源利用效率，加速低碳技术研发推广，健全低碳发展体制机制，努力增加生态碳汇。

二、实现“双碳”目标的主要方法

1.“双碳”政策导向：尽快编制能源效率标准，制定低碳节能的奖励办法。通过政策引导，标准落地，有章有度，循序渐进，用好“双碳”机遇，推进能源革命，构筑绿色低碳循环发展的经济体系。

2.“双碳”经济支撑：国家应提供相应的资本资金，通过碳交易产生资金，面向市场制定商业模式，经济协同，金融保障，积极构建有力促进绿色低碳发展的财税政策体系，进一步完善生态保护补偿制度机制，以及与环保相关的税收制度。

3.“双碳”技术措施：提倡智能化的技术，创新低碳节能的新技术和新产品。提倡技术创新、技术整合、跨界融合和持续提升。研究可再生能源发电技术，碳捕集利用与封存（CCUS）技术，储能和智能电网技术，CO2温室气体减排技术等。

4.“双碳”评价体系：尽快制定低碳产品效能和“双碳”节能改造技术认证体系。设置管理闭环、引导示范、双向反馈、循环发展，构建中国特色ESG（环境、社会和治理）评价体系，强制ESG信息披露，推进全球ESG标准统一。

三、实现“双碳”目标的主要路径

1.国家层面：制定“双碳”政策，金融支持，战略考核，分解目标。转变能源发展方式，加快推进清洁和电能替代，解决好能源开发、配置和消纳问题，制定定性定量的“双碳”总量目标。

2.行业层面：制定“双碳”标准，研究低碳措施，宣传推广“双碳”新理念。优化经济和能源结构，提高能源效率，增加吸碳固碳和实施标准，大力推进终端用能电气化。

3.企业层面：研发“双碳”新技术、新产品、新系统，承担社会责任。承诺生产和运营所需电力均来自可再生能源，及早转身拥抱零碳转型，推动自身业务结构零碳转型。

4.个人层面：从我做起，绿色出行，光盘行动，简约生活，节约资源，为低碳目标做贡献。认真做好垃圾分类，节约用水，少用一次性物品，购买和使用电动汽车和节能环保型电器，积极参与植树活动。

四、实现“双碳”目标的主要措施

1.数据中心的低碳节能解决技术方案：提倡电力脱碳（绿电购买），终端电气化及清洁化，节能提效，排放绿化；提出一整套数据中心的低碳节能解决方案。计世资讯（ICT Research）预测：到2025年，数据中心面积由现在3000万m2增至6000万m2。从数据中心的建设标准、建设模式、建设布局、技术创新和资源调度等五个方面探索数据中心节能降耗空间，测算显示：到2025年，中国数据中心年用电量可由4000亿度（1度=1kWh）降至3000亿度，节省约3000万吨标准煤。

2.建筑智慧预约用电节能解决方案：研究优化供电容量、供电方式、电能调度，确保设备正常使用；建立能源管理平台，优化空调系统能耗；建立用电预约管理系统；研究建立用电监控系统，实时监测用电数据；进行供电系统负荷分析优化、综合分析优化，优化电气系统设备（如高效能的低碳节能变压器、节能电动机、变频电梯等），持续优化电能调度。

3.智慧照明节能控制系统解决方案：将低碳照明节能的两个方面——天然光与人工光相结合，应用智能照明控制系统。通过高效灯具、节能光源和管理系统，实现照明低碳节能。

4.建筑智慧能源节能管理系统解决方案：据有关统计数据，我国建筑运行阶段能耗已占建筑全生命周期能耗近50%，建筑设备管理平台是在传统的智能化集成系统（IBMS）基础上，利用BIM技术、智能AI技术、GIS、5G等手段，实现机电数据可视化、能源消耗分时分区统计分析等功能，为建筑运行阶段的节能减排工作提供数据依据，进而实现“双碳”目标。

5.新能源发电系统节能解决方案：提倡采用太阳能光伏发电，风力发电、水力发电、生态能源发电等多种新能源系统，实现低碳发电。

6.低碳节能方式：通过控制系统，进行大数据分析，实现节能最优化，成本相对合理，性价比最高。关键是运营节能管理，提倡定性定量的节能方式。树立全过程、全方位、全人员的节能意识，实现低碳节能。

7.节能优化阶段技术：节能优化分为三个阶段：前期设计优化节能占40%，中期调试优化节能占30%，后期运营优化节能占30%。低碳节能技术包括：技术节能占50%（含机电设备节能占25%和控制系统节能占25%）和管理节能占50%（含工艺优化节能占25%和运维管理节能占25%）。

为全面研究和解析“双碳”节能建筑的电气设计技术，中国建筑节能协会电气分会联合中国城市发展规划设计咨询有限公司，组织编写了智慧建筑电气丛书之三《双碳节能建筑电气应用导则》，由全国各地在电气设计领域具有丰富一线经验的青年专家组成编委会，由全国知名电气行业专家作为审查人，共同就“双碳”节能建筑相关政策规划、低碳建筑电气和节能措施和数据分析、设备与新产品应用、低碳节能典型实例等内容进行了系统的梳理，旨在进一步推广新时代“双碳”节能建筑电气技术进步，助力双碳节能建筑建设发展新局面，为业界提供一本实用工具书和实践项目参考。

本书编写原则为前瞻性、准确性、指导性和可操作性；编写要求为正确全面、有章可循、简单扼要、突出要点、实用性强和创新性强。本书内容包括总则、低碳能源规划、低碳建筑电气设计原则与方法、光伏发电系统、低碳储能系统、电动汽车充电设施系统、低碳照明系统、智慧用能系统、多能流综合能源系统、“双碳”节能建筑电气应用案例等10章。

本书力求为政府相关部门、建设单位、设计单位、研究单位、施工单位、产品生产单位、运营单位及相关从业者提供准确、全面、可引用、能决策的数据和工程案例信息，也为创新技术的推广应用提供途径，适用于相关产业的电气设计人员、施工人员、运维人员等相关产业进行建筑电气设计及研究时参考。

在本书编写过程中，得到了中国建筑节能协会电气分会和中国勘察设计协会电气分会的企业常务理事和理事单位的大力支持。在此，对ABB（中国）有限公司、施耐德电气（中国）有限公司、华为技术有限公司、广东博智林机器人有限公司、贵州泰永长征技术股份有限公司、北京北元电器有限公司、上海大周能源技术有限公司、上海航天智慧能源技术有限公司、格力钛新能源股份有限公司、深圳云联智能光电科技有限公司、广州白云电器设备股份有限公司、上海大服数据技术有限公司、丹佛斯（上海）投资有限公司等企业表示衷心的感谢。

由于本书编写涉及领域广，编写周期紧迫，技术水平所限，有些技术问题是目前的热点、难点和疑点，争议很大，解决方案是相对正确的，仅供参考，若有不妥之处，敬请批评指正。

前言

第1章总则

1.1“双碳”战略发展路径分析

1.1.1碳汇与碳达峰、碳中和基本概念

1.1.2碳中和的发展路径

1.1.3中国“3060”目标和发展战略

1.2“双碳”政策

1.2.1国际政策

1.2.2国家政策

1.2.3地方政策

1.3“双碳”与能源、建筑的关系

1.3.1“双碳”目标下的能源结构

1.3.2“双碳”目标下的区域能源规划

1.3.3多能流综合能源系统

1.3.4建筑的“双碳”路径

1.4低碳建筑电气系统的创新与发展方向

1.4.1以新能源为主体的新型电力系统

1.4.2低碳建筑电气系统的创新与发展

第2章低碳能源规划

2.1能源规划

2.1.1城市规划体系与能源规划概述

2.1.2城市能源的特征、转型与挑战

2.1.3能源规划方法

2.2负荷预测与可再生能源评估

2.2.1负荷预测

2.2.2可再生能源评估

2.3区域能源系统

2.3.1能源系统总体方案

2.3.2系统优化配置

2.3.3碳捕获与封存技术

2.3.4区域能源系统规划建模方法

2.3.5区域能源系统控制策略

2.3.6区域能源系统评价指标

2.4模块化综合能源系统

2.4.1组成与架构

2.4.2模块化能源系统与传统能源系统的比较

2.4.3应用案例

2.5综合能源服务平台规划

2.5.1综合能源服务平台功能规划

2.5.2综合能源服务平台架构

2.5.3综合能源服务需求侧响应案例

第3章低碳建筑电气设计原则与方法

3.1低碳建筑电气系统背景

3.1.1建筑电气系统的现状

3.1.2低碳建筑电气系统的特点

3.1.3低碳建筑电气系统的设计原则

3.2分布式发电接入

3.2.1分布式发电系统种类

3.2.2分布式发电系统的接入

3.2.3电梯能量回馈系统的接入

3.3低碳建筑供配电系统

3.3.1供配电系统的设计方法

3.3.2电气低碳节能技术

3.3.3电能质量与治理

3.3.4专业协同保障设计

3.4直流配电系统

3.4.1低碳建筑中引入低压直流配电的意义

3.4.2直流配电系统接线和接地形式选择

3.4.3直流配电系统保护

3.4.4直流配电系统线缆选择

3.4.5空调共直流母线配电系统

3.5光储直柔微网

3.5.1光储直柔微网的意义

3.5.2光储直柔微网的组成

3.5.3电能路由器

第4章光伏发电系统

4.1光伏发电的意义

4.1.1光伏发电的背景

4.1.2光伏产业发展情况及预测

4.1.3光伏建筑在碳达峰、碳中和路径中的重要意义

4.2光伏发电原理及系统组成

4.2.1光伏电池分类及性能分析

4.2.2光伏发电系统的形式

4.2.3光伏发电系统的其他关键设备

4.3建筑光伏发电系统设计要点

4.3.1建筑与光伏一体化的定义

4.3.2建筑与光伏一体化的特点

4.3.3系统设计步骤及内容

4.3.4系统设计与计算

4.4建筑光伏发电系统施工要点

4.4.1主要设备施工与安装

4.4.2光伏发电系统的调试

4.4.3光伏发电系统的维护

4.4.4光伏发电系统验收要点

4.5建筑光伏发电系统其他重点问题

4.5.1电缆失配的影响

4.5.2光伏发电对供电安全造成的影响

4.5.3光伏组件温度效应问题

4.5.4光伏组件光污染问题

4.5.5光伏组件清洗问题

4.6光伏发电在建筑中的应用

4.6.1太阳能光伏发电在公共建筑上的应用

4.6.2太阳能光伏发电在民用建筑上的应用

第5章低碳储能系统

5.1储能系统技术

5.1.1储能的意义及发展趋势

5.1.2储能技术分类

5.1.3物理储能

5.1.4化学储能

5.2储能电池的选择

5.2.1储能电池的发展

5.2.2储能电池的类型及性能

5.2.3储能电池的成本

5.3储能系统设计要点

5.3.1储能系统集成技术

5.3.2电池状态监测及管理技术

5.3.3储能系统热管理设计

5.3.4储能系统消防安全设计要点

5.4储能系统施工要点

5.4.1选址施工

5.4.2设备安装

5.4.3验收

5.5储能系统专项及典型案例

5.5.1储能全生命周期运维管理

5.5.2储能系统评价指标

5.5.3电池本体回收

5.5.4储能典型实施案例

第6章电动汽车充电设施系统

6.1电动汽车对于“双碳”战略的意义

6.1.1汽车电动化与能源变革

6.1.2电动汽车的发展现状及趋势

6.1.3电动汽车充电设施的相关政策

6.2充电设施系统设计要点

6.2.1负荷分级与计算

6.2.2供电电源

6.2.3配电系统

6.2.4消防系统

6.2.5监控及管理系统

6.3充电设施的布置与安装要点

6.3.1一般要求

6.3.2典型停车位充电设备的布置

6.3.3充电设备的安装

6.4专项研究及典型案例

6.4.1电动汽车有序充电控制策略

6.4.2电动汽车充、放电系统

6.4.3大功率充电设备

6.4.4充电站实施案例

第7章低碳照明系统

7.1低碳照明系统的意义

7.1.1低碳照明系统的背景

7.1.2低碳照明系统简述

7.1.3照明系统的低碳化的路径

7.2智能照明控制系统

7.2.1智能照明控制系统功能

7.2.2智能照明控制系统设计

7.2.3调光控制方法简介

7.2.4典型应用场景介绍

7.3物联网照明系统

7.3.1物联网照明系统与智能照明系统的差异

7.3.2物联网照明系统功能

7.3.3物联网照明系统设计

7.3.4典型应用场景介绍

7.4室内直流照明系统

7.4.1直流照明系统

7.4.2直流照明系统灯具选择

7.4.3直流照明供电系统

7.4.4部分应用场景介绍

7.5智慧路灯系统

7.5.1智慧路灯系统的功能

7.5.2智慧路灯供电设计

7.5.3智慧路灯智慧化实现的方式

7.5.4典型应用场景介绍

第8章智慧用能系统

8.1智慧用能系统概念、规划及要求

8.1.1智慧用能系统的概念

8.1.2智慧用能系统的规划

8.1.3智慧用能系统的要求

8.2智慧用能系统架构

8.2.1系统架构

8.2.2系统建设原则

8.2.3软硬件配置

8.3智慧用能系统功能

8.3.1总体功能

8.3.2智慧监控

8.3.3能源管理

8.3.4智慧运维

8.4智慧用能系统技术要点

8.4.1智能感知

8.4.2物联网通信

8.4.3大数据分析

8.4.4云边端协同

8.4.5AI人工智能

8.5智慧用能设备选择

8.5.1物联网智能断路器

8.5.2智能测量仪表

8.5.3环境监测仪表

8.5.4智能传感器

8.5.5视觉元件

8.6网络层通信技术选择

8.6.1网络层组网形式

8.6.2常用传输技术

ⅩⅦⅩⅧ第9章多能流综合能源系统

9.1多能流综合能源系统的意义

9.1.1多能流综合能源系统的现状及趋势

9.1.2多能流综合能源系统的意义及价值

9.1.3多能流综合能源系统的相关政策

9.2多能流综合能源系统定义

9.2.1综合能源系统能流分析

9.2.2多能流综合能源系统定义

9.2.3多能流综合能源系统架构

9.2.4多能流综合能源系统运行模式

9.3多能流综合能源系统规划及调度

9.3.1综合能源系统“源”的规划

9.3.2多能流综合能源系统“源-网-荷-储”规划

9.3.3以能量成本最优为目标的规划调度策略

9.4多能流综合能源系统示范工程设计

9.4.1示范工程综合能源系统概况

9.4.2示范工程综合能源系统设计

9.4.3示范工程用能及成本分析

9.4.4示范工程用能系统优化建议

第10章“双碳”节能建筑电气应用案例

10.1公共建筑低碳节能电气设计案例

10.1.1低碳节能应用要点分析

10.1.2深圳建科院未来大厦项目

10.1.3德国欧瑞府零碳能源科技园

10.1.4五方科技馆小型光储直柔微网应用案例

10.2工业建筑低碳节能电气设计案例

10.2.1低碳节能应用要点分析

10.2.2ABB厦门工业中心“碳中和”智慧园区

10.2.3华晨宝马汽车沈阳工厂

10.3居住建筑低碳节能电气设计案例

10.3.1居住建筑的一般电气可用措施与方案分析

10.3.2零舍——近零能耗乡居改造项目

参考文献