登峰造极的智能化城市能源管理什么样？

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编者按：

日本开始智慧城市建设的时间较早，成就在亚洲首屈一指，同时，作为邻国，日本的智慧城市经验也是最适合中国借鉴和学习的。中国城市中心与日本日建设计联合推出了“智慧城市日本名家谈”系列连载，每期邀请一位日本智慧城市专家，就日本智慧城市建设进行解读分析，从而体现出原汁原味的日本式智慧城市的实现方法，以飨读者。

日本式智慧城市的做法

第10期　能源管理的最前线

无论建造出多么出色的节能建筑，如果未能对其进行持续适当的管理运用，就无法实现真正的节能。据说有很多建筑都没有发挥其当初设计时所预计的性能，在这一背景下，人们越来越认识到利用ICT（信息通信技术）进行能源管理的重要性。今后应该进一步推广的不只是单体建筑的能源管理，而应是整个城市层面的能源管理。对城市建设而言，包含自然能源与未利用能源在内的能源方面的有效利用值得期待。今天我们就建筑?街区?城市等各级别的能源管理问题与解决方案，听取了日建设计综合研究所理事?首席研究员汤泽秀树先生的见解。

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能源地图，显示了东京23区的全年能源消耗量。由图可见，能源消耗集中在市中心部分。为合理管理能源，任何级别都应首先将其实际消耗情况进行可视化。

能源管理专家的必要性

近来来，对于建筑物的能源管理需求日益增长。希望降低能源成本、希望提升环保性能等级、希望符合国家与地方政府的节能要求等等，建筑业主总是抱有各种各样的期望。空调、通风、照明、插座、热水供给等所有设备的能源消耗量的优化，不仅对于建筑业主，对于提高社会的可持续性也必不可少。「但建筑管理者往往不具备能源管理方面的专业知识，即使能够操作建筑设备，但能源数据的话，恐怕只有专家才能进行分析」，汤泽先生感慨道。「为实现节能，就必须确立能源管理专家能够参与的体制。」

专家从建筑规划阶段即开始参与项目，贯穿设计、施工、运用、修理阶段始终对能源系统性能进行确认的“生命周期能源管理（LCEM）”是最为理想的体制。「在规划阶段确立能源性能的目标值，在设计阶段将性能评估必须的测量计划具体化。在运用阶段对实际数据进行分析，在确认目标值实现情况的同时，提出相应的改进建议」

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生命周期能源管理的流程

新一代BEMS的有效利用

BEMS（建筑能源管理系统）对建筑能源管理而言不可或缺。这是一套通过对建筑所安装机器设备的运行数据与能源消耗数据进行存储?分析与有效控制，从而实现制能源消耗优化与能耗降低的系统。

「日建设计综合研究所提供一种最前沿的叫做Intelligent BEMS的能源管理服务，这一服务是通过有效利用具有模拟内置通信功能的BEMS实现的」。IntelligentBEMS的一大特征在于其可以通过传感器网络远程读取建筑数据。如果使用这一服务，则无需像以往一般在每个建筑内安装BEMS。同时由于能源专家可以兼顾多个建筑，从而也可降低各建筑的劳动力成本。「收集到的运行数据，经由专家通过模拟模型进行分析，再计算出理想值」。模拟模型由设备单位模块组合构成，可对各设备周边能源性能的理想值与实测值进行比较。得益于云技术的发展，成就了新一代的能源管理。

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利用常规BEMS的建筑与利用Intelligent BEMS建筑的比较

整个城市实现节能防灾

「从建筑单体起实行整个街区统一管理的话，将有可能在更大程度上实现能源削减与成本削减」，汤泽先生说到。由多个建筑共同出资安装高性能的热源设备与发电机，通过合作提高防灾性能的事例与日俱增。

晴海托里顿广场(Triton Square)（东京都中央区）是由3座超高层办公楼、商业设施等低层建筑、以及向这些建筑空调供冷供热的DHC（DistrictHeating & Cooling、集中供热供冷系统 ）设施构成的大规模二次开发街区。自2001年投入使用以来，各栋的管理公司与街区的统一管理者定期举行环境管理研讨会。根据BEMS采集的实际运行数据，针对运行改善进行研讨。例如：一旦发现空调泵在做无用功，就可通过下调逆变器转速下限设定值实现空调泵的低速运转，诸如此类采取了各种节能措施。通过上述能源管理活动，自2005年以来几乎每年的CO2排放量都有所削减。尤其在2010年东京都实施排出量交易制度、2011年东日本大地震引起严重电力短缺的背景下，整个街区都在为节约用电而竭尽所能。作为其成果，相较于2009年度，仅近两年间就已经减少了18％的CO2排放。

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晴海托里顿广场(Triton Square)摄影／（株）SS

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晴海托里顿广场(Triton Square)整个街区CO2排放量的变化

对DHC数据的连续模拟

东京晴空塔地区（东京都墨田区）的DHC，其全年综合能源效率超过1.3，与日本全国平均水平0.8相比，实为国内顶级业绩。获得这一成绩主要在于两大原因：①配备了领先国际水平的高效热源设备，如变频涡轮冷冻机与加热塔热泵等。同时安装大容量的蓄热槽，在电价较便宜的晚上利用电动热源制造冷水与热水，到了白天再将储存的热量用于空调。通过设置蓄热槽，使得热源始终以恒定负荷运转，从而能够保持高效率。②时刻收集能源数据并进行模拟。通过互联网实现远程数据采集，构筑管理者在任意时刻都可以提取数据进行分析的系统。此外导入LCEM工具，根据冷热与温热的使用量，在电脑上再现冷热源的运行状态，再用以验证实际能源使用量是否与计算结果一致。通过利用LCEM，可以摸索出能源使用量最少的运行模式。例如：计算冷冻机的冷却水温度与冷水温度分别在几度时能实现全年最节能。通过不断的分析与运行改善，东京晴空塔地区的能源效率日益提高。

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东京晴空塔?　摄影／新良太

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对包括DHC在内的整个东京晴空塔地区进行详细能源数据的收集与分析，帮助实现节能目标。

通过电动汽车实现建筑电力峰值削减与灾害预防

大阪商务园区（OBP）超高层办公楼、酒店与剧院林立，是大阪代表性的商务商业地区。自1986年投入运营以来的二十余年间，一直在推进其升级改造，力图使原有市区成为兼具环保性能与防灾功能的智慧城市。「OBPV2X项目」作为其中一环，对利用EV（电动汽车）的供电系统开发与区域单位的电力需求响应进行了实证。

电力融通系统已在电动汽车与独栋住宅间投入实际使用，但多辆电动汽车的统一管理与充放电系统却尚未建成。然而这种系统对于大型写字楼等建筑间的电力融通而言却必不可少。OBP所进行的就是该项技术的实证研究。

在这一背景下，多辆EV?PHV（插电式混合动力车（plug-in hybrid vehicles））可同时充放电、且可供多类型车辆使用的具备多协议功能的充放电系统被开发出来。这套小型EMS，对建筑的电力需求与EV?PHV位置信息、电池残余电量等进行监控，并执行EV?PHV定时充放电及建筑电力峰值削减等指令。当因灾害导致建筑停电时，EV?PHV将进行独立供电。与此同时，还开发了可通过电脑与智能电话预约充放电器的系统、以及根据利用时的充放电量及电价实施收费的系统。通过价格激励机制（动态定价），实现了建筑电力峰值削减与EV充电控制。

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大阪商务园区摄影／（株）SS

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「OBPV2X项目」的实证实验

有效利用未利用能源进行城市建设

事实上城市里有许多被白白丢弃的热能，即未利用能源。垃圾焚烧场产生的高温焚烧热能可以用作发电机与冷冻机的驱动能源，也可用于采暖与热水供应。污水处理厂处理的生活废水相比于室外空气，往往会有冬季温度较高夏季温度较低的时候，这一点也可有效用于热水与冷水的制造。然而许多城市的实际情况却是，这些能源被白白丢弃，尚未被充分利用。这是由于垃圾焚烧场与污水处理厂多建于郊外地区，而其周围几乎没有需要供热的建筑。「这归咎于在城市设计之初没能确立能源有效利用的观点」，汤泽先生说道。

与室外空气相比，河水也有冬季温度较高夏季温度较低的时候。位于土佐堀河与堂岛河之间的大阪中之岛三丁目地区，其DHC设置了热泵以利用两条河的河水，高效制造冷水与热水后再供给到建筑。DHC的利用，大大提高了有效利用未利用能源的可能性。「比如，数据中心的空调制冷会大量排热，如果将其设于河边附近，就可以通过使用河水减少空调制冷热源的耗电量。这就是我们所期待的未来城市建设。」

对城市级别的能源管理而言，智能电表的普及必不可少。通过智能电表采集所有建筑的数据，可以掌握整个城市的能源消耗量，从而制定有效的能源计划。如何引导产能设施与耗能建筑的配置（在何处以何种规模配置）才能事半功倍，为具体掌握这一问题，最好结合智能电表数据与环境?能源地图。可以说智能电表把握着实现节能城市的关键。

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东京23区的环境?能源地图

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大阪中之岛对未利用能源的有效利用实例

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日建设计综合研究所董事汤泽秀树先生，主要从事大型写字楼的调试业务与综合设施的节能咨询业务。著有『能源管理开创未来』（工作舍）一书。

策划+原作者：日建设计＋山村真司（日建设计综合研究所　理事?首席研究员）

日文原稿编辑+网页版撰稿：CCC MediaHouse Co., Ltd. + 松田亚希子

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