作者：Jeff Shepard

　　領(lǐng)先的能源與環(huán)境設(shè)計(jì) (LEED) 和零能耗建筑 (ZEB) 認(rèn)證代表了支持社會(huì)減少碳排放和提高可持續(xù)性愿望的重大努力。要獲得 LEED 和 ZEB 認(rèn)證，需要采取整體方法，將取代化石燃料能源系統(tǒng)的電氣化與光伏 (PV) 和電動(dòng)汽車(chē) (EV) 等綠色替代方案與先進(jìn)的自動(dòng)化和控制系統(tǒng)相結(jié)合。

　　美國(guó)綠色建筑委員會(huì) (USGBC) 的 LEED 計(jì)劃包括現(xiàn)有建筑和新建建筑的脫碳。 ZEB 的工作由美國(guó)能源部能源效率和可再生能源 (EERE) 辦公室協(xié)調(diào)。要獲得 LEED 和 ZEB 認(rèn)證，建筑師和承包商需要采用新方法來(lái)設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)建筑物。與僅關(guān)注能源消耗的ZEB相比，LEED是一個(gè)更廣泛的概念，涉及碳、能源、水、廢物、交通、材料、健康和室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。

　　關(guān)于電氣化和可持續(xù)發(fā)展的兩篇文章系列的第二篇首先介紹 LEED 和 ZEB 認(rèn)證級(jí)別以及商業(yè)和工業(yè)建筑獲得這些認(rèn)證所需的條件，包括對(duì) ZEB 的幾種定義的比較。然后，它詳細(xì)介紹了菲尼克斯電氣如何利用自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)光伏發(fā)電為其主園區(qū)占地 70,000 平方英尺的擴(kuò)建項(xiàng)目獲得 LEED 銀級(jí)和 ZEB 認(rèn)證的示例，包括該公司自己的一些產(chǎn)品如何為成功做出貢獻(xiàn)項(xiàng)目的概況(圖1)。最后簡(jiǎn)要介紹了 LEED 建筑如何為聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。

　　圖 1：屋頂光伏發(fā)電是菲尼克斯電氣工廠獲得 LEED 銀牌和 ZEB 認(rèn)證的關(guān)鍵因素。 (圖片來(lái)源：菲尼克斯電氣)

　　LEED 是整體性的

　　LEED 是一個(gè)綜合系統(tǒng)，考慮了創(chuàng)建高性能建筑所需的所有要素。 LEED 認(rèn)證基于使用詳細(xì)績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)授予項(xiàng)目的學(xué)分或分?jǐn)?shù)。性能類別及其相對(duì)重要性(從最重要到最不重要)為1：

　　減少對(duì)全球氣候變化的影響。

　　增強(qiáng)人類個(gè)體健康。

　　保護(hù)和恢復(fù)水資源。

　　保護(hù)和增強(qiáng)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

　　促進(jìn)可持續(xù)和可再生材料循環(huán)。

　　提高社區(qū)生活質(zhì)量。

　　最重要的標(biāo)準(zhǔn)是減少對(duì)全球氣候變化的影響，占所有分?jǐn)?shù)的 35%。 LEED 認(rèn)證的級(jí)別包括認(rèn)證(40-49 分)、銀級(jí)(50-59 分)、金級(jí)(60-79 分)和白金級(jí)(80+ 分)。

　　在最新版本的 LEED v4.1 中，大多數(shù)要點(diǎn)都與運(yùn)營(yíng)碳和隱含碳有關(guān)。運(yùn)營(yíng)碳是指供暖、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC)、照明和其他能耗建筑系統(tǒng)產(chǎn)生的二氧化碳 (CO2) 排放。隱含碳是指在建筑物的整個(gè)生命周期中與建筑材料生產(chǎn)和建筑施工過(guò)程相關(guān)的排放。

　　LEED 認(rèn)證對(duì)于創(chuàng)建綠色社會(huì)非常重要。建筑物排放量占全球 CO 2排放量的 39%，其中 28% 來(lái)自建筑運(yùn)營(yíng)，11% 來(lái)自隱含排放(圖 2)。由于建筑行業(yè)是全球CO 2排放的最大貢獻(xiàn)者，因此還制定了特別計(jì)劃來(lái)鼓勵(lì)零能耗建筑的發(fā)展。

　　圖 2：建筑運(yùn)營(yíng)以及材料和施工是全球 CO 2生產(chǎn)的主要貢獻(xiàn)者。 (圖片來(lái)源：新建筑研究所)

　　定義零

　　零能量似乎是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念，但它有幾個(gè)定義。被引用最多的三個(gè)是 LEED 零能源計(jì)劃、國(guó)際未來(lái)生活研究所 (ILFI) 零能源和零代碼可再生能源采購(gòu)框架(零代碼)——建筑 2030 組織的一項(xiàng)倡議，已被采納為加州建筑能源項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)。 “零”的定義方式存在顯著差異。

　　要獲得 LEED 零能耗認(rèn)證，建筑物必須在 12 個(gè)月內(nèi)保持零能源平衡，包括現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電和外部產(chǎn)生(來(lái)源)的能源。不禁止現(xiàn)場(chǎng)燃燒化石燃料。總能源消耗必須包括現(xiàn)場(chǎng)或外部產(chǎn)生的可再生能源或碳補(bǔ)償。

　　ILFI 零能耗認(rèn)證是最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。它需要現(xiàn)場(chǎng)可再生能源來(lái)滿足建筑物 100% 的能源需求。不允許燃燒，認(rèn)證以實(shí)際性能為準(zhǔn);不允許建模。

　　零代碼專門(mén)針對(duì)新建商業(yè)、機(jī)構(gòu)和中高層住宅建筑。它將零碳建筑定義為不使用現(xiàn)場(chǎng)化石燃料并在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)或采購(gòu)足夠的無(wú)碳可再生能源或碳信用額以滿足建筑運(yùn)營(yíng)能源需求的建筑。零代碼還要求建筑物符合 ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn) 90.1-2019 以提高建筑效率。如果其他能效標(biāo)準(zhǔn)能帶來(lái)相同或更高的能效，零代碼允許替代它們。

　　LEED 舉例

　　菲尼克斯電氣最近在該公司美國(guó)主園區(qū)的物流中心屋頂安裝了一套 961 千瓦 (kW) 的光伏系統(tǒng)。該系統(tǒng)產(chǎn)生的電力足以滿足該設(shè)施約 30% 的能源需求，相當(dāng)于約 160 個(gè)家庭每年的能源消耗。該建筑獲得了 LEED 銀級(jí)和零能耗認(rèn)證。

　　現(xiàn)場(chǎng)天然氣 1 MW 微型渦輪熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與光伏系統(tǒng)集成。中央能源控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏電站的發(fā)電量和建筑的能耗。當(dāng)總能源需求超過(guò)光伏系統(tǒng)的輸出時(shí)，使用微型渦輪發(fā)電機(jī)。有時(shí)，光伏系統(tǒng)和微型渦輪機(jī)一起使用，通過(guò)凈計(jì)量向電網(wǎng)提供電力，為公司帶來(lái)收入。

　　該系統(tǒng)旨在減少白天的天然氣消耗，并主要在夜間運(yùn)行微型渦輪發(fā)電機(jī)，從而最大限度地提高整體能源效率并最大限度地減少總體 CO 2的產(chǎn)生。在某些日子里，天然氣消耗量可以減少到幾乎為零。光伏系統(tǒng)的一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括：

　　2,185 塊太陽(yáng)能電池板

　　年發(fā)電量 1,214,235 千瓦時(shí)

　　減少1,939,279 磅 CO 2足跡

　　對(duì)于像這樣的大型裝置中的各個(gè)光伏系統(tǒng)部分進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和控制對(duì)于實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率和可用性的最大化是必要的。

　　自動(dòng)化需要可操作的信息

　　光伏裝置等電氣化系統(tǒng)的有效自動(dòng)化和控制需要廣泛且可操作的信息。實(shí)時(shí)監(jiān)控每串光伏電池板可最大限度地提高產(chǎn)量并支持預(yù)防性維護(hù)。如果一根繩子意外損壞，可能會(huì)損失數(shù)千千瓦的電力，并造成相應(yīng)的金錢(qián)損失。

　　菲尼克斯電氣美國(guó)主園區(qū)的 961 kW 光伏系統(tǒng)包括 12 個(gè)逆變器，每個(gè)逆變器均由六串光伏電池板供電，并且它集成了該公司的多種產(chǎn)品，首先是第二代 EMpro 電能表，例如面板安裝2908286。這些儀表旨在測(cè)量關(guān)鍵能源參數(shù)并將其傳輸?shù)街С炙邢到y(tǒng)元件遠(yuǎn)程監(jiān)控的云平臺(tái)。 EMpro 電能表適用于各種電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括一相、兩相和三相安裝和配置。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控眾多系統(tǒng)元件和運(yùn)行狀況，包括：

　　單獨(dú)監(jiān)控逆變器的直流輸入功率、交流輸出功率、有功功率和無(wú)功功率、故障和運(yùn)行狀態(tài)。

　　每個(gè)光伏組串的電流和電壓輸出均受到監(jiān)控。評(píng)估該數(shù)據(jù)以確定字符串健康狀況和可能的維護(hù)需求。

　　面板溫度通過(guò)遍布整個(gè)裝置的眾多傳感器進(jìn)行監(jiān)控。

　　收集風(fēng)速和風(fēng)向、溫度、相對(duì)濕度和氣壓等天氣條件。

　　太陽(yáng)輻照度由兩臺(tái)日射強(qiáng)度計(jì)測(cè)量，一臺(tái)與電池板的安裝角度成 10 度角，另一臺(tái)水平安裝。

　　污垢?jìng)鞲衅鳒y(cè)量光伏電池板表面灰塵和污垢造成的光損失。

　　攝像頭提供系統(tǒng)的安全監(jiān)控。

　　該系統(tǒng)還需要數(shù)據(jù)記錄器和接口。例如，該公司的Radioline無(wú)線模塊(如型號(hào)2901541)可使用RS-485協(xié)議與光伏模塊溫度和污染傳感器進(jìn)行無(wú)線通信，無(wú)需電纜。在其他情況下，以太網(wǎng)供電 (PoE) 用于同時(shí)傳輸電力和數(shù)據(jù)。FL mGuard 1000 系列安全路由器(如型號(hào)1153079)可以提供入侵保護(hù)，該路由器提供防火墻安全和用戶管理。

　　將所有這些連接在一起需要一個(gè)控制器，例如 Phoenix Contact 的 DIN 導(dǎo)軌安裝型號(hào)1069208，該控制器基于該公司的 PLCnext 技術(shù)(圖 3)。當(dāng)與型號(hào)2702783等輸入/輸出 (I/O) 模塊配對(duì)時(shí)，控制器會(huì)聚合來(lái)自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)皆品?wù)提供商。此外，工業(yè) PC 運(yùn)行 Phoenix Contact 的Solarworx軟件。隨附的軟件工具和庫(kù)支持太陽(yáng)能行業(yè)采用的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)運(yùn)行的定制自動(dòng)化和可視化，并且與第三方軟件包兼容，可以分析歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以優(yōu)化性能。這些庫(kù)包含滿足可編程控制器 IEC 61131 標(biāo)準(zhǔn)要求的功能塊。

　　圖 3：適用于大型光伏發(fā)電系統(tǒng)的 DIN 導(dǎo)軌安裝控制器。 (圖片來(lái)源：菲尼克斯電氣)

　　饋入控制是將光伏陣列等分布式能源 (DER) 與電網(wǎng)集成的電氣化難題的最后一部分。菲尼克斯電氣的PGS 控制器可以監(jiān)控電網(wǎng)連接點(diǎn)的電壓和無(wú)功功率水平，并確定逆變器所需的控制值，以支持中壓和高壓電網(wǎng)的電力饋入管理。

　　LEED 與可持續(xù)發(fā)展

　　聯(lián)合國(guó) (UN) 確定了 17 個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)2 (SDG)，旨在到 2030 年消除全球貧困。根據(jù) USGBC 的說(shuō)法，LEED 建筑固有的電氣化和自動(dòng)化有助于實(shí)現(xiàn) 17 個(gè) SDG 中的 11 個(gè)，包括：

　　目標(biāo) 3：身體健康和福祉

　　目標(biāo) 6：清潔水和衛(wèi)生設(shè)施

　　目標(biāo) 7：負(fù)擔(dān)得起的清潔能源

　　目標(biāo) 8：促進(jìn)持續(xù)、包容和可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、充分的生產(chǎn)性就業(yè)以及人人有體面的工作

　　目標(biāo) 9：建設(shè)有復(fù)原力的基礎(chǔ)設(shè)施，促進(jìn)包容和可持續(xù)的工業(yè)化，并促進(jìn)創(chuàng)新

　　目標(biāo) 10：減少國(guó)家內(nèi)部和國(guó)家之間的不平等

　　目標(biāo) 11：可持續(xù)城市和社區(qū)

　　目標(biāo) 12：負(fù)責(zé)任的消費(fèi)和生產(chǎn)

　　目標(biāo) 13：氣候行動(dòng)

　　目標(biāo) 15：保護(hù)、恢復(fù)和促進(jìn)陸地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)利用，可持續(xù)管理森林，防治荒漠化，制止和扭轉(zhuǎn)土地退化和生物多樣性喪失

　　目標(biāo)17：加強(qiáng)實(shí)施手段，重振全球可持續(xù)發(fā)展伙伴關(guān)系

　　企業(yè)戰(zhàn)略還可以為建設(shè)更加可持續(xù)的社會(huì)做出貢獻(xiàn)。例如，菲尼克斯電氣為其美洲物流中心獲得 LEED 銀牌和零能耗認(rèn)證，這是該公司在全球所有地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)碳中和的最初目標(biāo)的一部分。該公司的下一個(gè)目標(biāo)是在 2030 年之前創(chuàng)建一個(gè)完全氣候中和的增值鏈。

　　結(jié)論

　　建筑行業(yè)是全球CO 2生產(chǎn)的最重要貢獻(xiàn)者。 LEED 和 ZEB 認(rèn)證是衡量利用電氣化和自動(dòng)化創(chuàng)建更高效和可持續(xù)建筑是否成功的重要工具。如圖所示，大型光伏發(fā)電裝置與現(xiàn)場(chǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)能力相結(jié)合可以為綠色社會(huì)做出貢獻(xiàn)。獲得 LEED 認(rèn)證的建筑還支持實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó) 17 個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)以及到 2030 年消除全球貧困的目標(biāo)。

　　參考：

　　LEED 評(píng)級(jí)系統(tǒng), 綠色建筑委員會(huì)

　　聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)