作者：Jeff Shepard

　　领先的能源与环境设计 (LEED) 和零能耗建筑 (ZEB) 认证代表了支持社会减少碳排放和提高可持续性愿望的重大努力。要获得 LEED 和 ZEB 认证，需要采取整体方法，将取代化石燃料能源系统的电气化与光伏 (PV) 和电动汽车 (EV) 等绿色替代方案与先进的自动化和控制系统相结合。

　　美国绿色建筑委员会 (USGBC) 的 LEED 计划包括现有建筑和新建建筑的脱碳。 ZEB 的工作由美国能源部能源效率和可再生能源 (EERE) 办公室协调。要获得 LEED 和 ZEB 认证，建筑师和承包商需要采用新方法来设计、建造和运营建筑物。与仅关注能源消耗的ZEB相比，LEED是一个更广泛的概念，涉及碳、能源、水、废物、交通、材料、健康和室内环境质量。

　　关于电气化和可持续发展的两篇文章系列的第二篇首先介绍 LEED 和 ZEB 认证级别以及商业和工业建筑获得这些认证所需的条件，包括对 ZEB 的几种定义的比较。然后，它详细介绍了菲尼克斯电气如何利用自动化和现场光伏发电为其主园区占地 70,000 平方英尺的扩建项目获得 LEED 银级和 ZEB 认证的示例，包括该公司自己的一些产品如何为成功做出贡献项目的概况(图1)。最后简要介绍了 LEED 建筑如何为联合国可持续发展目标做出贡献。

　　图 1：屋顶光伏发电是菲尼克斯电气工厂获得 LEED 银牌和 ZEB 认证的关键因素。 (图片来源：菲尼克斯电气)

　　LEED 是整体性的

　　LEED 是一个综合系统，考虑了创建高性能建筑所需的所有要素。 LEED 认证基于使用详细绩效标准授予项目的学分或分数。性能类别及其相对重要性(从最重要到最不重要)为1：

　　减少对全球气候变化的影响。

　　增强人类个体健康。

　　保护和恢复水资源。

　　保护和增强生物多样性和生态系统服务。

　　促进可持续和可再生材料循环。

　　提高社区生活质量。

　　最重要的标准是减少对全球气候变化的影响，占所有分数的 35%。 LEED 认证的级别包括认证(40-49 分)、银级(50-59 分)、金级(60-79 分)和白金级(80+ 分)。

　　在最新版本的 LEED v4.1 中，大多数要点都与运营碳和隐含碳有关。运营碳是指供暖、通风和空调 (HVAC)、照明和其他能耗建筑系统产生的二氧化碳 (CO2) 排放。隐含碳是指在建筑物的整个生命周期中与建筑材料生产和建筑施工过程相关的排放。

　　LEED 认证对于创建绿色社会非常重要。建筑物排放量占全球 CO 2排放量的 39%，其中 28% 来自建筑运营，11% 来自隐含排放(图 2)。由于建筑行业是全球CO 2排放的最大贡献者，因此还制定了特别计划来鼓励零能耗建筑的发展。

　　图 2：建筑运营以及材料和施工是全球 CO 2生产的主要贡献者。 (图片来源：新建筑研究所)

　　定义零

　　零能量似乎是一个简单的概念，但它有几个定义。被引用最多的三个是 LEED 零能源计划、国际未来生活研究所 (ILFI) 零能源和零代码可再生能源采购框架(零代码)——建筑 2030 组织的一项倡议，已被采纳为加州建筑能源项目标准。 “零”的定义方式存在显着差异。

　　要获得 LEED 零能耗认证，建筑物必须在 12 个月内保持零能源平衡，包括现场发电和外部产生(来源)的能源。不禁止现场燃烧化石燃料。总能源消耗必须包括现场或外部产生的可再生能源或碳补偿。

　　ILFI 零能耗认证是最严格的标准。它需要现场可再生能源来满足建筑物 100% 的能源需求。不允许燃烧，认证以实际性能为准;不允许建模。

　　零代码专门针对新建商业、机构和中高层住宅建筑。它将零碳建筑定义为不使用现场化石燃料并在现场生产或采购足够的无碳可再生能源或碳信用额以满足建筑运营能源需求的建筑。零代码还要求建筑物符合 ASHRAE 标准 90.1-2019 以提高建筑效率。如果其他能效标准能带来相同或更高的能效，零代码允许替代它们。

　　LEED 举例

　　菲尼克斯电气最近在该公司美国主园区的物流中心屋顶安装了一套 961 千瓦 (kW) 的光伏系统。该系统产生的电力足以满足该设施约 30% 的能源需求，相当于约 160 个家庭每年的能源消耗。该建筑获得了 LEED 银级和零能耗认证。

　　现场天然气 1 MW 微型涡轮热电联产系统与光伏系统集成。中央能源控制系统实时监控光伏电站的发电量和建筑的能耗。当总能源需求超过光伏系统的输出时，使用微型涡轮发电机。有时，光伏系统和微型涡轮机一起使用，通过净计量向电网提供电力，为公司带来收入。

　　该系统旨在减少白天的天然气消耗，并主要在夜间运行微型涡轮发电机，从而最大限度地提高整体能源效率并最大限度地减少总体 CO 2的产生。在某些日子里，天然气消耗量可以减少到几乎为零。光伏系统的一些统计数据包括：

　　2,185 块太阳能电池板

　　年发电量 1,214,235 千瓦时

　　减少1,939,279 磅 CO 2足迹

　　对于像这样的大型装置中的各个光伏系统部分进行连续监测和控制对于实现发电效率和可用性的最大化是必要的。

　　自动化需要可操作的信息

　　光伏装置等电气化系统的有效自动化和控制需要广泛且可操作的信息。实时监控每串光伏电池板可最大限度地提高产量并支持预防性维护。如果一根绳子意外损坏，可能会损失数千千瓦的电力，并造成相应的金钱损失。

　　菲尼克斯电气美国主园区的 961 kW 光伏系统包括 12 个逆变器，每个逆变器均由六串光伏电池板供电，并且它集成了该公司的多种产品，首先是第二代 EMpro 电能表，例如面板安装2908286。这些仪表旨在测量关键能源参数并将其传输到支持所有系统元件远程监控的云平台。 EMpro 电能表适用于各种电力系统设计，包括一相、两相和三相安装和配置。该系统实时监控众多系统元件和运行状况，包括：

　　单独监控逆变器的直流输入功率、交流输出功率、有功功率和无功功率、故障和运行状态。

　　每个光伏组串的电流和电压输出均受到监控。评估该数据以确定字符串健康状况和可能的维护需求。

　　面板温度通过遍布整个装置的众多传感器进行监控。

　　收集风速和风向、温度、相对湿度和气压等天气条件。

　　太阳辐照度由两台日射强度计测量，一台与电池板的安装角度成 10 度角，另一台水平安装。

　　污垢传感器测量光伏电池板表面灰尘和污垢造成的光损失。

　　摄像头提供系统的安全监控。

　　该系统还需要数据记录器和接口。例如，该公司的Radioline无线模块(如型号2901541)可使用RS-485协议与光伏模块温度和污染传感器进行无线通信，无需电缆。在其他情况下，以太网供电 (PoE) 用于同时传输电力和数据。FL mGuard 1000 系列安全路由器(如型号1153079)可以提供入侵保护，该路由器提供防火墙安全和用户管理。

　　将所有这些连接在一起需要一个控制器，例如 Phoenix Contact 的 DIN 导轨安装型号1069208，该控制器基于该公司的 PLCnext 技术(图 3)。当与型号2702783等输入/输出 (I/O) 模块配对时，控制器会聚合来自传感器网络的数据并将其传输到云服务提供商。此外，工业 PC 运行 Phoenix Contact 的Solarworx软件。随附的软件工具和库支持太阳能行业采用的通信协议和标准。该系统可实现光伏系统运行的定制自动化和可视化，并且与第三方软件包兼容，可以分析历史和实时数据以优化性能。这些库包含满足可编程控制器 IEC 61131 标准要求的功能块。

　　图 3：适用于大型光伏发电系统的 DIN 导轨安装控制器。 (图片来源：菲尼克斯电气)

　　馈入控制是将光伏阵列等分布式能源 (DER) 与电网集成的电气化难题的最后一部分。菲尼克斯电气的PGS 控制器可以监控电网连接点的电压和无功功率水平，并确定逆变器所需的控制值，以支持中压和高压电网的电力馈入管理。

　　LEED 与可持续发展

　　联合国 (UN) 确定了 17 个可持续发展目标2 (SDG)，旨在到 2030 年消除全球贫困。根据 USGBC 的说法，LEED 建筑固有的电气化和自动化有助于实现 17 个 SDG 中的 11 个，包括：

　　目标 3：身体健康和福祉

　　目标 6：清洁水和卫生设施

　　目标 7：负担得起的清洁能源

　　目标 8：促进持续、包容和可持续的经济增长、充分的生产性就业以及人人有体面的工作

　　目标 9：建设有复原力的基础设施，促进包容和可持续的工业化，并促进创新

　　目标 10：减少国家内部和国家之间的不平等

　　目标 11：可持续城市和社区

　　目标 12：负责任的消费和生产

　　目标 13：气候行动

　　目标 15：保护、恢复和促进陆地生态系统的可持续利用，可持续管理森林，防治荒漠化，制止和扭转土地退化和生物多样性丧失

　　目标17：加强实施手段，重振全球可持续发展伙伴关系

　　企业战略还可以为建设更加可持续的社会做出贡献。例如，菲尼克斯电气为其美洲物流中心获得 LEED 银牌和零能耗认证，这是该公司在全球所有地点实现碳中和的最初目标的一部分。该公司的下一个目标是在 2030 年之前创建一个完全气候中和的增值链。

　　结论

　　建筑行业是全球CO 2生产的最重要贡献者。 LEED 和 ZEB 认证是衡量利用电气化和自动化创建更高效和可持续建筑是否成功的重要工具。如图所示，大型光伏发电装置与现场热电联产能力相结合可以为绿色社会做出贡献。获得 LEED 认证的建筑还支持实现联合国 17 个可持续发展目标以及到 2030 年消除全球贫困的目标。

　　参考：

　　LEED 评级系统, 绿色建筑委员会

　　联合国可持续发展目标