商業建筑綜合改造功能提升實踐與效果分析

楊 靖 Yang Jin 張 蕊 Zhang Rui

0 引言

近年來，建筑能耗已經成為繼工業、交通能耗之后的第三大社會能源消耗主體。上海市目前既有建筑存量大，既有建筑的節能改造成為建筑節能領域工作的重點和難點。為了有效推進既有建筑節能改造工作，上海市先后出臺了《上海市“十二五”建筑節能專項規劃》、《上海市綠色建筑發展三年行動計劃（2014-2016）》等政策文件，明確了既有建筑節能改造的目標和實施路徑；同時，發布了《上海市建筑節能項目專項扶持辦法》、《組織申報上海市公共建筑節能改造重點城市示范項目》等資金激勵政策，對既有建筑節能改造示范項目實施資金扶持。在上海市大力推進既有建筑節能改造的背景下，結合自身發展需求，某大型商業建筑實施了建筑節能綜合改造與功能提升，改造后的建筑為消費者帶來了全新的購物體驗，并納入了上海市既有建筑節能改造示范工程。

1 項目概況

某大型商業建筑位于上海市淮海中路，始建于2001年，是淮海路上的地標式建筑，由裙房和塔樓組成，裙房（含地下3層）為高檔商場，塔樓為甲級寫字樓（圖1）。由于之前商場商業定位不夠明確，交通通路及疏散等不夠清晰，無法很好地聚集人流，商業氛圍較差，且經過10年的使用室內裝修顯得陳舊過時。因此，根據“藝術、人文、自然”理念對商場進行大規模的商業改造，重新進行商業定位包裝，以期成為真正的服務于各層次顧客的商業地標。

該商業建筑改造內容包括裙房內部各層室內精裝修及外立面改造。改造范圍由地下3層及地上5層（包括6層裙房屋面），裝修總面積37 522 m2，裙房高度23.75m。項目改造過程中，遇到了諸多技術難點，比如在改建裙房外觀時，出現了關于留舊和創新的需求沖突：一方面，要保護淮海路的歷史遺產以及原有設計；另一方面，建設單位和承租人要求建筑物外觀醒目和新穎的設計。對于280m2的中庭自由形態玻璃天棚，由于它設計獨特，必須依賴特殊軟件才能對其進行工程設計、幾何控制，并需在施工過程中精確放置特別定制的窗欞。另外，9層樓高的“瀑布”也是個技術難題，這個在高度方面亞洲第一、世界前列的戶外水幕瀑布，實現了全自動運行，在環境不適宜的情況下，風和溫度控制器會自動斷水。

圖1 項目實景圖

2 綜合改造措施

2.1 圍護結構改造措施

節能改造前圍護結構未采取節能措施。改造后屋面采用120mm/45mm厚防火酚醛復合夾芯板外保溫系統和165mm厚玻璃棉內保溫系統；外墻采用80mm/65mm厚巖棉板外墻外保溫系統和70mm厚酚醛板外保溫系統；主樓玻璃幕墻采用斷熱鋁合金中空玻璃（8Low-E+12A+8），屋頂透明部分采用斷熱鋁合金中空玻璃（8Low-E+12A+6透明+1.52Pvb+6透明）。

2.2 空調采暖系統改造措施

2.2.1 空調冷熱源

大廈低區（地下3層～地上33層）原有4臺制冷量為3 000kW的特靈離心式冷水機組，位于10層的冷凍機房，從中劃分出2臺（CH1002、CH1004）供改造范圍內的商場使用，兩臺機組總制冷量為6 000kW，空調冷凍水系統與原大廈系統分離，確保主機與水系統單獨供改造區域使用。冷凍水供回水溫度為7℃/12℃。

空調熱源部分，選取大廈原有3臺熱水鍋爐中的1臺，單獨出一路熱水供回水支路，為改造范圍內的商場提供空調熱水。熱水一次側溫度為90℃/70℃，經過熱水板換后提供二次側供回水溫度為60℃/40℃。

2.2.2 水系統

大廈低區4臺冷水機組原配有5臺冷卻水泵，5臺冷凍水一次泵，4臺冷凍水二次泵。節能改造時，新增3臺冷凍水循環泵（圖2），經集管與制冷機組連接，冷凍水采用開式膨脹水箱補水定壓，定壓值約55mH2O，開式膨脹水箱沿用原有設于上部設備層的設備；空調熱水一次側、二次側分別新增2臺水泵，水泵效率均達到83%以上，為高效水泵，其中空調熱水二次泵為變頻泵，根據系統末端壓差控制，可實現在滿足使用要求的情況下，降低二次泵的轉速以達到節能目的，空調熱水系統采用開式膨脹水箱補水定壓，開式膨脹水箱設于上部設備層。

圖2 新增冷凍水泵照片

圖3 空調送風口照片

2.2.3 風系統

該項目首層辦公大堂采用全空氣空調系統，過渡季節加大新風量以實現節能運行（圖3）。餐飲、商鋪、購物廊/中庭及其它走道區域等采用風機盤管加中央處理新風的空調方式。節能改造時，重新規劃新風與排風系統，并采用轉輪熱回收，節約運行能耗。節能改造區域共設有16臺新排風熱回收機組，5臺空調箱，12臺風機盤管。新排風熱回收機組的熱回收率為65%。

2.2.4 空調自控系統

該項目空調設備自控系統采用直接數字控制系統（DDC控制系統），并與BAS系統相連。制冷機房內設制冷系統群控裝置，制冷機組啟停、冷凍水泵啟停及頻率控制、冷卻塔啟停、冷卻水泵啟停由制冷系統群控裝置統一控制。

空調箱送風管設風管壓力傳感器，空調箱送風機均為變頻風機，根據壓力傳感器調整風機轉速，實現變風量功能（圖4）；空調箱新風管上設定風量閥，冬、夏季為最小新風開度，過渡季節為最大新風開度（圖5）；在排風系統中設置CO2感應檢測裝置，根據檢測排風系統中CO2的濃度控制調節新風風閥開度，在滿足較好空氣質量的情況下通過調節新風量達到節能目的（圖6）。

新排風熱回收空調箱送、排風機均為變頻風機，根據新風管內壓力變化變頻控制，集中排風機與新風機聯鎖控制。過渡季節新排風通過跨接管，不通過轉輪回收裝置；非過渡季節，跨接管電動閥關閉，新排風通過轉輪熱回收裝置。

圖4 風機壓差開關

圖5 新風管風量、溫濕度傳感器

圖6 排風管CO2傳感器

2.3 照明系統改造措施

該項目改造時，公共場所選用緊湊型熒光燈、LED燈、金屬鹵化燈等類型的照明燈具。大廳、走廊、電梯廳照明由BA系統分時段控制；泛光照明及立面照明由BA系統分季分時段自動集中控制。

2.4 能源計量系統

該項目設置有線遠程計量系統，系統由數據采集、數據傳輸、數據管理處理分析統計三部分組成，具體包括遠傳表、采集器、集中器、交換機、管理計算機和系統軟件等部分。數據采集器采集各遠傳表的信號并轉換成相應的能耗數，數據集中器通過RS485總線采集各數據采集器內的數據，并將采集到的數據上傳給管理中心計算機（圖7）。

圖7 能源計量管理系統

圖8 屋面花園

圖9 外墻垂直綠化

圖10 能耗計算模型圖

2.5 綠化設施

該項目在6樓設置了屋面花園（圖8），在外墻建成了1 100m2多的垂直綠化（圖9），綠化植物長勢良好，有效減少熱島效應。

3 工程效果分析

3.1 項目空間布局及外觀呈現

商場的6個樓層，在視覺上透過位于中庭由地面展開的天棚達到良好的連接及延續，此由玻璃建造的有機形態天棚總面積達到280m2，其獨特的輻射三角狀玻璃擁有極佳的透視性。商場出入口及循環的動線在配置上透過節節圍繞中庭的方式，將“想象之旅”和藝術展示、公共區域、高科技縱橫錯落地交織在一起，并藉由生活元素與自然素材增添其人文內涵。

3.2 圍護結構改造效果分析

采用PKPM能效測評分析軟件，分析建筑圍護結構熱工性能和建筑能耗，經計算分析，外墻平均傳熱系數為0.45W/（m2·K），主力店屋面、自動扶梯屋面傳熱系數為0.64W/（m2·K），地下室室外頂板傳熱系數為0.72W/（m2·K），3樓公共開放空間屋面傳熱系數為0.26W/（m2·K），東、南、西、北向幕墻傳熱系數分別為2.54W/（m2·K）、2.45W/（m2·K）、2.52W/（m2·K）、2.30 W/（m2·K），綜合遮陽系數分別為0.28、0.28、0.32、0.34，屋頂透明部分傳熱系數和遮陽系數分別為2.30W/（m2·K）、0.34，除了地下室室外頂板傳熱系數大于《公共建筑節能設計標準》（GB50189—2005）指標限值外，其余參數均能滿足標準限值要求（圖10）。

經權衡計算，該商業建筑改造部分全年單位面積能耗為120.45kWh/m2，參照建筑全年單位面積能耗為123.70kWh/m2，節能率為51.31%，滿足《公共建筑節能設計標準》（GB 50189—2005）的要求，且同未改造前相比，節能效果較為明顯。

3.3 用能設備系統改造效果分析

3.3.1 空調采暖系統

為了解該項目空調系統的實際運行效果，對改造區域空調設備的運行參數進行了抽檢，根據檢測結果，抽檢冷水機組制冷性能系數為5.18（W/W）。《蒸汽壓縮循環冷水（熱泵）機組 第1部分：工業或商業用及類似用途的冷水（熱泵）機組》（GBT 18430.1—2007）中規定，冷水機組名義工況時，冷卻水供水溫度為30℃，按照式（1）進行修正，得到抽檢冷水機組修正后的制冷性能系數為5.50（W/W），符合《公共建筑節能設計標準》（GB 50189—2005）中相應冷水機組制冷性能系數5.10（W/W）的限值要求。

該項目為既有建筑節能改造工程，考慮到原有鍋爐尚可使用，且鍋爐額定熱效率接近標準限值要求，因此，節能改造時，未對鍋爐進行更換，而是沿用了原有鍋爐。

圖11 現場燈具照片

3.3.2 照明系統

依據照明現場檢測結果，各功能區域的照度、照明功率密度滿足《建筑照明設計標準》（GB 50034—2004）目標值的要求（圖11）。

4 結語

經過綜合改造與功能提升，該大型商業建筑為消費者呈現的，不僅是一座購物中心，更是一座藝術樂園、環保體驗中心、主題旅游景點和展示人文歷史絕佳的時尚創意新地標。該商業建筑采用的系統化節能改造措施具有很好的推廣應用價值，適合建筑圍護結構熱工性能較差，能源消耗較大的商業建筑，適宜的改造措施主要有以下幾個方面：①與新建建筑相比，既有公共建筑更換冷熱源設備的難度和成本相對較高，因此，既有公共建筑冷熱源系統節能改造應以挖掘現有設備的節能潛力為主。②照明系統應合理選用高效節能燈具，降低照明能耗，并通過智能照明系統進行控制，對室內照明進行綜合統一控制，在滿足需求的前提下，達到節能的效果。③運用樓宇自控系統，把所有能耗系統集成在一個平臺上面進行控制與管理，優化系統運行，以達到節能的要求。建立分項計量動態監控系統，可以對建筑能耗進行整體監控，有助于建筑節能潛力的進一步挖掘。 ④優化圍護結構，根據上海的氣候特征以及公共建筑本身圍護結構的特點進行改造，并且合理選用保溫和外窗節能技術來達到節能的目的。