建筑節(jié)能全過程管理及調(diào)適方法

鄧光蔚（上海建科建筑節(jié)能技術(shù)股份有限公司， 上海 200032）

建筑建造過程涉及項目立項、設(shè)計、招投標(biāo)、施工、運行等多個階段。從節(jié)能角度出發(fā)，目前我國在建筑建造各階段均設(shè)有一定的節(jié)能管理手段。如在項目立項階段，需編制獨立的建筑節(jié)能專篇；在設(shè)計階段，設(shè)計單位需執(zhí)行相關(guān)的建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；在施工階段，施工單位需按照建筑節(jié)能施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行施工；在項目運行階段，出臺了相應(yīng)的建筑用能指南、能耗標(biāo)準(zhǔn)、能源統(tǒng)計和能源審計技術(shù)導(dǎo)則等[1-2]。

此類節(jié)能管理手段對我國建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展均起到了一定的積極作用，但也存在著一定的問題。如這一系列的節(jié)能管理手段相互獨立，處于不同的管理階段，很難保證在長時間的建設(shè)和運營周期內(nèi)節(jié)能工作的一致性和連貫性。此外，各措施并未對節(jié)能工作提出定量的任務(wù)目標(biāo)，導(dǎo)致各階段缺乏明確、統(tǒng)一、連續(xù)的節(jié)能控制目標(biāo)，較易使建筑節(jié)能成為大量節(jié)能技術(shù)的簡單堆砌，實際節(jié)能效果卻難以保證，甚至出現(xiàn)綠色建筑反而更耗能的怪圈。

為了進(jìn)一步落實建筑節(jié)能工作，將建筑節(jié)能目標(biāo)從規(guī)劃設(shè)計到建筑運營階段前后統(tǒng)一起來，本文構(gòu)建了一套貫穿建筑建造各階段的全過程管理指標(biāo)體系。以該指標(biāo)體系作為建筑建造各階段節(jié)能工作的管理依據(jù)，以量化的方式對建筑建設(shè)和運營全過程進(jìn)行管理及調(diào)適，保證建筑節(jié)能目標(biāo)落地。

1 建筑能耗指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 構(gòu)建能耗指標(biāo)體系的目的

將最終節(jié)能效果作為判斷建筑是否節(jié)能的唯一準(zhǔn)則，在項目立項、設(shè)計、施工、運行等多個階段中，不再詳細(xì)規(guī)定哪些技術(shù)和措施是節(jié)能的，以量化的方式考察各階段的節(jié)能管理工作和調(diào)適結(jié)果是否達(dá)標(biāo)。不同階段的能耗指標(biāo)具有可追溯性和可延續(xù)性，即可追溯指標(biāo)的來源，也可將指標(biāo)向下一個階段進(jìn)行推演，保證建筑全過程管理和調(diào)適工作具有明確的、統(tǒng)一的、連續(xù)的工作依據(jù)，最終實現(xiàn)建筑運營節(jié)能。

1.2 建筑能耗指標(biāo)體系的構(gòu)建

建筑建設(shè)過程實際上是一個逐步明確、逐步實踐的過程。對于建筑建設(shè)各階段的節(jié)能指標(biāo)而言，也是隨著建筑建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)而變得越來越具體和精確的過程。

建筑能耗指標(biāo)體系如圖 1 所示。此體系不僅是一個貫穿建筑建造和運營全周期的總控制目標(biāo)，也是一個多層次、系統(tǒng)化的指標(biāo)體系。隨著建筑建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，建筑總能耗指標(biāo)可以大體向下分解為 3 個層次，即能源消耗指標(biāo)、系統(tǒng)性 能指標(biāo)、設(shè)備性能指標(biāo)。

圖 1 能耗指標(biāo)體系

能源消耗指標(biāo)是指建筑內(nèi)主要能源消耗系統(tǒng)用能指標(biāo)，包括采暖/通風(fēng)/空調(diào)系統(tǒng)能耗指標(biāo)、照明系統(tǒng)能耗指標(biāo)、動力系統(tǒng)能耗指標(biāo)、可再生能源系統(tǒng)能耗指標(biāo)等。系統(tǒng)性能指標(biāo)是指各用能系統(tǒng)可設(shè)計和計算的性能指標(biāo)，如空調(diào)采暖系統(tǒng)累計冷負(fù)荷/熱負(fù)荷指標(biāo)、空調(diào)/采暖系統(tǒng)綜合能效比等。設(shè)備性能指標(biāo)是對系統(tǒng)性能指標(biāo)的細(xì)化，即各設(shè)備的具體性能參數(shù)，如冷機(jī)綜合能效比、冷凍/冷卻輸送系數(shù)、空氣輸送系數(shù)等。

建筑建造的不同階段對應(yīng)著不同的能耗指標(biāo)層次。在項目立項階段，缺乏具體的設(shè)計方案，需要設(shè)定一個總能源消耗指標(biāo)，即建筑用能總指標(biāo)。在方案投標(biāo)與設(shè)計階段，通過設(shè)計和模擬計算系統(tǒng)能源消耗指標(biāo)和系統(tǒng)性能指標(biāo)。此階段已有具體的設(shè)計方案但沒有具體設(shè)備的性能參數(shù)，可按照滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備來考慮。在竣工驗收階段，測試設(shè)備的實際運行參數(shù)獲得第三個層次的設(shè)備性能指標(biāo)。在運行階段，通過實時監(jiān)測設(shè)備的運行情況獲得運行階段的設(shè)備實際運行指標(biāo)，從而上推驗證和校核第一、第二層次的指標(biāo)。

如此層層分解的能耗指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，使得能源消耗總控制目標(biāo)與每個階段具體面對的對象可以相互對話，且不同層次指標(biāo)的總控制目標(biāo)是一致的。同時，不同層次指標(biāo)彼此相關(guān)，上一層是給出相關(guān)任務(wù)的目標(biāo)，下一層則是將這一目標(biāo)分解，給出要實現(xiàn)上一層目標(biāo)對應(yīng)的各分系統(tǒng)的具體任務(wù)指標(biāo)。由此，根據(jù)設(shè)計、施工和運行管理的不同階段特點，可以分別在不同層次上制定指標(biāo)、評測管理，根據(jù)不同的指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)適。不同層次間指標(biāo)是相互吻合的，又可以保證項目不同階段節(jié)能管理目標(biāo)的一致性。

2 基于指標(biāo)體系的全過程管理、優(yōu)化和調(diào)適方法

基于貫穿建筑全過程的能耗指標(biāo)體系，針對各階段建筑節(jié)能工作重點，提出相應(yīng)管理手段。針對不同的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)適，實行建筑節(jié)能全過程管理。

2.1 項目立項階段

在建筑立項時，需要設(shè)立建筑的總體節(jié)能目標(biāo)。此時，應(yīng)由建設(shè)單位向政府管理部門提交建筑未來用能承諾值，該值將作為建筑的節(jié)能總指標(biāo)。此時，建筑的具體設(shè)計還未明確，不必審查項目具體用了哪些節(jié)能技術(shù)，政府管理部門只需審查其承諾數(shù)值是否滿足規(guī)定的節(jié)能要求即可，通過節(jié)能審查后才能批準(zhǔn)項目立項。未來建筑投入使用后，政府管理部門也將根據(jù)建筑的用能承諾值對建筑實際運行效果進(jìn)行評估，并根據(jù)相關(guān)政策進(jìn)行獎勵或懲罰。通過該項規(guī)定，也為政府部門管控新建建筑能耗提供了有力的抓手。

2.2 方案設(shè)計與方案招投標(biāo)階段

建筑給出運行能耗目標(biāo)值后，作為主要的評標(biāo)內(nèi)容之一，各參與投標(biāo)的設(shè)計單位需根據(jù)該承諾值進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)、機(jī)電系統(tǒng)等方案設(shè)計，并論證方案實現(xiàn)能耗目標(biāo)值的可行性。具體論證內(nèi)容包括建筑設(shè)計方案、圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)、中央空調(diào)系統(tǒng)形式及控制策略、照明方式和燈具類型、能耗計算方法等。基于能耗目標(biāo)值的方案招投標(biāo)設(shè)置，將責(zé)任和壓力傳達(dá)至設(shè)計單位。這樣可在設(shè)計初期對建筑節(jié)能進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，保證建筑節(jié)能目標(biāo)實現(xiàn)。

2.3 施工圖設(shè)計階段

施工圖審查包括兩個方面。一方面是審查施工圖紙的靜態(tài)細(xì)節(jié)，查找設(shè)計缺陷或疏漏；另一方面通過建筑動態(tài)模擬技術(shù)，對建筑逐時冷熱負(fù)荷和機(jī)電系統(tǒng)運行能耗進(jìn)行評估，并將評估值與建筑能耗目標(biāo)值進(jìn)行比對。對不滿足要求的指標(biāo)進(jìn)行深入分析，查找原因、指出施工圖中潛在的問題并予以改進(jìn)，使施工圖審查成為嚴(yán)把建筑節(jié)能設(shè)計質(zhì)量關(guān)的重要手段，確保建筑節(jié)能切實落到實處。

2.4 施工階段

施工質(zhì)量好壞是建筑節(jié)能目標(biāo)能否實現(xiàn)的關(guān)鍵之一。在施工階段，全過程管理團(tuán)隊需駐場對節(jié)能相關(guān)的施工工作進(jìn)行把關(guān)和監(jiān)管。工作內(nèi)容包括機(jī)電系統(tǒng)主要設(shè)備性能進(jìn)場查驗、圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要材料的進(jìn)場查驗、機(jī)電及結(jié)構(gòu)節(jié)能相關(guān)施工質(zhì)量監(jiān)管、對施工圖紙變更進(jìn)行及時節(jié)能核驗等。把控施工階段的節(jié)能部分的施工質(zhì)量，是保障交付運行時建筑整體的性能狀態(tài)的關(guān)鍵。

2.5 工程竣工驗收階段

在工程完工后，需要組織具有相關(guān)資質(zhì)的單位和專門技術(shù)人員對工程進(jìn)行現(xiàn)場的調(diào)研、檢查和必要的測試。一方面，對建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等進(jìn)行調(diào)查核驗，確認(rèn)實際建筑的建筑材料、門窗尺寸、系統(tǒng)形式和設(shè)備的型號、數(shù)量、額定參數(shù)等。另一方面，對主要設(shè)備，如冷機(jī)、水泵、空調(diào)末端設(shè)備進(jìn)行檢測，評價其用能效率并根據(jù)檢測結(jié)果分析各項能耗指標(biāo)是否滿足立項階段設(shè)定的能耗指標(biāo)要求。對不合格的指標(biāo)，應(yīng)該調(diào)查和分析原因，查找問題源頭并限期整改。

2.6 運行管理階段

建筑進(jìn)入運行階段后，由于末端實際負(fù)荷需求與設(shè)計時的預(yù)期狀態(tài)存在差異，或由于末端使用功能可能發(fā)生變化、機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備運行策略不合理、運行人員未能理解掌握系統(tǒng)的設(shè)計思路等問題，因此常導(dǎo)致在實際運行過程中，建筑的運行狀態(tài)難以達(dá)到預(yù)期效果，出現(xiàn)末端舒適度差、系統(tǒng)能耗偏高等問題。為此，需要全過程管理團(tuán)隊在運行管理階段利用機(jī)電調(diào)適的技術(shù)，對建筑機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行全方位調(diào)適并對運行人員進(jìn)行培訓(xùn)，實現(xiàn)系統(tǒng)與末端實際需求的匹配，并達(dá)到預(yù)期的能效水平，最終實現(xiàn)建筑能耗目標(biāo)值。

3 基于指標(biāo)體系的節(jié)能全過程管理和調(diào)適應(yīng)用案例

3.1 項目背景

項目為上海市商業(yè)化運作的近零碳排放建筑，即虹橋迎賓館 9 號樓，年碳排放量預(yù)定目標(biāo)為 CO2不超過 25 kg/（m2·a）。地上建筑面積為 2 866.2 m2，建筑高度為 12.0 m，建筑層高為 3.9 m。改建項目自 2015 年 12 月啟動，已于 2017 年 8 月竣工并投入運行。該項目已獲得 2019 年度G 20 二十國集團(tuán)“雙十佳”、最佳節(jié)能技術(shù)及最佳節(jié)能實踐、2019 年度上海市優(yōu)秀工程咨詢成果一等獎、2018 年度中國發(fā)改委“雙十佳”—最佳節(jié)能技術(shù)及最佳節(jié)能實踐、2018 年度上海市既有建筑綠色更新改造鉑金獎。

3.2 全過程管理方法應(yīng)用綜述

虹橋迎賓館 9 號樓在建設(shè)立項時訂立了建筑的碳排放指標(biāo)。為了確保最終實現(xiàn)該目標(biāo)，項目創(chuàng)新性地采用了全過程指標(biāo)體系管理方法，管理方法框架如圖 2 所示。

基于項目立項總碳排放指標(biāo)，將能耗指標(biāo)按系統(tǒng)形式進(jìn)行拆分，并根據(jù)項目階段的推進(jìn)（立項、設(shè)計、施工、竣工驗收、運行）進(jìn)行不斷更新，對各階段的工作進(jìn)行監(jiān)督、指導(dǎo)及優(yōu)化。

3.2.1 立項階段

在立項階段，業(yè)主承諾近零碳排放的指標(biāo)要求，實現(xiàn)碳排放量的 CO2額≤ 25 kg/（m2·a）。設(shè)計單位根據(jù)節(jié)能目標(biāo)對總能耗指標(biāo)進(jìn)行拆分，主要分為空調(diào)系統(tǒng)能耗、照明系統(tǒng)能耗和光伏發(fā)電系統(tǒng)，確定初步的系統(tǒng)能耗指標(biāo)。

3.2.2 設(shè)計階段

在設(shè)計階段，根據(jù)能耗指標(biāo)制定相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。與空調(diào)系統(tǒng)能耗指標(biāo)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)中窗/墻性能參數(shù)、VRV 空調(diào)機(jī)組能效（IPLV≥4.5）、新風(fēng)熱回收機(jī)組效率（制冷 ＞ 60%，熱效率 ＞ 65%）、自然通風(fēng)利用率、窗磁系統(tǒng)、BA 集控系統(tǒng)等。與照明系統(tǒng)能耗指標(biāo)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)主要包括照明燈具功率密度、光導(dǎo)管系統(tǒng)、BA控制技術(shù)、自然采光利用率等。與光伏發(fā)電系統(tǒng)對應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)為光伏發(fā)電量及發(fā)電效率（≥17.43%）。

圖 2 虹橋迎賓館 9 號樓指標(biāo)體系

利用已經(jīng)確定的技術(shù)指標(biāo)，對建筑進(jìn)行能耗模擬軟件仿真計算，得到建筑負(fù)荷、建筑能耗、空調(diào)能耗、照明能耗等關(guān)鍵能耗指標(biāo)。校核相關(guān)指標(biāo)是否滿足節(jié)能目標(biāo)。

3.2.3 施工階段

在施工階段，按照設(shè)計要求進(jìn)行材料、設(shè)備的采購，對材料及設(shè)備相關(guān)參數(shù)進(jìn)行審核，相關(guān)參數(shù)需滿足設(shè)計要求。與空調(diào)系統(tǒng)能耗相關(guān)的材料和設(shè)備參數(shù)包括外窗傳熱系數(shù)、外墻保溫層導(dǎo)熱系數(shù)、VRV 機(jī)組樣本能效（IPLV=7.5～9.6）、新風(fēng)熱回收機(jī)組樣本效率（制冷/熱效率＞60%/65%）、BA 系統(tǒng)控制邏輯編寫等。與照明系統(tǒng)能耗相關(guān)材料和設(shè)備參數(shù)包括燈具樣本功率密度、光導(dǎo)管設(shè)備、BA 系統(tǒng)控制策略編寫、照明回路配合自控設(shè)計等。與光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)包括系統(tǒng)方案設(shè)計。

3.2.4 竣工驗收階段

在竣工驗收階段，審核建筑材料檢驗報告、對系統(tǒng)進(jìn)行實際測試。利用實際測試數(shù)據(jù)對空調(diào)能耗、照明能耗和光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行能耗指標(biāo)校核。與空調(diào)系統(tǒng)能耗相關(guān)的驗收包括審核圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料檢測報告、實測 VRV 機(jī)組 COP（3.54）、實測新風(fēng)熱回收機(jī)組平均制冷效率（69%）、BA 系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動和集控。與照明系統(tǒng)能耗相關(guān)的驗收包括實測照明燈具功率密度和照度、實測光導(dǎo)管設(shè)備照度、BA系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動。光伏發(fā)電系統(tǒng)的驗收為實測光伏發(fā)電效率（16.63%），與額定效率誤差為 4.6%。竣工驗收階段的現(xiàn)場測試結(jié)果需與額定效率基本符合，誤差在 10% 之內(nèi)，否則不能通過竣工驗收。

3.2.5 運行階段

在運行階段，進(jìn)行能耗監(jiān)測和運行管理。將能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)與承諾的能耗指標(biāo)進(jìn)行比較，實時糾偏運行問題，建立科學(xué)合理的運行管理體系，最終實現(xiàn)虹橋迎賓館年實際碳排放量 CO2為 24.89 kg/（m2·a）的目標(biāo)。

虹橋迎賓館 9 號樓建設(shè)各階段遇到的部分典型問題和解決方案如表 1 所示。通過對標(biāo)能耗指標(biāo)體系，發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，及時糾偏和修正，保證近零建筑節(jié)能工作落實到建筑建設(shè)和運行的各個階段。

表 1 9 號樓全過程管理工作中各階段遇到的問題及解決方案

4 結(jié) 語

從建造至投入運營，建筑建造過程周期長、主要負(fù)責(zé)單位的參與階段相對獨立、專業(yè)水平參差不齊，導(dǎo)致建筑建造過程被割裂拆分成相互獨立的幾個階段，信息傳遞存在明顯缺失、建筑節(jié)能工作的品質(zhì)難以保證，嚴(yán)重影響建筑節(jié)能目標(biāo)的最終落地效果。此外，國內(nèi)目前主流的節(jié)能設(shè)計及評價方法強(qiáng)調(diào)“節(jié)能技術(shù)”而非“實際運行能耗管控”，容易導(dǎo)致建筑節(jié)能技術(shù)的堆砌，使得節(jié)能淪為紙面工作，實際運行效果難以保證。

項目實踐證明，堅持“以實際運行能耗評價建筑節(jié)能效果”，利用能耗指標(biāo)管理體系，并貫穿到建筑立項、設(shè)計、施工、運營等全過程中。通過對細(xì)化指標(biāo)進(jìn)行反復(fù)對標(biāo)校驗，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行優(yōu)化整改，不斷朝著節(jié)能目標(biāo)把控及修正建筑的建造方向，可以有效提升建筑的“執(zhí)行力”，為建筑實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)提供有效保障。