綠色建筑運行能效管理分析

董 昆（上海虹橋商務(wù)區(qū)新能源投資發(fā)展有限公司， 上海 201106）

上海市虹橋商務(wù)區(qū)作為上海市推進長三角更高質(zhì)量一體化發(fā)展的 3 個重點區(qū)域之一，規(guī)劃用地面積約 8 800 萬m2，致力于打造成為高效綠色的國際交通樞紐區(qū)、開放引領(lǐng)的國際會展貿(mào)易區(qū)、創(chuàng)新共享的世界級商務(wù)區(qū)、生態(tài)宜居的主城片區(qū)。位于商務(wù)區(qū)中部的核心區(qū)重點區(qū)域是先行開發(fā)并已成熟運營的商務(wù)功能集聚區(qū)，也是較高星級的綠色生態(tài)城區(qū)，面積約為 370 萬 m2，包括核心區(qū)一期及南北片區(qū)。核心區(qū)一期東側(cè)緊鄰虹橋綜合交通樞紐本體，西至嘉閔高架，南至建虹路，北至揚虹路，面積約 140 萬 m2。南北片區(qū)為一期的空間延伸，總用地面積為 224 萬 m2。核心區(qū)重點區(qū)域建筑體量共有 585 萬 m2，其中地上 335 萬 m2，地下250 萬 m2，是目前虹橋商務(wù)區(qū)低碳建設(shè)的示范區(qū)域。

規(guī)劃伊始，虹橋商務(wù)區(qū)將土地集約高效利用、功能業(yè)態(tài)混合開發(fā)、立體分層慢行系統(tǒng)、全面連通地下空間、新建建筑 100% 綠色等寫入控規(guī)要求。在后續(xù)開發(fā)建設(shè)過程中，一方面加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的集約低碳，另一方面從設(shè)計、施工、竣工驗收等各環(huán)節(jié)嚴格把控綠色建筑有效落地。目前區(qū)域內(nèi)建筑全部達到綠色建筑二星級及以上設(shè)計要求，其中三星級綠色建筑標(biāo)識項目面積比例達到 58.1%，完成綠色運營認證的面積達 98.38 萬 m2，完成 LEED 認證的面積也達212.88 萬 m2，綠色建筑已是虹橋商務(wù)區(qū)的一大名片。本文主要對商務(wù)區(qū)綠色建筑的能源系統(tǒng)和能效對標(biāo)進行討論，進一步分析綠色建筑在有效的綠色運行措施下的節(jié)能優(yōu)勢。

1 主要節(jié)能系統(tǒng)構(gòu)成及管理

1.1 設(shè)計節(jié)能

根據(jù)《虹橋商務(wù)區(qū)低碳建設(shè)導(dǎo)則（試行）》，虹橋商務(wù)區(qū)低碳建設(shè)的總體目標(biāo)是較同類商務(wù)區(qū) 2005 年的碳排放水平減少 45%。同時核心區(qū)一期建筑將全部按照國家綠色建筑星級要求進行設(shè)計，50% 以上建筑按照國家綠色建筑二星級以上標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，地標(biāo)建筑按照國家綠色建筑三星級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。因此，無論是從區(qū)域建筑群和能源站的整體規(guī)劃，還是單個建筑體自身的“綠色”設(shè)計，均是圍繞著更好地實現(xiàn)商務(wù)區(qū)低碳建設(shè)總體目標(biāo)而進行的。

1.1.1 弱化區(qū)域熱島效應(yīng)

（1）通風(fēng)廊道。通過在局部區(qū)域留有通風(fēng)口，讓主導(dǎo)風(fēng)向吹向主城區(qū)，增加虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)空氣的整體流動性，減輕區(qū)域熱島效應(yīng)。上海市夏季主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)、冬季主導(dǎo)風(fēng)向為西北風(fēng)，全年主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)；虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)重點區(qū)域內(nèi)的新角浦河、申長路均為南北方向，核心區(qū)一期中軸線綠化通道為東西方向，上述方向均留有寬度 50 m 以上且形成連續(xù)開敞空間的通風(fēng)廊道。此外，商務(wù)區(qū)穿插著公共綠地、廣場、步行街、水域，這些布局使得通風(fēng)廊道可以進一步地發(fā)揮作用。

（2）搭配、布局。合理規(guī)劃布局綠化和水域，充分發(fā)揮植被和水體在改善熱環(huán)境方面的積極作用，同時降低建筑立面、地面、屋面的反射率，從而削弱區(qū)域熱島效應(yīng)。采用計算機對核心區(qū)重點區(qū)域的風(fēng)環(huán)境進行數(shù)值模擬，比選合理的建筑組合方案，以期有利于建筑冬季避風(fēng)與夏季自然通風(fēng)。如規(guī)劃的街坊建筑容積率大多數(shù)控制在 3.1～4.3，濱水休閑帶中部分開放地塊建筑密度僅 40% 上下。

1.1.2 建筑圍護結(jié)構(gòu)

（1）利用天然的場地條件，設(shè)計合理的建筑體形、朝向、樓距、窗墻比等，使建筑獲得良好的日照、通風(fēng)和采光。

（2）采用建筑外墻和屋面保溫，減少圍護結(jié)構(gòu)冷橋部位的熱損失，減低建筑圍護結(jié)構(gòu)的冷（熱）負荷。

（3）合理考慮建筑外遮陽系統(tǒng)，綜合比較內(nèi)遮陽效果、自然采光和視覺影像等因素，考慮外遮陽與建筑一體化。

（4）建筑外窗、外門具備良好的熱工性能。

（5）建筑外窗可開啟比例 ≥ 30%，充分利用過渡季節(jié)自然通風(fēng)。

1.1.3 統(tǒng)籌供能系統(tǒng)

（1）通過冷熱電三聯(lián)供區(qū)域能源中心，加強能源梯級利用，提高一次能源的綜合利用效率。

（2）合理預(yù)測各區(qū)域冷熱負荷需求，優(yōu)化區(qū)域能源中心的數(shù)量、位置和容量配置。

（3）區(qū)域能源中心兼顧能量回收與蓄能措施，采用全壽命周期分析方法進行方案優(yōu)選，提高效率、平衡尖峰負荷。

（4）區(qū)域內(nèi)合理利用太陽能，并結(jié)合建筑功能和地下空間規(guī)劃，合理采用淺層地?zé)岬瓤稍偕茉础?/p>

1.1.4 輸配系統(tǒng)節(jié)能

（1）合理規(guī)劃能源輸配電線路和天然氣調(diào)壓站位置，平衡各輸配管網(wǎng)支路，縮短能源公共輸送管網(wǎng)長度，降低輸送過程中能源損耗。

（2）對配電網(wǎng)進行無功補償，合理配置低壓并聯(lián)電容器裝置的安裝地點和裝機容量。

1.1.5 自然采光和照明節(jié)能

（1）優(yōu)化外窗、天窗、下沉式采光中庭（邊廳）等被動式采光設(shè)計，改善室內(nèi)、地下空間的自然采光效果，必要時采用光導(dǎo)管、導(dǎo)光板、光纖等主動式導(dǎo)光或自然光強化技術(shù)增強室內(nèi)采光。

（2）市政公共照明根據(jù)各級機動車交通道路和人行道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求與節(jié)能照明功率密度，合理規(guī)劃燈具布局。

（3）選用高效光源、節(jié)能燈具，結(jié)合先進的照明控制系統(tǒng)，通過合理的分組、布線，實現(xiàn)實時智能調(diào)控。

（4）合理選用太陽能光伏、風(fēng)力發(fā)電等用于商務(wù)區(qū)公共照明。

1.1.6 分項計量和遠程監(jiān)測

（1）商務(wù)區(qū)內(nèi)所有建筑安裝能耗監(jiān)測系統(tǒng)，包括對建筑內(nèi)空調(diào)冷熱源、輸配系統(tǒng)、照明、辦公設(shè)備、可再生能源等的在線計量及能耗數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理等。大型建筑群的能耗監(jiān)測系統(tǒng)宜采用分區(qū)、分站集散式管理。

（2）實時監(jiān)測包含電、冷、熱、氣、水等各類能源。在線分析與預(yù)測和負荷合理匹配，提高能源運行效率。

（3）在主要功能房間設(shè)計和安裝室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。（4）合理采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對建筑物碳排量進行實時監(jiān)測，并對其碳排放量進行階段性評價。

1.2 運營規(guī)劃

1.2.1 區(qū)域能源規(guī)劃管理

根據(jù)《虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)集中供能專項規(guī)劃》（滬虹商管 [2015] 27 號），核心區(qū)一期及南、北片區(qū)集中供能規(guī)劃建設(shè) 3 主 2 輔共計 5 個能源中心，最終形成 5 站 2 網(wǎng)格局。以此滿足區(qū)域內(nèi) 352 棟、共計約 585 萬 m2的全部公共建筑的冷熱空調(diào)和賓館酒店生活熱水的用能需求。

集中供能系統(tǒng)的設(shè)計遵循“以熱定電、熱電平衡、余電上網(wǎng)、梯級利用”原則，以分布式供能系統(tǒng)為主導(dǎo)，通過有效整合設(shè)計、技術(shù)和設(shè)備，采用集中供冷、供熱、供電（三聯(lián)供）方式，平均能源綜合利用率約 80%。

據(jù)統(tǒng)計， 1、2 號能源站于 2017 年實現(xiàn)了三聯(lián)供系統(tǒng)平均單臺滿負荷運行 3 000 h；2018 年滿負荷運行逾 3 100 h，進入良性運營狀態(tài)；2019 年滿負荷運行逾 3 600 h。虹橋商務(wù)區(qū)區(qū)域三聯(lián)供系統(tǒng)的綜合利用效率已達 80% 以上，遠高于傳統(tǒng)能源供應(yīng)方式的利用效率，具有高效低耗、低碳環(huán)保等優(yōu)點。

1.2.2 低碳能效運行管理平臺

2014 年 8 月上海市發(fā)改委下達《關(guān)于虹橋商務(wù)區(qū)低碳能效運行管理信息平臺項目建議書的批復(fù)》（滬發(fā)改高技[2014] 82 號），同意在虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)構(gòu)建低碳能效平臺，包括建筑能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)、智能電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)、低碳能效綜合服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)據(jù)機房、網(wǎng)絡(luò)及安全以及相關(guān)配套設(shè)備建設(shè)。

2015 年 12 月，由虹橋商務(wù)區(qū)管委會牽頭的低碳平臺開發(fā)工作正式啟動，2016 年 9 月平臺正式建成并投入試運行。依據(jù)虹橋商務(wù)區(qū)要求，區(qū)域內(nèi)建筑實現(xiàn)全能源計量，不僅接入了用電量數(shù)據(jù)，而且水、冷熱量、可再生能源都被列為要求接入項，確保樓宇使用能源種類全覆蓋接入。此外，除高低壓配電間外，樓層間電、水、冷熱量數(shù)據(jù)都納入數(shù)據(jù)計量范圍，為數(shù)據(jù)的深度挖掘提供了可能性。

2018 年，平臺通過數(shù)據(jù)的持續(xù)接入，實時掌握區(qū)域樓宇能源結(jié)構(gòu)、用能狀況、能耗同比環(huán)比及異常變動情況，實現(xiàn)了對樓宇用能的在線監(jiān)測、動態(tài)分析和節(jié)能運行調(diào)節(jié)。同時，平臺以精細化管理為載體，多維度落實節(jié)能降耗，踐行“最低碳”理念，開始為虹橋商務(wù)區(qū)以及入駐企業(yè)樓宇提供各項綜合性服務(wù)。

目前，接入樓宇和數(shù)據(jù)規(guī)模都逐步擴大，并呈上升趨勢。未來還會將國家會展中心（上海）、虹橋樞紐交通中心（虹橋火車站和虹橋機場公共建筑部分）及商務(wù)區(qū)拓展區(qū)的重點樓宇能耗分項計量數(shù)據(jù)進一步接入平臺，如表 1 所示。

表 1 平臺接入規(guī)模以及未來預(yù)測值

2 綠色建筑運行能效對標(biāo)

2.1 綜 述

自上海市發(fā)改委于 2014 年提出建立 1+17+1 平臺以及發(fā)布《上海市國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)管理辦法》以來，上海市各級能耗平臺都加強了本區(qū)域國家機關(guān)和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和運行的監(jiān)督管理。利用樓宇能耗數(shù)據(jù)發(fā)揮平臺效應(yīng)以科學(xué)準(zhǔn)確的建筑能耗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘工作，致力于全方位服務(wù)與建筑綠色低碳產(chǎn)業(yè)的各個環(huán)節(jié)。其中，能效對標(biāo)是一種非常有效的手段，可以非常直觀地反映建筑的用能水平。

因此本文也擬用虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)內(nèi)重點樓宇和上海市其他區(qū)域樓宇對標(biāo)數(shù)據(jù)進行比較和分析嘗試發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘商務(wù)區(qū)和其他區(qū)域內(nèi)的用能水平及區(qū)別。虹橋商務(wù)區(qū)采用了區(qū)域集中供能設(shè)計，所有空調(diào)用電都由能源站統(tǒng)一提供。因此在分析綠色建筑運行中，對于能耗這塊有著特殊意義，可以評判集中供能系統(tǒng)和普通大型公共建筑的區(qū)別。本文研究對象為虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)某大型商業(yè)建筑（以下簡稱項目甲）和上海市中心城區(qū)的同類型商業(yè)建筑（以下簡稱項目乙），均由同一開發(fā)商、同一物業(yè)進行管理和維護，故而排除了管理差異。

2.2 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

本文主要依據(jù)為上海市地方標(biāo)準(zhǔn) DB 31/T 795-2014《綜合建筑合理用能指南》與上海市地方標(biāo)準(zhǔn) DB 31/T 552-2017《大型商業(yè)建筑合理用能指南》。同時，參考《2018 年度上海市國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測及分析報告》的通知（滬建建材聯(lián) [2019] 274 號），因此電耗和冷熱轉(zhuǎn)換為吉焦，如表 2 所示。虹橋商務(wù)區(qū)采用三聯(lián)供供能，其空調(diào)部分能耗統(tǒng)一采用熱力轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。

表 2 虹橋商務(wù)區(qū)三聯(lián)供供能空調(diào)部分能耗熱力轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)

（1）商業(yè)建筑年綜合能耗計算方法如式（1）所示。

式中：E—商業(yè)建筑年綜合能耗，GJ/a;

n—商業(yè)建筑消耗的能源品種數(shù)；

Ei—商業(yè)建筑再經(jīng)營國產(chǎn)中消耗的第i種能源實物量，實物單位；

ρi—第i種能源的計算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)。

（2）商業(yè)建筑可比單位建筑綜合能耗計算方法如式（2）所示。

式中：e—商業(yè)建筑單位建筑年綜合能耗，GJ/(m2·a)；

E—商業(yè)建筑年綜合能耗，GJ/a；

S—商業(yè)建筑面積，m2。

商業(yè)建筑可比單位建筑綜合能耗計算方法如式（3）所示。

式中：ec—商業(yè)建筑可比單位年綜合能耗，GJ/(m2·a)；

e—商業(yè)建筑單位建筑年綜合能耗，GJ/(m2·a)；

aj—第j類業(yè)態(tài)商業(yè)建筑綜合能耗修正系數(shù)。

2.3 虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)樓宇能耗對標(biāo)

依托虹橋商務(wù)區(qū)低碳能效運行管理平臺，獲知項目甲 2019 年全年用電E1=1 360 萬 kWh，非餐飲天然氣消耗E2=0，三聯(lián)供供冷E3=1 272 萬 kWh，三聯(lián)供供熱E4=349萬 kWh。依據(jù)《合理用能指南》綜合能耗計算如式（4）所示。項目甲單位建筑綜合能耗對標(biāo)分析如表 3 所示。

總面積A=16.00 萬 m2

表 3 項目甲單位建筑綜合能耗對標(biāo)分析表

2.4 上海市中心城區(qū)樓宇能耗對標(biāo)

項目乙 2019 年全年用電E1=1 041 萬 kWh，非餐飲用天然氣E2=0，煤氣E3=0，柴油E4=0。依據(jù)《合理用能指南》其綜合能耗計算如式（5）所示。項目乙單位建筑綜合能耗對標(biāo)分析如表 4 所示。

總面積A為 5.66 萬 m2

表 4 項目乙單位建筑綜合能耗對標(biāo)分析表

2.5 對標(biāo)結(jié)果分析

（1）綜合能耗分析。依據(jù) DB 31/T795-2014，單位能耗 ＜ 1905 的為先進。商業(yè)建筑類型可比能耗修正值如表5 所示。

表 5 商業(yè)建筑類型可比能耗修正表 GJ/(m2·a)

對于商業(yè)建筑會根據(jù)營業(yè)額進行修正，修正系數(shù)如表 6所示。

表 6 商業(yè)建筑年營業(yè)額可比能耗修正表

依據(jù)《2018 年度上海市國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測及分析報告》中關(guān)于超大型公共建筑對標(biāo)結(jié)果顯示，全市范圍內(nèi)典型超大型建筑表現(xiàn)最好的為 1 295，優(yōu)于全市結(jié)果。8 棟超大型公共建筑對標(biāo)結(jié)果如表 7 所示。

表 7 8 棟超大型公共建筑對標(biāo)結(jié)果 GJ/(m2·a)

（2）空調(diào)系統(tǒng)分析。項目甲和項目乙的區(qū)別在于甲使用的是三聯(lián)供空調(diào)系統(tǒng)、乙采用的是傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)。甲除去空調(diào)系統(tǒng)的用電為 119 632 GJ，空調(diào)為 5 8331 GJ，其空調(diào)用能占比為 32.79%。項目乙為 30.10%，全市范圍內(nèi)平均為 29.20%，如圖 1 所示。

圖 1 主要類型建筑分項用電占比情況

由于虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)樓宇電能耗部分基本不含空調(diào)能耗，特將空調(diào)由三聯(lián)供提供的能耗比例列舉出來以進行對比。由此可知，采用三聯(lián)供空調(diào)供能和采用集中式中央空調(diào)供能其空調(diào)用能比例相似，排除了空調(diào)用能占比過低導(dǎo)致綜合能耗偏低的情況。

綜上所述，在相同商業(yè)類型、同樣水平物業(yè)條件下，虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)內(nèi)綠色建筑建筑用能指標(biāo)屬于先進水平，低于用能指標(biāo)同為先進的中心城區(qū)項目，且在可比范圍內(nèi)優(yōu)于上海市內(nèi)平均水平。

3 結(jié) 語

隨著虹橋商務(wù)區(qū)建設(shè)規(guī)模和入駐企業(yè)的不斷增長，區(qū)域性的、高標(biāo)準(zhǔn)的、可追蹤的低碳布局優(yōu)勢已逐步體現(xiàn)。一方面，通過全局性的低碳設(shè)計，虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)綠色建筑有著得天獨厚的優(yōu)勢，在對標(biāo)分析中其能耗指標(biāo)優(yōu)于同類型節(jié)能建筑；另一方面，憑借低碳能效管理系統(tǒng)，可以讓區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)“數(shù)據(jù)看得見”“能耗管得住”“耗能降得下”，隨時可以把控方向盤，進行調(diào)優(yōu)，充分發(fā)揮了虹橋商務(wù)區(qū)“最低碳”“特智慧”的設(shè)計理念。虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)的綠色低碳建設(shè)模式，正在實踐和摸索中得到逐步完善，也為今后整個8 800 萬 m2商務(wù)區(qū)提供借鑒經(jīng)驗。