建筑節(jié)能全過(guò)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(guò)程涉及項(xiàng)目立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、施工、運(yùn)行等多個(gè)階段。從節(jié)能角度出發(fā)，目前我國(guó)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(xiàng)目立項(xiàng)階段，需編制獨(dú)立的建筑節(jié)能專篇；在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)單位需執(zhí)行相關(guān)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行施工；在項(xiàng)目運(yùn)行階段，出臺(tái)了相應(yīng)的建筑用能指南、能耗標(biāo)準(zhǔn)、能源統(tǒng)計(jì)和能源審計(jì)技術(shù)導(dǎo)則等[1-2]。

此類節(jié)能管理手段對(duì)我國(guó)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(wèn)題。如這一系列的節(jié)能管理手段相互獨(dú)立，處于不同的管理階段，很難保證在長(zhǎng)時(shí)間的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)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(duì)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(jiǎn)單堆砌，實(shí)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(shí)建筑節(jié)能工作，將建筑節(jié)能目標(biāo)從規(guī)劃設(shè)計(jì)到建筑運(yùn)營(yíng)階段前后統(tǒng)一起來(lái)，本文構(gòu)建了一套貫穿建筑建造各階段的全過(guò)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(duì)建筑建設(shè)和運(yùn)營(yíng)全過(guò)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(xiàng)目立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等多個(gè)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(lái)源，也可將指標(biāo)向下一個(gè)階段進(jìn)行推演，保證建筑全過(guò)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(shí)現(xiàn)建筑運(yùn)營(yíng)節(jié)能。

1.2 建筑能耗指標(biāo)體系的構(gòu)建

建筑建設(shè)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)逐步明確、逐步實(shí)踐的過(guò)程。對(duì)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(lái)越具體和精確的過(guò)程。

建筑能耗指標(biāo)體系如圖 1 所示。此體系不僅是一個(gè)貫穿建筑建造和運(yùn)營(yíng)全周期的總控制目標(biāo)，也是一個(gè)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(gè)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(dòng)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(jì)和計(jì)算的性能指標(biāo)，如空調(diào)采暖系統(tǒng)累計(jì)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(duì)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(duì)應(yīng)著不同的能耗指標(biāo)層次。在項(xiàng)目立項(xiàng)階段，缺乏具體的設(shè)計(jì)方案，需要設(shè)定一個(gè)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(jì)階段，通過(guò)設(shè)計(jì)和模擬計(jì)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(jì)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(lái)考慮。在竣工驗(yàn)收階段，測(cè)試設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)獲得第三個(gè)層次的設(shè)備性能指標(biāo)。在運(yùn)行階段，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況獲得運(yùn)行階段的設(shè)備實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)，從而上推驗(yàn)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(gè)階段具體面對(duì)的對(duì)象可以相互對(duì)話，且不同層次指標(biāo)的總控制目標(biāo)是一致的。同時(shí)，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(shí)現(xiàn)上一層目標(biāo)對(duì)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(jì)、施工和運(yùn)行管理的不同階段特點(diǎn)，可以分別在不同層次上制定指標(biāo)、評(píng)測(cè)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(xiàng)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(guò)程管理、優(yōu)化和調(diào)適方法

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

2.1 項(xiàng)目立項(xiàng)階段

在建筑立項(xiàng)時(shí)，需要設(shè)立建筑的總體節(jié)能目標(biāo)。此時(shí)，應(yīng)由建設(shè)單位向政府管理部門提交建筑未來(lái)用能承諾值，該值將作為建筑的節(jié)能總指標(biāo)。此時(shí)，建筑的具體設(shè)計(jì)還未明確，不必審查項(xiàng)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(guò)節(jié)能審查后才能批準(zhǔn)項(xiàng)目立項(xiàng)。未來(lái)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(duì)建筑實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)相關(guān)政策進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰。通過(guò)該項(xiàng)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(jì)與方案招投標(biāo)階段

建筑給出運(yùn)行能耗目標(biāo)值后，作為主要的評(píng)標(biāo)內(nèi)容之一，各參與投標(biāo)的設(shè)計(jì)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(jì)，并論證方案實(shí)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(jì)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(jì)算方法等?；谀芎哪繕?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(jì)單位。這樣可在設(shè)計(jì)初期對(duì)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(shí)現(xiàn)。

2.3 施工圖設(shè)計(jì)階段

施工圖審查包括兩個(gè)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(jì)缺陷或疏漏；另一方面通過(guò)建筑動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)，對(duì)建筑逐時(shí)冷熱負(fù)荷和機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行能耗進(jìn)行評(píng)估，并將評(píng)估值與建筑能耗目標(biāo)值進(jìn)行比對(duì)。對(duì)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(wèn)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(jì)質(zhì)量關(guān)的重要手段，確保建筑節(jié)能切實(shí)落到實(shí)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(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵之一。在施工階段，全過(guò)程管理團(tuán)隊(duì)需駐場(chǎng)對(duì)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(chǎng)查驗(yàn)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要材料的進(jìn)場(chǎng)查驗(yàn)、機(jī)電及結(jié)構(gòu)節(jié)能相關(guān)施工質(zhì)量監(jiān)管、對(duì)施工圖紙變更進(jìn)行及時(shí)節(jié)能核驗(yàn)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(yùn)行時(shí)建筑整體的性能狀態(tài)的關(guān)鍵。

2.5 工程竣工驗(yàn)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(duì)工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研、檢查和必要的測(cè)試。一方面，對(duì)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(yàn)，確認(rèn)實(shí)際建筑的建筑材料、門窗尺寸、系統(tǒng)形式和設(shè)備的型號(hào)、數(shù)量、額定參數(shù)等。另一方面，對(duì)主要設(shè)備，如冷機(jī)、水泵、空調(diào)末端設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，評(píng)價(jià)其用能效率并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析各項(xiàng)能耗指標(biāo)是否滿足立項(xiàng)階段設(shè)定的能耗指標(biāo)要求。對(duì)不合格的指標(biāo)，應(yīng)該調(diào)查和分析原因，查找問(wèn)題源頭并限期整改。

2.6 運(yùn)行管理階段

建筑進(jìn)入運(yùn)行階段后，由于末端實(shí)際負(fù)荷需求與設(shè)計(jì)時(shí)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(yùn)行策略不合理、運(yùn)行人員未能理解掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路等問(wèn)題，因此常導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，建筑的運(yùn)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(wèn)題。為此，需要全過(guò)程管理團(tuán)隊(duì)在運(yùn)行管理階段利用機(jī)電調(diào)適的技術(shù)，對(duì)建筑機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行全方位調(diào)適并對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與末端實(shí)際需求的匹配，并達(dá)到預(yù)期的能效水平，最終實(shí)現(xiàn)建筑能耗目標(biāo)值。

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

3.1 項(xiàng)目背景

項(xiàng)目為上海市商業(yè)化運(yùn)作的近零碳排放建筑，即虹橋迎賓館 9 號(hào)樓，年碳排放量預(yù)定目標(biāo)為 CO2不超過(guò) 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(xiàng)目自 2015 年 12 月啟動(dòng)，已于 2017 年 8 月竣工并投入運(yùn)行。該項(xiàng)目已獲得 2019 年度G 20 二十國(guó)集團(tuán)“雙十佳”、最佳節(jié)能技術(shù)及最佳節(jié)能實(shí)踐、2019 年度上海市優(yōu)秀工程咨詢成果一等獎(jiǎng)、2018 年度中國(guó)發(fā)改委“雙十佳”—最佳節(jié)能技術(shù)及最佳節(jié)能實(shí)踐、2018 年度上海市既有建筑綠色更新改造鉑金獎(jiǎng)。

3.2 全過(guò)程管理方法應(yīng)用綜述

虹橋迎賓館 9 號(hào)樓在建設(shè)立項(xiàng)時(shí)訂立了建筑的碳排放指標(biāo)。為了確保最終實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，項(xiàng)目創(chuàng)新性地采用了全過(guò)程指標(biāo)體系管理方法，管理方法框架如圖 2 所示。

基于項(xiàng)目立項(xiàng)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(xiàng)目階段的推進(jìn)（立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、竣工驗(yàn)收、運(yùn)行）進(jìn)行不斷更新，對(duì)各階段的工作進(jìn)行監(jiān)督、指導(dǎo)及優(yōu)化。

3.2.1 立項(xiàng)階段

在立項(xiàng)階段，業(yè)主承諾近零碳排放的指標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)碳排放量的 CO2額≤ 25 kg/（m2·a）。設(shè)計(jì)單位根據(jù)節(jié)能目標(biāo)對(duì)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(jì)階段

在設(shè)計(jì)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(duì)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(hào)樓指標(biāo)體系

利用已經(jīng)確定的技術(shù)指標(biāo)，對(duì)建筑進(jìn)行能耗模擬軟件仿真計(jì)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(jì)要求進(jìn)行材料、設(shè)備的采購(gòu)，對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)。

3.2.4 竣工驗(yàn)收階段

在竣工驗(yàn)收階段，審核建筑材料檢驗(yàn)報(bào)告、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。利用實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)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(yàn)收包括審核圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料檢測(cè)報(bào)告、實(shí)測(cè) VRV 機(jī)組 COP（3.54）、實(shí)測(cè)新風(fēng)熱回收機(jī)組平均制冷效率（69%）、BA 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)和集控。與照明系統(tǒng)能耗相關(guān)的驗(yàn)收包括實(shí)測(cè)照明燈具功率密度和照度、實(shí)測(cè)光導(dǎo)管設(shè)備照度、BA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的驗(yàn)收為實(shí)測(cè)光伏發(fā)電效率（16.63%），與額定效率誤差為 4.6%。竣工驗(yàn)收階段的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(guò)竣工驗(yàn)收。

3.2.5 運(yùn)行階段

在運(yùn)行階段，進(jìn)行能耗監(jiān)測(cè)和運(yùn)行管理。將能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與承諾的能耗指標(biāo)進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)糾偏運(yùn)行問(wèn)題，建立科學(xué)合理的運(yùn)行管理體系，最終實(shí)現(xiàn)虹橋迎賓館年實(shí)際碳排放量 CO2為 24.89 kg/（m2·a）的目標(biāo)。

虹橋迎賓館 9 號(hào)樓建設(shè)各階段遇到的部分典型問(wèn)題和解決方案如表 1 所示。通過(guò)對(duì)標(biāo)能耗指標(biāo)體系，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，及時(shí)糾偏和修正，保證近零建筑節(jié)能工作落實(shí)到建筑建設(shè)和運(yùn)行的各個(gè)階段。

表 1 9 號(hào)樓全過(guò)程管理工作中各階段遇到的問(wèn)題及解決方案

4 結(jié) 語(yǔ)

從建造至投入運(yùn)營(yíng)，建筑建造過(guò)程周期長(zhǎng)、主要負(fù)責(zé)單位的參與階段相對(duì)獨(dú)立、專業(yè)水平參差不齊，導(dǎo)致建筑建造過(guò)程被割裂拆分成相互獨(dú)立的幾個(gè)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(guó)內(nèi)目前主流的節(jié)能設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)方法強(qiáng)調(diào)“節(jié)能技術(shù)”而非“實(shí)際運(yùn)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(shí)際運(yùn)行效果難以保證。

項(xiàng)目實(shí)踐證明，堅(jiān)持“以實(shí)際運(yùn)行能耗評(píng)價(jià)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(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等全過(guò)程中。通過(guò)對(duì)細(xì)化指標(biāo)進(jìn)行反復(fù)對(duì)標(biāo)校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)提供有效保障。