“雙碳”背景下既有建筑綠色節(jié)能改造實踐

■ 潘 軍 PAN Jun

0 引言

在國家“雙碳”政策引領(lǐng)下，一大批新建建筑正按照不斷更新的國家綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計、施工和運營。在一線城市的中心城區(qū)，有相當(dāng)一批既有建筑，因其建造年代的標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)不同，其綠色節(jié)能效果不及新建建筑。這些建筑的業(yè)主面對不斷提升的運營、能耗成本和招租壓力，提出了明確的節(jié)能改造要求。如何針對既有建筑的實際情況，因地制宜地進行綠色節(jié)能改造，成為當(dāng)下一個熱門的探索課題。本文將針對一個具體項目的節(jié)能改造實例進行分析和總結(jié)。

1 案例背景

位于上海市中心城區(qū)的C 中心（圖1），是由甲級寫字樓和商業(yè)中心所組成的城市綜合體，總建筑面積12.3 萬m2。其中，商業(yè)中心約4 萬 m2，商戶數(shù)量約為25 戶，員工數(shù)量為600 人，顧客人數(shù)為15 000 人，每天運營13 h；5A 甲級寫字樓面積近5 萬 m2，全年運行天數(shù)365 d，辦公租戶數(shù)量約為40 戶，辦公員工數(shù)量約為4 500 人，訪客人數(shù)為300 人，每天運行16 h；其余為地下車庫。C 中心投入運營至今約5 年時間，吸引了多家新銳企業(yè)入駐，商業(yè)和辦公基本呈現(xiàn)滿租狀態(tài)，物業(yè)管理已進入較為穩(wěn)定的階段，在運營方面也進行了一些有益的探索和實踐。

圖1 項目實景圖

由于歷史原因，項目在建設(shè)之初并未按照綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)進行定位和設(shè)計。雖然運營單位努力通過各種途徑提升管理能力，但建筑始終存在能耗較高、環(huán)境舒適度不佳、實時運行數(shù)據(jù)掌握不全面、樓宇管理效率有待提高等痛點。業(yè)主方要求項目改造團隊提出高效率方案來解決上述問題，提升項目的綠色運營效能。

2 改造的思路和做法

既有建筑的綠色節(jié)能改造首先應(yīng)明確目標(biāo)和指導(dǎo)原則。項目團隊在工作啟動伊始，即明確本項目的更新工作原則應(yīng)是以國家和地方制定的綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)[1-2]為引領(lǐng)，最大程度地提升使用人的健康和綠色體驗，提高能源使用效率，降低建筑物的綜合能耗和水耗，降低碳排放。

項目團隊根據(jù)最新實施的上海市《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo) 準(zhǔn)》）（DG/TJ 08-2090—2020），從安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居等5 個方面著手，分析項目現(xiàn)狀，查找差距點，提出有針對性、高性價比且用戶體驗感強的升級改造措施，以提升項目的“綠色性能”。經(jīng)分析，本項目從2012 年開始設(shè)計和建設(shè)，對照現(xiàn)行的《標(biāo)準(zhǔn)》，建筑和暖通設(shè)備方面的硬件基礎(chǔ)較好，符合國家和地方標(biāo)準(zhǔn)中綠色建筑的控制性要求，不存在“硬傷”；而且，C 中心的物業(yè)管理水平處于行業(yè)領(lǐng)先地位，物業(yè)管理企業(yè)通過了ISO 9000 和ISO 18000 及安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化認證；項目投入運營后，各年度逐月能源使用記錄完整，且能耗數(shù)據(jù)接入了區(qū)屬能耗檢測平臺。這樣在硬件和軟件基礎(chǔ)相對較好的條件下，后期通過選擇合適的改造路徑，完全可以達到現(xiàn)行《標(biāo)準(zhǔn)》下的綠建二星水準(zhǔn)?；谏鲜龇治龊团袛?，項目團隊對照標(biāo)準(zhǔn)擬定了綠色節(jié)能改造路線圖，即在建立實時運營管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分提升建筑物安全耐久性、增加使用者健康舒適度、提高生活便利性、優(yōu)化資源使用效率和美化周邊環(huán)境。

2.1 建立實時運營信息系統(tǒng)

（1）靜態(tài)數(shù)據(jù)方面：在著手硬件改造工作以前，項目團隊首先建立了一個基于BIM 技術(shù)的智慧樓宇運營平臺[3]，該平臺的系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。有別于新建項目的正向建模手段，本項目的設(shè)計和建造均基于二維圖紙，沒有三維模型。對此，通過調(diào)用建筑和水電通風(fēng)專業(yè)的竣工圖紙，反向建模，將樓宇的靜態(tài)信息構(gòu)建到BIM 模型中，且模型精度達到LOD500 標(biāo)準(zhǔn)（模型最高等級）；同時將梁板柱尺寸等主要構(gòu)件的幾何信息、水電暖專業(yè)的主要零件和管件尺寸、重要設(shè)備的廠商信息等，全部集成到模型中。

圖2 基于BIM 技術(shù)的智慧樓宇運營平臺系統(tǒng)架構(gòu)

（2）動態(tài)信息方面：一方面，將樓宇的主要動態(tài)運營信息如空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、發(fā)電機系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、冷源系統(tǒng)、熱源系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、水系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等運行數(shù)據(jù)，通過既有或新研發(fā)的數(shù)據(jù)接口，實時傳遞到平臺上；另一方面，新裝或更換分回路計量電表和重點部位計量水表，實時監(jiān)測各終端用戶能耗水耗信息，提升能源感知和審計能力。本次改造還在地下車庫、商業(yè)和辦公區(qū)域加裝了環(huán)境傳感器，感知總揮發(fā)有機物（TVOC）、PM2.5、PM10、CO 和 溫濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)，并集成在該數(shù)字平臺中；在出入口和商場人員容易集聚的重點部位更換了具有AI 功能的數(shù)字攝像頭和通信探針，以感知人流量數(shù)據(jù)；在BIM 的靜態(tài)模型信息上加載上述動態(tài)數(shù)據(jù)，集成后即形成實時動態(tài)的全景化數(shù)字孿生場景，可顯示建筑能耗和人流量之間的關(guān)系（圖3）。

圖3 運營平臺上的人流與能耗數(shù)據(jù)

（3）業(yè)務(wù)管理流程方面：項目新部署了“智慧服務(wù)APP”及“集團公司物業(yè)板塊信息化平臺”，并與智慧樓宇運營平臺建立接口，對原有標(biāo)準(zhǔn)物業(yè)管理作業(yè)程序（SOP）加以信息化、集成化，信息系統(tǒng)功能與線下業(yè)務(wù)流程匹配，形成完整的工作數(shù)據(jù)記錄，可在移動端或電腦端在線創(chuàng)建、接單、處理、驗收和抽查物業(yè)工單及客服工單，實現(xiàn)綠色建筑物業(yè)管理的定量化、精細化和可追溯化。

通過集成靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)信息和業(yè)務(wù)管理流程，項目的運營管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)了全面動態(tài)展示項目整體建筑模型管理（包括給排水、暖通風(fēng)、暖通水、消防、電氣及電源模型）、設(shè)備數(shù)量和運行統(tǒng)計管理（包括強電、弱電、暖通、給排水、電梯及消防）、物業(yè)工單系統(tǒng)信息處理情況、公司生產(chǎn)信息及實時動態(tài)發(fā)布、故障報警列表及提醒、樓宇運行概況、天氣及環(huán)境數(shù)據(jù)實況、樓宇用電、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)等實時運營信息的目標(biāo)。有了這一強有力的信息平臺，樓宇的底層運行信息可全面掌握。

2.2 提升安全耐久性

本項目竣工于2015 年,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)相對較高，故建筑本體安全耐久性指標(biāo)較好，此方面的改造工作重點是按照《安全標(biāo)識及其使用導(dǎo)則》（GB 2894—2008）要求設(shè)置安全警示及安全引導(dǎo)標(biāo)識，包括禁煙、禁止攀爬、禁止使用手推車上自動扶梯、小心地滑、禁止踩踏、人行導(dǎo)向、樓層、安全出口、停車場和室外吸煙點等。警示和標(biāo)識需清晰、醒目，安排位置和分布密度需合理。另外，在智慧樓宇運營平臺中，也增加了以用電、人流、消防、應(yīng)急疏散為安全重點的監(jiān)測功能，輔以應(yīng)對各種場景的應(yīng)急預(yù)案，提升安全應(yīng)急管理能力。

2.3 增加健康舒適度

本項目地上商業(yè)、辦公用房等采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)（帶熱回收）系統(tǒng)，地下一層商業(yè)等大空間采用全空氣系統(tǒng)，室內(nèi)均設(shè)有空調(diào)末端控制面板，可根據(jù)使用人員的體感和需求獨立調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度和風(fēng)速，實現(xiàn)獨立控制。

本次改造工作在上述硬件基礎(chǔ)上，針對前期評估PM2.5指標(biāo)不理想的結(jié)果，優(yōu)化新風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)置過濾段（圖4），且設(shè)定等級從G4+F5 提升至G4+F7，以保證室內(nèi)空氣質(zhì)量滿足綠色建筑性能要求。

圖4 改造后的空氣過濾段

在每層商業(yè)及辦公區(qū)域均新增設(shè)安裝空氣質(zhì)量傳感器，監(jiān)測PM10、PM2.5、CO2、TVOC、溫度、濕度等6 項指標(biāo)，所有傳感器均接入智慧平臺，以實現(xiàn)連續(xù)測量、顯示、記錄、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，可在污染物超?biāo)時報警，并在BIM 模型中顯示。地下二、三層車庫設(shè)有機械通風(fēng)系統(tǒng)，本次改造在各層增設(shè)多個CO 濃度傳感器（圖5），且設(shè)置密度滿足《標(biāo)準(zhǔn)》要求。當(dāng)車庫內(nèi)CO 濃度大于30 mg/m3時，聯(lián)動現(xiàn)有的機械排風(fēng)系統(tǒng)，自動開啟排風(fēng)機和補風(fēng)機，對車庫進行換氣通風(fēng)，降低有害氣體濃度，保證地下室空氣質(zhì)量。

圖5 地下車庫CO 濃度傳感器

根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》要求，對樓宇內(nèi)人員長期停留場所的燈具進行部分更換，使更換后的燈具符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》（GB/T 20145—2006）規(guī)定的無危險類照明產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)檢測，更換后的LED 燈具光輸出波形的波動深度滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《LED 室內(nèi)照明應(yīng)用技術(shù)要求》（GB/T 31831—2015）的規(guī)定。

2.4 提高生活便利性

C 中心的商業(yè)部分全部對社會公眾開放。本著最大限度向社會提供公共服務(wù)的綠色建筑理念，提高全社會資源使用效率，本次綠色建筑改造工程還在地下停車場內(nèi)增設(shè)機動車普通充電樁（圖6）及特斯拉專用充電樁，并在非機動車停車庫增設(shè)電瓶車集中充電柜（圖7），配備專用消防器具。同時，通過管理手段，向周邊居民提供夜間錯峰停車的月租套餐，以優(yōu)化社會資源配置，提升社會效益。

圖6 機動車普通充電樁

圖7 電瓶車集中充電柜

2.5 優(yōu)化資源使用效率

本項目的暖通系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)較好，改造量不大。本次改造后，項目團隊通過智慧樓宇運營平臺收集到室外溫濕度、室內(nèi)人流量和室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，編制基于參數(shù)的運行調(diào)節(jié)方案，可以有依據(jù)、有目的地動態(tài)調(diào)整暖通設(shè)備的運行狀態(tài)，使其在保證舒適度的前提下最大限度地節(jié)約能耗。

在水資源利用方面，更換了項目內(nèi)部分用水效率不達標(biāo)的用水器具。改造后，坐便器、小便器、水嘴等主要用水器具的用水效率等級達到1 級（圖8），淋浴器的用水效率等級達到2 級要求。在場地綠化中，還增置了節(jié)水灌溉系統(tǒng)，實現(xiàn)微噴灌（圖9）和滴灌相結(jié)合。對不成片的小塊獨立綠化采用取水閥取水進行灌溉，并設(shè)置雨量傳感器自動關(guān)閉裝置（圖10），降雨時可自動停止灌溉，也可通過信息化手段實現(xiàn)遠程啟停灌溉裝置。采用節(jié)水灌溉的綠地面積比例需大于90%，且改造時，需根據(jù)檢測結(jié)果，對水壓超過0.20 MPa 的部分增設(shè)減壓閥，將水壓控制在0.20 MPa以內(nèi)，減少因超壓出流產(chǎn)生不必要的水量浪費。

圖8 節(jié)水器具

圖9 綠化噴灌裝置

圖10 雨天傳感關(guān)閉裝置

2.6 打造宜居環(huán)境

根據(jù)上海市生活垃圾分類要求，本項目專門設(shè)置了分類垃圾房，增設(shè)通風(fēng)、除塵除臭設(shè)施，并增加了消殺裝置。

項目調(diào)整了原有的室外吸煙點，將其設(shè)置在商業(yè)和辦公主出入口的下風(fēng)8 m 以外，靠近集中綠化，但遠離商業(yè)和辦公主要人流及和樓宇新風(fēng)入口，并相應(yīng)配置具有煙頭收集功能的垃圾筒。調(diào)整后的室外吸煙點周邊張貼吸煙有害健康的明顯警示標(biāo)識。此外，樓內(nèi)嚴(yán)格禁止吸煙，另設(shè)吸煙區(qū)導(dǎo)向標(biāo)識。

3 綠色節(jié)能改造取得的效果

根據(jù)《能源審計報告》，本項目在 2019—2021 年，單位面積總能耗平均值為45.48 kWh/m2，比《綜合建筑合理用能指南》（DB31/ T 795—2014）中的用能合理值水平的50.45 kWh/m2低10.14%。

本次節(jié)能改造后，2020 年11月—2021 年10 月期間，逐月綜合能耗值降低到43.53 kWh/m2，對比2019 年、2020 年能耗，數(shù)值進一步明顯下降。相較2020 年，改造后每年可減少碳排放196 t，取得了良好的社會效益。

改造后，項目運行階段室內(nèi)空氣中的氨（NH3）、甲醛、苯、總揮發(fā)性有機物、氡（Rn）等污染物濃度的檢測值低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18883—2002）規(guī)定限值的40%以上[4]（表1）。

表1 改造后室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測結(jié)果

在項目改造前，根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》對項目進行預(yù)評估的分值為68.7 分，不能滿足二星級要求。改造后,經(jīng)專家評審確認，分值提升至73.2 分,達到新標(biāo)準(zhǔn)下綠色建筑運營標(biāo)識二星級標(biāo)準(zhǔn)。

上述改造工作投入的初投資成本約為558 萬元，單位面積增量成本約為45 元/m2。根據(jù)初步運營結(jié)果測算，本項目年可節(jié)約運行費用約30萬元。另外，綠色建筑二星級認證通過后還可獲得多項財政補貼。

4 經(jīng)驗及意義

本項目作為綠色節(jié)能改造案例，是既有建筑在“碳達峰”“碳中和”戰(zhàn)略背景下的升級改造，為新形勢下的城市更新提供了有益的經(jīng)驗。

（1）以國家和地方標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)指南為引領(lǐng)，合理分析建筑的特點，制定有針對性的提升和改造措施，避免走彎路。

（2）以全景化的信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，掌握全過程和實時的建筑運營數(shù)據(jù)。若沒有信息系統(tǒng)的支撐，改造工作很大程度上會是盲人摸象的場景。

（3）充分掌握詳實的項目運營歷史數(shù)據(jù)，在措施選擇上，應(yīng)優(yōu)先采用對使用者感知度提升明顯、社會效益高、能耗水耗降低明顯、有利降低運營成本的低投入改造措施。

（4）能源傳感器和環(huán)境傳感器的數(shù)量決定了末端信息量的豐富程度，也決定了未來運營調(diào)適的準(zhǔn)確程度。這方面提升改造投入的大小，將直接影響未來運營成本支出的降低幅度。

（5）改造工作需要業(yè)主、用戶和運營管理團隊形成合力，需要有物業(yè)運營管理系統(tǒng)的信息化支持。

（6）良好的線下管理可以為迅速提升建筑物綠色管理水平提供扎實的基礎(chǔ)。

（7）綠色節(jié)能改造需因地制宜，量力而行，不宜盲目追求豪華先進、貪大求全，適用的技術(shù)措施才可能是最好的。對于成本投入高而使用者體驗不明顯、節(jié)能效果短期內(nèi)不顯著及回收期長的改造措施，應(yīng)謹慎使用。

同時，本次改造案例為今后新建項目在綠色建筑的策劃、設(shè)計、施工和運營等方面提供了非常有意義的借鑒。例如，在新項目啟動之時，利用BIM 技術(shù)進行正向設(shè)計；根據(jù)綠色運營管理需求，結(jié)合樓宇的設(shè)計和施工，同步布設(shè)樓宇運營狀態(tài)傳感器；采用合理的建筑布局和被動式節(jié)能方案等。相較于后期改造，這些措施的應(yīng)用會大幅度降低成本的投入，合理性、經(jīng)濟性更強。

5 結(jié)語

作為節(jié)能改造實踐，本案例可以為既有建筑在較小投入下提升運營效率、降低能耗水平提供借鑒。通過對目標(biāo)建筑的運營特點和歷史數(shù)據(jù)進行仔細分析，以不斷更新的國家標(biāo)準(zhǔn)為導(dǎo)向，合理布置建筑運營傳感器，最大程度地掌握建筑運營的實時數(shù)據(jù)，尋找最優(yōu)改造點，提升智慧運營水平，將是一個卓有成效的既有建筑節(jié)能改造解決方案。