上海某绿色办公建筑机电系统运行管理案例分析

绿色建筑的绿色系统由各类部品、设备、设施与智能化软件组成，具有全生命期的特征，其功能、经济收益、非经济的效果和收益的实现不仅需要科学的设计，还需要精心的规划与执行，以谋求实现当初立意的目标。作为建筑内主要耗能设备，机电系统仅空调能耗就占总能耗地50%~60%，采取正确的运营管理手段可有效降低机电系统的能耗，具有巨大的节能潜力。

本文选取上海某获得绿色建筑运行标识三星级的办公建筑为典型案例，对其机电系统运行管理现状进行调研、分析，评价其能耗水平、分析其用能特点，指出该建筑机电系统设计和运行管理的不合理因素，提出相应的节能降耗措施，为其他建筑绿色设计和管理提供案例参考。

1  建筑概况

该建筑位于上海，2014年10月获得三星级绿色建筑设计标识，2016年2月竣工并投入使用，2017年11月获得三星级绿色建筑运行标识。用地面积8205㎡，总建筑面积43244.82㎡，建筑高度33.3m，地上7层，地下2层，容积率为2.70，建筑密度66.50%。建筑结构为钢筋混凝土结构，外立面采用玻璃幕墙和干挂石材。西面玻璃幕墙选用6mm+1.14PVB+6mm（Low-E）+19mm百叶+6mm钢化夹胶中空玻璃，其余面玻璃幕墙选用6 mm+1.14PVB+6 mm（Low-E）+12A+6mm钢化夹胶中空玻璃。

1.1  室内外设计参数

该建筑所在地上海市室外空调设计参数为冬季–1.2℃、74%，采暖度日数1 691；夏季34.6℃，夏季通风室外计算相对湿度为69%，空调度日数为164。室内设计参数见表1。

表1  室内设计参数

1.2  空调冷热负荷情况

该建筑玻璃幕墙各向窗墙比为东向0.61，南向0.73，西向0.57，北向0.75；屋面传热系数为0.46 W/（㎡·K），幕墙传热系数2.26 W/(㎡·K)，遮阳系数SC=0.27，可开启面积比9.6%。按GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》的规定，对该建筑冬夏季空调负荷进行逐时计算，结果显示该建筑供暖热负荷指标为62.28 W/㎡，空调制冷负荷指标为109.43 W/㎡。

1.3  冷热源系统

该建筑的空调冷冻水和热水由虹桥商务区能源站提供，机房内设换热站与能源站提供的冷热水进行换热后提供空调和生活热水，其中集中能源站采用4台1454 kW烟气热水型溴化锂冷水机组、一个蓄冷量为106MWh的蓄冷水槽以及8台7043kW电动离心式冷水机组进行供冷；采用4台供热量为9.3MW的燃气（油）两用热水锅炉进行供热。一次侧冷源供水温度为5.5~6.5℃，供回水温度差为7~8℃；二次侧供回水温度为7/14℃。一次侧热源供水温度为110~95℃，供回水温度差为50~35℃；二次侧供回水温度为60/50℃。

1.4  空调水系统

空调水系统采用二管制二次泵变流量水系统，通过板式换热器与能源站提供的空调水进行换热并提供建筑所用的空调冷热水。空调冷冻水、空调热水的供、回水总管各与机房的分水器和集水器连接，在夏、冬二季分别向二次侧提供空调冷水和空调热水。通过启闭分水器和集水器相关阀门，进行夏冬二季工况转换。

本项目二次侧共设置3台额定换热量1 800 kW的供冷系统板式换热器、4台（3用1备）单级单吸卧式离心泵，额定流量为220m³/h，额定扬程为35m；3台额定换热量1300kW的供热系统板式换热器，4台（3用1备）单级单吸卧式离心泵，额定流量为110m³/h，额定扬程为30m。

1.5  空调末端系统

该建筑主要功能区域采用风机盘管+新风系统顶送顶回方式，由于空间层高较高，采用高静压风机盘管确保冬季气流组织效果。经处理的新风直接送入房间内，新风空调箱机组设在楼层机房内。风机盘管和新风空调箱根据负荷计算结果进行匹配设计，型号较多，本文不逐一列举。

1.6  其他系统

该建筑屋顶规划安装分布式光伏发电系统，共安装光伏发电板293块，占地投影面积625㎡，安装发电量73.87kWh。

照明采用高光效荧光灯和节能灯。

2  建筑机电系统运行管理现状

该建筑根据GB/T 50314—2006《智能建筑设计标准》对商务办公建筑智能化标准要求，设置了综合布线系统、楼宇自控系统和能耗监测系统。其中楼宇自控系统主要对建筑内的通风、空调、水泵等设备进行自动控制；能耗监测系统根据配电系统形式和建筑功能分区设置了分项计量系统，在变电所低压出线柜对照明插座配电干线、空调配电干线、动力用电干线、特殊用电干线回路设置数字式电能表计；对照明系统、空调系统、通风风机、电梯以及动力系统进行分区分项计量，并对各个子系统进行细化分项计量。

2.1  空调风系统

由于该建筑所在城区采用能源站集中供能方式，因此对供暖空调系统的控制主要体现在风系统和水系统两方面。

采用热回收式新风机组回收利用室内排风能量，共采用11台热回收式新风机组，总排风量占总新风量的62.4%，制冷工况显热回收效率为60%，制热工况显热回收效率为65%。机组主要在冬季及夏季室内外温差较大时进行排风热回收，过渡季节新风通过旁通管道直接送入室内。经计算，该项目排风热回收机组全年能节省210 156.36 kWh电量，合计年节约成本180 104元，该设备的投资为412 500元，设备的投资回收期为2.29年。

2.2  空调水系统

每层回水干管上均安装静态平衡阀门，作为一次水力平衡调试手段，以均匀平衡水系统的流量。所有空调末端均设置电动调节阀，可根据室内负荷调节水流量。风机盘管系统可根据室内负荷和热舒适要求自由启停末端开关。同时水泵根据末端负荷变化可变频调节水流量。借助系统中的智能装置，工作人员只需记录水泵的开关机、运行时间及运行参数，以便于观察水泵的性能，到转季季节值班工程师根据反馈的数据通知阀门转季。实际运行时水泵的耗电输冷比为0.022072044，耗电输热比为0.006867364。

2.3  空调末端系统

新风系统采用新风需求控制，可根据区域内的二氧化碳浓度调节空调系统的新风量。项目主要功能房在二氧化碳浓度达到400 ppm，新风机会变频开启，使室外的新鲜空气通过过滤，紫外杀菌消毒，利用空调水的余热进行热或冷的二次回收，将新鲜空气送进功能房，从而降低能耗使空气质量到达正常值。新风系统具备采用不同新风量的条件，过渡季加大新风量（表2）。

表2  新风控制逻辑

该建筑日常维护主要针对风机盘管、新风机组等设备及其部件。主要对机组表面、凝结水盘、风机及盘管表面翅和机组等所有污染物沉积的部件进行清洗，对电机更换轴承、打油，及时对回风口和出风口进行清洗：关闭电源，拆下风盘、电机，用酸性药水对翅片和盘管浸泡5~10 min，并从盘管上的手动排气阀加水对其进行冲洗。拆下的电机，检查无损坏后更换轴承、打油，最后组装调试。

2.4  其他系统

该建筑设计阶段，由太阳能提供的电量比例=光伏发电量/用电负荷=73.87/3600=2.05%；运营阶段，由太阳能提供的电量比例=光伏发电量/总用电量=64640/2725662=2.37%。每年平均发电量约达8.2万kWh，二氧化碳年减排70520 kg，可节约标准煤约24600 kg。

采用智能应急照明系统，在消防控制室设智能应急照明主机，在每楼层设应急照明控制分机，主机与分机间采用E-BUS总线连接，控制分机带蓄电池，向控制分机所带应急灯具提供备用电源，供电时间满足消防要求。应急照明采用LED灯具，满足规范要求。楼梯间等公共区域照明采用感应延时开关，其他公共区域如车库、走廊、大厅等照明纳入设备集中控制系统，分时进行控制，采用自动调光装置降低照明能耗。

2.5  管理制度

该建筑管理方制定了详尽的机电系统操作规程、租户使用手册、空调系统维护保养操作规程及绿建运营激励制度。

规定的绿建运营现场类检查工作由品质部经理负责，重要工作、关键工作由总经理负责，日常绿建运营情况采取自查与公司品质抽查相结合，定期组织绿建运营管理培训，对工作突出的进行通报表扬及物质奖励。

3  建筑能耗分析

该建筑的运行耗能包括耗电量、供冷量和供热量3部分。

本文选取典型年数据，对建筑的运行能耗数据进行统计分析，结果显示各项用电量为：空调用电126.7万kWh；动力用电86.7万kWh，照明用电31.1万kWh；其他用电28.0万kWh。全年供冷量133.9万kWh；全年供热量137.0万kWh。

由于该项目由能源站供能，能源站装配的离心式冷水机组能效比为6.0001，热水锅炉效率为95%。项目冷热源部分年耗能折合166.6万kWh。光伏发电系统年发电量8.2万kWh（图1）。

经计算，典型年总能耗为430.9万kWh，其中供冷、供暖及空调系统的总能耗占项目全年总能耗的68.1%。项目总建筑面积为43244.82 ㎡，平均99.7 kWh/㎡，合358.7kJ/㎡，GB/T 2589—2012《综合能耗计算通则》规定1kWh=0.303kgce，因此折合30.2 kgce/㎡。据相关文献统计显示，上海地区普通办公建筑的运行能耗为35.43 kgce/（㎡·a），相比之下本项目的节能率为15%。

4  节能措施及建议

经分析发现，该建筑管理中存在一些问题。虽然其本身的节能配置很高，但节能效果不十分显著，主要是管理人员专业技术水平的问题。例如，虽然设置了热回收系统，然而对不同工况下回收效率方面的知识，管理人员并不十分了解，不了解应根据室外参数的变化进行调节；有时为了避免客户投诉而去满足个别客户不合理的冷暖要求而造成浪费。在实际运行中使用智能化管理系统时，只对设备开关机、运行时间进行设定，并不对各节点的参数进行调节，使系统的节能率打了折扣。针对这些问题，本文提出建议如下。

（1）采用合同能源管理制度。聘请专业人士进行管理，达到经济性、节能性双赢的效果。

（2）优化系统自控策略。例如在加热工况下，室内控制温度每降低1℃，能耗可减少约5%~10%；在冷却工况下，室内控制温度每提高1℃，能耗可减少约8%~10%。为节省能源，在加热工况下取室内设计温度的下限，冷却工况下取上限。

（3）细化系统运行管理办法。定期检查围护结构、设备、水和空气输送系统的保温性能；定期检查和维修水、空气输送系统，减少系统的泄露；定期维修、校核自动控制装置及监测仪表；加强空调水系统的水质管理；建立运行日志和设备的技术档案；主管部门定期派专人检查有关规章制度的执行情况。

5  结束语

本文的分析表明，若要最大限度降低机电系统运行管理的能耗，首先需有合理的前期设计，同时需要更加科学的运行管理办法，使整个系统实现高效节能运行。

本文选取具有示范意义的绿色建筑三星级项目作为案例，调研分析其机电系统运行管理现状，评价该建筑的能耗水平，分析其用能特点，并指出该建筑机电系统设计和运行管理的不合理因素，提出相应的节能降耗措施，可为其他建筑进行绿色化设计和管理提供案例参考。