建筑節能全過程管理及調適方法

鄧光蔚（上海建科建筑節能技術股份有限公司， 上海 200032）

建筑建造過程涉及項目立項、設計、招投標、施工、運行等多個階段。從節能角度出發，目前我國在建筑建造各階段均設有一定的節能管理手段。如在項目立項階段，需編制獨立的建筑節能專篇；在設計階段，設計單位需執行相關的建筑節能設計標準；在施工階段，施工單位需按照建筑節能施工質量驗收標準的要求進行施工；在項目運行階段，出臺了相應的建筑用能指南、能耗標準、能源統計和能源審計技術導則等[1-2]。

此類節能管理手段對我國建筑節能事業的發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和運營周期內節能工作的一致性和連貫性。此外，各措施并未對節能工作提出定量的任務目標，導致各階段缺乏明確、統一、連續的節能控制目標，較易使建筑節能成為大量節能技術的簡單堆砌，實際節能效果卻難以保證，甚至出現綠色建筑反而更耗能的怪圈。

為了進一步落實建筑節能工作，將建筑節能目標從規劃設計到建筑運營階段前后統一起來，本文構建了一套貫穿建筑建造各階段的全過程管理指標體系。以該指標體系作為建筑建造各階段節能工作的管理依據，以量化的方式對建筑建設和運營全過程進行管理及調適，保證建筑節能目標落地。

1 建筑能耗指標體系構建

1.1 構建能耗指標體系的目的

將最終節能效果作為判斷建筑是否節能的唯一準則，在項目立項、設計、施工、運行等多個階段中，不再詳細規定哪些技術和措施是節能的，以量化的方式考察各階段的節能管理工作和調適結果是否達標。不同階段的能耗指標具有可追溯性和可延續性，即可追溯指標的來源，也可將指標向下一個階段進行推演，保證建筑全過程管理和調適工作具有明確的、統一的、連續的工作依據，最終實現建筑運營節能。

1.2 建筑能耗指標體系的構建

建筑建設過程實際上是一個逐步明確、逐步實踐的過程。對于建筑建設各階段的節能指標而言，也是隨著建筑建設進程的推進而變得越來越具體和精確的過程。

建筑能耗指標體系如圖 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，也是一個多層次、系統化的指標體系。隨著建筑建設進程的推進，建筑總能耗指標可以大體向下分解為 3 個層次，即能源消耗指標、系統性 能指標、設備性能指標。

圖 1 能耗指標體系

能源消耗指標是指建筑內主要能源消耗系統用能指標，包括采暖/通風/空調系統能耗指標、照明系統能耗指標、動力系統能耗指標、可再生能源系統能耗指標等。系統性能指標是指各用能系統可設計和計算的性能指標，如空調采暖系統累計冷負荷/熱負荷指標、空調/采暖系統綜合能效比等。設備性能指標是對系統性能指標的細化，即各設備的具體性能參數，如冷機綜合能效比、冷凍/冷卻輸送系數、空氣輸送系數等。

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

如此層層分解的能耗指標體系結構，使得能源消耗總控制目標與每個階段具體面對的對象可以相互對話，且不同層次指標的總控制目標是一致的。同時，不同層次指標彼此相關，上一層是給出相關任務的目標，下一層則是將這一目標分解，給出要實現上一層目標對應的各分系統的具體任務指標。由此，根據設計、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、評測管理，根據不同的指標進行優化和調適。不同層次間指標是相互吻合的，又可以保證項目不同階段節能管理目標的一致性。

2 基于指標體系的全過程管理、優化和調適方法

基于貫穿建筑全過程的能耗指標體系，針對各階段建筑節能工作重點，提出相應管理手段。針對不同的系統進行優化和調適，實行建筑節能全過程管理。

2.1 項目立項階段

在建筑立項時，需要設立建筑的總體節能目標。此時，應由建設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能總指標。此時，建筑的具體設計還未明確，不必審查項目具體用了哪些節能技術，政府管理部門只需審查其承諾數值是否滿足規定的節能要求即可，通過節能審查后才能批準項目立項。未來建筑投入使用后，政府管理部門也將根據建筑的用能承諾值對建筑實際運行效果進行評估，并根據相關政策進行獎勵或懲罰。通過該項規定，也為政府部門管控新建建筑能耗提供了有力的抓手。

2.2 方案設計與方案招投標階段

建筑給出運行能耗目標值后，作為主要的評標內容之一，各參與投標的設計單位需根據該承諾值進行圍護結構、機電系統等方案設計，并論證方案實現能耗目標值的可行性。具體論證內容包括建筑設計方案、圍護結構形式及參數、中央空調系統形式及控制策略、照明方式和燈具類型、能耗計算方法等。基于能耗目標值的方案招投標設置，將責任和壓力傳達至設計單位。這樣可在設計初期對建筑節能進行嚴格把關，保證建筑節能目標實現。

2.3 施工圖設計階段

施工圖審查包括兩個方面。一方面是審查施工圖紙的靜態細節，查找設計缺陷或疏漏；另一方面通過建筑動態模擬技術，對建筑逐時冷熱負荷和機電系統運行能耗進行評估，并將評估值與建筑能耗目標值進行比對。對不滿足要求的指標進行深入分析，查找原因、指出施工圖中潛在的問題并予以改進，使施工圖審查成為嚴把建筑節能設計質量關的重要手段，確保建筑節能切實落到實處。

2.4 施工階段

施工質量好壞是建筑節能目標能否實現的關鍵之一。在施工階段，全過程管理團隊需駐場對節能相關的施工工作進行把關和監管。工作內容包括機電系統主要設備性能進場查驗、圍護結構主要材料的進場查驗、機電及結構節能相關施工質量監管、對施工圖紙變更進行及時節能核驗等。把控施工階段的節能部分的施工質量，是保障交付運行時建筑整體的性能狀態的關鍵。

2.5 工程竣工驗收階段

在工程完工后，需要組織具有相關資質的單位和專門技術人員對工程進行現場的調研、檢查和必要的測試。一方面，對建筑的圍護結構、空調系統、電氣系統、自控系統等進行調查核驗，確認實際建筑的建筑材料、門窗尺寸、系統形式和設備的型號、數量、額定參數等。另一方面，對主要設備，如冷機、水泵、空調末端設備進行檢測，評價其用能效率并根據檢測結果分析各項能耗指標是否滿足立項階段設定的能耗指標要求。對不合格的指標，應該調查和分析原因，查找問題源頭并限期整改。

2.6 運行管理階段

建筑進入運行階段后，由于末端實際負荷需求與設計時的預期狀態存在差異，或由于末端使用功能可能發生變化、機電系統設備運行策略不合理、運行人員未能理解掌握系統的設計思路等問題，因此常導致在實際運行過程中，建筑的運行狀態難以達到預期效果，出現末端舒適度差、系統能耗偏高等問題。為此，需要全過程管理團隊在運行管理階段利用機電調適的技術，對建筑機電系統進行全方位調適并對運行人員進行培訓，實現系統與末端實際需求的匹配，并達到預期的能效水平，最終實現建筑能耗目標值。

3 基于指標體系的節能全過程管理和調適應用案例

3.1 項目背景

項目為上海市商業化運作的近零碳排放建筑，即虹橋迎賓館 9 號樓，年碳排放量預定目標為 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“雙十佳”、最佳節能技術及最佳節能實踐、2019 年度上海市優秀工程咨詢成果一等獎、2018 年度中國發改委“雙十佳”—最佳節能技術及最佳節能實踐、2018 年度上海市既有建筑綠色更新改造鉑金獎。

3.2 全過程管理方法應用綜述

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

基于項目立項總碳排放指標，將能耗指標按系統形式進行拆分，并根據項目階段的推進（立項、設計、施工、竣工驗收、運行）進行不斷更新，對各階段的工作進行監督、指導及優化。

3.2.1 立項階段

在立項階段，業主承諾近零碳排放的指標要求，實現碳排放量的 CO2額≤ 25 kg/（m2·a）。設計單位根據節能目標對總能耗指標進行拆分，主要分為空調系統能耗、照明系統能耗和光伏發電系統，確定初步的系統能耗指標。

3.2.2 設計階段

在設計階段，根據能耗指標制定相應的技術指標。與空調系統能耗指標相關的技術指標主要包括圍護結構中窗/墻性能參數、VRV 空調機組能效（IPLV≥4.5）、新風熱回收機組效率（制冷 ＞ 60%，熱效率 ＞ 65%）、自然通風利用率、窗磁系統、BA 集控系統等。與照明系統能耗指標相關的技術指標主要包括照明燈具功率密度、光導管系統、BA控制技術、自然采光利用率等。與光伏發電系統對應的技術指標為光伏發電量及發電效率（≥17.43%）。

圖 2 虹橋迎賓館 9 號樓指標體系

利用已經確定的技術指標，對建筑進行能耗模擬軟件仿真計算，得到建筑負荷、建筑能耗、空調能耗、照明能耗等關鍵能耗指標。校核相關指標是否滿足節能目標。

3.2.3 施工階段

在施工階段，按照設計要求進行材料、設備的采購，對材料及設備相關參數進行審核，相關參數需滿足設計要求。與空調系統能耗相關的材料和設備參數包括外窗傳熱系數、外墻保溫層導熱系數、VRV 機組樣本能效（IPLV=7.5～9.6）、新風熱回收機組樣本效率（制冷/熱效率＞60%/65%）、BA 系統控制邏輯編寫等。與照明系統能耗相關材料和設備參數包括燈具樣本功率密度、光導管設備、BA 系統控制策略編寫、照明回路配合自控設計等。與光伏發電系統相關的參數包括系統方案設計。

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、對系統進行實際測試。利用實際測試數據對空調能耗、照明能耗和光伏發電系統進行能耗指標校核。與空調系統能耗相關的驗收包括審核圍護結構材料檢測報告、實測 VRV 機組 COP（3.54）、實測新風熱回收機組平均制冷效率（69%）、BA 系統實現聯動和集控。與照明系統能耗相關的驗收包括實測照明燈具功率密度和照度、實測光導管設備照度、BA系統實現聯動。光伏發電系統的驗收為實測光伏發電效率（16.63%），與額定效率誤差為 4.6%。竣工驗收階段的現場測試結果需與額定效率基本符合，誤差在 10% 之內，否則不能通過竣工驗收。

3.2.5 運行階段

在運行階段，進行能耗監測和運行管理。將能耗監測數據與承諾的能耗指標進行比較，實時糾偏運行問題，建立科學合理的運行管理體系，最終實現虹橋迎賓館年實際碳排放量 CO2為 24.89 kg/（m2·a）的目標。

虹橋迎賓館 9 號樓建設各階段遇到的部分典型問題和解決方案如表 1 所示。通過對標能耗指標體系，發現設計問題，及時糾偏和修正，保證近零建筑節能工作落實到建筑建設和運行的各個階段。

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 語

從建造至投入運營，建筑建造過程周期長、主要負責單位的參與階段相對獨立、專業水平參差不齊，導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、建筑節能工作的品質難以保證，嚴重影響建筑節能目標的最終落地效果。此外，國內目前主流的節能設計及評價方法強調“節能技術”而非“實際運行能耗管控”，容易導致建筑節能技術的堆砌，使得節能淪為紙面工作，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能效果”，利用能耗指標管理體系，并貫穿到建筑立項、設計、施工、運營等全過程中。通過對細化指標進行反復對標校驗，發現問題并進行優化整改，不斷朝著節能目標把控及修正建筑的建造方向，可以有效提升建筑的“執行力”，為建筑實現節能目標提供有效保障。