我國大型購物商場機電調試研究

黎遠光，蔡正乾[阿特金斯顧問（深圳）有限公司上海分公司， 上海 200003]

1 研究背景

改革開放 40 年來，中國各類大型民用建筑建設速度、數量在世界位列前位，成為拉動國家 GDP 的主要途徑之一。一些大型商業綜合體、高端甲級寫字樓以及如互聯網科技企業的自用總部辦公研發園區的體量規模、機電系統的復雜程度達到了前所未有的高度。此類建筑在使用階段對節能、舒適、安全和智能化的需求也上升到新的高度。但是民用建筑的機電系統設計、安裝及調試仍較為粗獷。這與項目建成的速度要求及缺乏大型機電工程經驗有關。目前對大型民用建筑機電系統的調試仍受項目快速竣工工期制約和初投資成本限制，未進行精細化的調試。

調試起源于造船行業，在建筑領域的應用最早從美國建筑業中開始。隨著建筑項目投資標的額變得巨大，復雜程度越來越高，越來越多的業主、開發商認為對精細化調試的投資是值得的，其投資回報率非常高。目前雖然對調試的要求仍需依據國家通用性的最低驗收標準執行的，但即便如此，很多項目的調試依然不達標。鑒于業主自身的技術能力、知識陳舊的監理人力結構、隱蔽的機電性能及人群對建筑功能欠缺的寬容度，大量高能耗、功能欠缺的民用建筑仍在運行使用。

其實，在建筑投運前的設備開車試運行，由機電總包負責完成，總包單位依據國家各機電施工質量驗收規范中的對調試的簡單要求執行，而這種調試只能稱之為“傳統調試”。 因此，在一定程度上，中國的機電調試行業是一個需求和供應相對失衡的局面。

圖 1 為對中國大陸地區所服務的大型購物商場項目業主聘請調試服務顧問的原因進行統計分析所得到的結論，換言之，即為調試服務得以在中國大陸地區發展的主要驅動力。

圖1 大型購物商場項目調試驅動力

以上結論由基于中國大陸區域的 17 個項目研究所得，位置分布在北京、上海、深圳、西安、太原等各類城市，面積范圍從 8 萬 m2到 40 萬 m2不等。調研項目城市和數量分布如圖 2 所示。

圖2 調研項目城市和數量分布

2 實際調試項目調研情況及典型問題

大型民用建筑由于機電系統較為復雜、承包商眾多、投資大，進行完善全面的機電調試尤為重要。總體而言，調試可以帶來以下幾點收益。① 從調試角度審核機電設計，節省項目初投資；② 各機電設備功能確保正常、完善，滿足國家規范和設計要求；③ 各機電系統運行安全、高效節能；④ 能幫助設施管理人員正確的日常運行各機電設備。

依據對中國大陸地區所服務的大型購物商場項目，通過調試顧問進行設計復核包括施工圖深化設計優化、施工現場調研、明確冷機群控策略以及通過功能性測試對控制參數設定值優化所獲得的初投資及運營成本節約進行研究。

在此，引入“調試收益比”的概念，公式如下：調試收益比=（初投資節約費用 + 3 a 的能源節約）/調試顧問費。其中，初投資節約費用為通過調試顧問工作產生的初投資費用節省，如：減少冷熱源設備、變壓器的裝機容量、減少不必要的動態/靜態平衡閥、變頻器等。3 a 的能源節約為通過調試顧問工作產生的能源運營費用節省，如冷機群控優化、風/水系統平衡調試、避免變風量系統的定風量運行、新風閥調試避免新風量過大、BA （建筑智能化）控制界面調試等。調試顧問費為聘請調試顧問的費用。

從圖 3 可以看出， 不同項目的“調試收益比”相差很大，主要原因是各項目的調試服務內容大相徑庭。有的調試內容專注于節能設計、節能調試，則相應的調試收益比較大。有的是專注于安全隱患的排除、保證系統正常功能、提升熱舒適性等的服務，則相應的調試收益比較小。有的是從前期設計就介入、跟進施工過程直至竣工、并持續調試的，則調試收益比較大。有的是僅僅做了一個環節，比如開業前的機電系統調試和檢測，則相應的調試收益比較小。

圖3 調試收益比

在 17 個研究樣本中，其中 4 個獲得 LEED Gold 認證的項目并未體現明顯偏高的“調試收益比”。主要原因是申請 LEED認證的商業項目通常標準較高，有較為廣泛的調試范圍，除包括常規的暖通、生活給排水、電氣等系統外，還包括諸如消防、安防、電梯等專業，后者更多地注重于安全隱患的排除、保證系統正常功能，故而導致較高的“調試顧問費用”，而在“初投資節約 + 3 a 的能源節約”方面的增量有限。

表1、表2 為部分相關節能建議的示例，供讀者參考。

表1 暖通空調系統節能建議示例

根據對中國大陸地區所服務的大型購物商場項目在調試驗收過程中所發現的問題進行研究，將出現概率較高、影響較大的 5 個共性問題制成圖 4。

此類問題會嚴重影響購物商場的室內環境舒適性和顧客的購物體驗，以及長期運營的能源費用，亦與物業運營管理團隊的日常工作息息相關。如處理不當，會造成顧客購物體驗差、影響客流量、能源費用高昂、縮短機電設備壽命、商戶對物業投訴多然后導致維護重復性工作繁重等問題。對于購物商場通過精細化的調試可以有效避免或修復解決這些問題。舉例說明，圖 5 是依據對中國大陸地區所服務的大型購物商場項目的樓宇自控系統(Building Automation System)的功能性測試通過率在調試之前及之后的統計比較數據。通過調試，項目的 BA 功能性滿足率由一般調試前的30%～60% 提高到調試后的 80%～100%。

表2 節能建議示例

圖4 中國大陸地區大型購物商場項目 5 大共性問題

圖5 自控調試前后完善率對比

3 發展建議及發展趨勢展望

全過程調試這一概念或體系在七八年前隨著外資項目在中國的建設而被引入國內的。尤其是隨著國內申請 LEED、WELL、綠標等建筑認證的數量劇增，科學調試被越來越多的業主認可。外資業主認為每個大型民用建筑機電的科學調試是理所應當的，是機電工程的一部分，如 Disney、Tishman、IKEA、凱德置地。港資業主在近 5 年間，對于大型商業項目也認可科學調試是必須的，如：瑞安、太古、恒隆。一些國內大型地產集團也于近幾年逐步接受采用了科學調試工作，如：華潤置地、中糧置地、萬科。

吸收先進國家的機電調試經驗，調試工作應是系統化的工作，有調試的組織結構、調試階段、調試成果的記錄、調試的協同管理。以下就關鍵工作進行介紹。

（1）調試的組織結構。機電調試工作應有獨立的第三方機構作為調試顧問參與。在業主的支持下，調試顧問協調機電總包、各機電分包單位（各機電供應商）、監理共同進行機電調試。調試顧問應給出各機電設備/系統的調試要求、方案，并指導總包、分包進行可記錄的機電調試，總包、分包是具體的調試執行者，調試完成需得到調試顧問及業主的認可。監理是中國特色的單位，原本的職責是監督管理機電施工單位的安裝質量及調試，但是目前監理的角色越來越轉向收集設備質量證書、調試記錄的工作，為項目竣工提供相關材料。對項目的支持也僅限于對設備材質及安裝質量的檢查。機電系統的優劣不僅是安裝質量的好壞，而系統運行的功能性、高效性才是最終目的。當前老舊的監理人力結構已跟不上日新月異的機電系統所需要的知識儲備，因此調試顧問這一角色已越來越多地被認可接受，其工作范圍、職責已與監理大不相同。

（2）調試階段。調試工作不應僅是項目竣工前的機電設備調試，而應是項目全過程的參與。

（3）調試范圍、標準需滿足項目實際需求。

（4）調試深度、成果需滿足項目實際需求。

（5）調試工作須各承包商的協同管理，調試顧問團隊牽頭管理調試計劃、進度、缺陷清單、調試記錄等。

隨著中國民用大型建筑建設從激進逐步轉入穩健，建筑機電設備壽命短暫的隱患逐步體現，日常運行能耗日益龐大，更多的業主意識到了機電工程科學調試的重要性。

以監測為基礎的持續機電調試（Monitoring Based Commissioning, MBCx）正被逐漸地引入到市場中來。因商業建筑的高運行費用和越來越普遍的開發商自持要求，此類服務不斷增長。

伴隨著物聯網、人工智能、云計算等領域的技術發展和商業轉化，得益于機電設備的數據采集和自動化管理運行，一種稱之為自動化調試的技術可能會成為調試行業的革新驅動力。機電系統如冷凍站的群控運行策略，將會通過在實際運行期間，對初始運行期間所收集到的運行數據進行統計分析，通過自學習算法，不斷將如供水溫度、供回水壓差、各負荷要求下的變頻控制頻率設定值等控制參數進行迭代優化，將其自動調整為越來越適用于本項目的負荷特點和設備特性的控制策略和參數設定，使機電系統自身具有不斷進化、持續改善并能長期保持高效的運行效率。

4 案例分享

在某商業綜合體項目中，調試顧問團隊對項目實地調研檢測后，通過對冷卻塔系統的簡單調整和改造解決了冷卻塔系統夜間噪聲問題，避免了高成本設備整改。最終，為業主節約了 200 萬元的改造費用。

4.1 項目背景

該項目的冷卻塔系統位于裙樓 5 層屋面，其南北側為 5 A 甲級寫字樓和高端服務式公寓，均為噪聲敏感區。另外，項目所處道路對面的住宅區也屬噪聲敏感區，居民已向環保相關部分投訴夜間冷卻塔運行噪聲過大的問題。因此，在夜間如何有效降低冷卻塔噪聲是亟待解決的問題。

該冷卻塔系統配置如下。

首先想去的，是市區的蓮花山，這里立有鄧小平銅像。蓮花山，這是一座幸運的小山，因為深圳，因為歷史際遇。我相信它定然沒有天然的資質，在我們贛南，隨便一座山的底色就不比它差。如果不是那位老人在這里劃了一個圈，這樣的山坡，定然是寂寂無名的。從這個意義來說，我們今天來這里，不是為了看一座山，也不是為了逛一個公園，為的是紀念一段歷史，緬懷一位真正改變中國的人物。

（1）辦公樓和商場合用冷源的 280 m3/h 小冷卻塔，2 臺。

（2）辦公樓和商場合用冷源的 700 m3/h 大冷卻塔，5 臺。

（3）酒店冷源的 135 m3/h 冷卻塔，2 臺。

4.2 原噪聲解決方案

由于投訴，所以業主擬采用安裝消聲筒、隔音墻的“被動式降噪”手段進行聲學降噪的處理方案。被動降噪方式主要對噪聲進行消聲和隔聲的處理，針對噪聲測試的頻譜分析進行阻性、抗性或者阻抗復合型的消聲處理。該降噪方案工程總費用超過 200 萬元人民幣。

4.3 調試團隊解決方案

調試團隊對噪聲情況進行實地測試的結果，見表3。

表3 噪聲實地測試結果

經過分析，本項目冷卻塔已安裝了風亭，整體冷卻塔的性能已受影響。根據理論計算，最高冷機出水溫度可達 39 ℃，如再進行冷卻塔周圍安裝常規的降噪風筒或者隔音墻，將進一步惡化冷卻塔散熱效果，情形嚴重時甚至將導致冷機跳機不能正常運行，商場無法正常營業。

分析本項目的噪聲來源，主要為兩部分：一為塔頂離心風機的機械、氣動、震動等噪聲，為主要的噪聲源；二為冷卻塔填料的水流聲，為冷卻塔的次要噪聲源。對橫流式冷卻塔而言，本項目主動降噪的方式主要途徑為降低風機的轉速及適當降低水流經過填料時的流量。本項目為商業及辦公冷源安裝了 7 臺橫流式冷卻塔，可將本項目的冷卻系統改成如下的控制模式。投用 5 臺大的冷卻塔，并將這些冷卻塔視作一個整體，根據水溫控制冷卻塔的臺數和高低速。一起利用所有冷卻塔時，冷卻塔風機可以在低速運行的情況即滿足主機冷凝負荷，相比較于冷卻塔與主機一對一冷卻塔工頻控制，可以有效地降低冷卻塔風機噪聲和水流噪聲，并能降低冷卻塔的運行費用。基于此分析，調試團隊提出了以下替代的降噪改造方案。

為了簡化物業操作人員的操作工作量，需要對冷機群控系統進行調整。調整的主要內容為增加一套夜間雙工況冷機運行的模式。

（1）編輯冰蓄冷雙工況冷機運行時間表，運行時間為23：00 ～ 7：00。

（2）啟動順序為：5 臺大冷卻塔進出水的電動閥門打開—延時 2 min，運行冷卻水泵—運行冷卻塔風機，低速運行—延遲 2 min，啟動雙工況冷水機組。

（3）關閉順序為：停止雙工況冷水機組—延遲 5 min，關閉冷卻塔風機 - 關閉冷卻水泵 - 關閉冷卻塔進出水管上的電動閥門。

按以上方式改造完成后，重新進行噪聲測試，并采用同一套噪聲測試設備進行了改造前和改造后的噪聲測試對比，部分結果表4。

表4 改造前后噪聲測試對比

以上測試結果表明，通過冷卻塔管道及自控的改造，實現冷卻塔風機在低風速、低水流量的運行模式可以有效改善冷卻塔的噪聲問題。

同時，調試團隊對改造后的空調運行效果進行了實地測試，測試結果如表5 所示。

表5 空調運行結果

以上測試結果表明，改造后因冷卻水溫的上升，對冷水機組的效率產生了一定的不利影響，降低了冷水機組的運行效率。實測數據顯示 COP 整體下降約1%，但比原改造方案可能導致冷機不能正常工作的狀況，該改造方案能保證系統整體運行平穩、可靠。

該降噪替代方案的實測效果理想，不影響空調系統的安全、可靠運行。通過實測調試手段成果解決噪聲問題，并為業主節約了 200 萬元的改造費用。

5 結 語

優秀的機電調試工作不僅可以為投資商帶來直接的初投資節省，還可以通過機電系統的可靠性、功能完善性、節能高效運行等屬性，提升項目的資產價值。 目前，越來越多的投資商意識到機電調試工作的重要性，相信在不遠的將來，機電調試將成為所有大型購物商場的標配工作內容。