建筑全生命周期能源管理體系實踐

趙 鵬[同節能源科技（上海）有限公司， 上海 210000]

日本通過加強建筑能源管理投資來應對能源緊缺問題。新加坡政府也提出建筑能源消耗效率等級的強制要求，如集中供冷系統中的空調冷凍站能效需要達到 5.0 以上的綜合能源消耗效率，并由政府作為第三方進行最終使用效果的綜合評價，以實現最終結果可追溯。

我國的項目開發還沒有形成以效果為導向的能源管理，重開發、重設計，缺少施工安裝階段的能耗能效目標的管理傳遞，設計條件的能效能耗目標都無法實現。在運行階段90% 的時間都優于設計條件情況下，仍然無法調優，優化能耗、能效結果，形成明顯的漏斗效應。建設工程管理脫節現狀如表 1 所示。

表1 建設工程管理脫節現狀

以已經現場實測的項目為例，很多項目實際運行的空調冷凍站全年綜合能效（Energy Efficiency Ratio ，EER ）為 2.5～3.0，低于設計值 30% 以上。因此，需要以設計目標為導向，在時間維度上綜合考慮施工安裝，性能化調試驗收、運行綜合調優，在管理條線能夠將能耗、能效目標進行傳遞的全生命周期能源管理體系。

1 全生命周期建筑能源管理目標及任務

1.1 保障建筑功能和環境要求

保障建筑功能和環境是全生命周期建筑能源管理的基本目標，如電梯實現運載、空調提供冷氣、燈具實現照明等。某些特定的建筑需要營造更為嚴苛的環境，如電子工廠生產車間通過制冷、加熱、除濕、加濕、新排風等系統，實現恒溫恒濕、正壓的生產工藝要求。如不了解建筑環境的基本要求，就無法保證為營造上述環境而使能源被安全利用。

1.2 從使用管理角度避免能源浪費

全生命周期建筑能源管理的更高目標是合理、高效地做好建筑能源使用階段的管理，避免能源在使用過程中的浪費，避免時間上的浪費（如寫字樓夜間無人辦公時間段應關閉空調風機等）、空間上的浪費（如冬季百貨商場室內發熱量很大，大空間的中心區域可以關閉采暖設備等）。

1.3 通過技術升級提高能源效率

從技術角度看，提高能源效率（能源效率=使用需求量/能源消耗量），需要做到在同樣的需求條件下能源消耗量減小。技術升級的主要手段還包括設備的更新（例如高效磁懸浮冷機的加入、變頻離心冷機的升級等），還有互聯網技術的應用（例如樓宇自動化、智能化），實現能源效率動態優化。

總之，全生命周期建筑能源管理要樹立正確的目標意識，通過管理和技術手段，實現功能和環境控制的基本要求，避免能源浪費，提升能源使用效率。

全生命周期的建筑能源管理的任務是以建筑運行階段的能源使用為管理目標，綜合協調建筑能源保障的規劃設計、施工調適兩大前置階段對建筑能源使用形式、效率的影響。規劃設計是龍頭，此階段就應預設好能源系統的功能、性能、能源效率等目標并進行目標傳遞。施工調適是樞紐和橋梁，要按照現設計意圖實現能源系統實施，給運行管理打下基礎。運行管理是終點和目的，也會對前兩個階段提出能耗要求。

2 設計階段建筑能源系統規劃

設計階段建筑能源規劃的主要任務是：實施需因地制宜，即結合氣候條件、區域能源政策、區域能源資源、能源價格等確定總體規劃方案；結合能源需求選擇合理的能源類型及匹配相應的能源系統；做好容量選擇，避免因設計偏大造成大量資產冗余。

2.1 設計前期建立能耗能效目標

建立能耗能效目標的控制要求。能耗能效全生命周期管理目標如圖 1 所示。

圖1 能耗能效全生命周期管理目標

2.2 用能設備容量選擇綜合考慮實際運行指標

某商業地產公司通過對現有運行項目的主要用能設備實際使用容量的調研，提煉出建筑集中供冷容量的設計指標，應用于新的建筑主要用能設備容量選擇及測算。與過去相比，建筑主要用能設備容量值降低了 20% 以上，初投資節省了 20% 以上，同時降低未來的運行維護成本，如表2 所示。

表2 設計及實際運行面積指標對比 單位：W/m2

3 施工階段建筑能源系統調適

建筑能源系統調適是施工安裝活動的系統化管理過程和技術體系，即功能調節（設備通電、點動等）→性能調節（設備性能曲線等）→系統優化調節（系統的綜合性能）→自控實現（邏輯實現）→運行交接和培訓 5 大環節。能夠做到施工和運行保障性銜接，帶來節能、舒適、保值增值等建筑能源系統性價值，產生可觀的直接和間接經濟效益。

系統調適以數據量化系統調適目標為導向，分解成 5 大流程和相應分級目標，并加強實施過程管控。

3.1 調適目標設定和分解

施工圖是調適工作的依據。施工圖完成階段后，調適團隊需要設定建筑主要用能設備調適驗收的具體目標，一是作為甲方進行項目驗收依據和調適的標準，可更明確地要求施工單位提高施工質量；二是通過不斷地對標（現狀和目標對比）實現高質量的調適，保障順利開業和高效節能運行。某高壓離心式制冷主機目標設定如表 3 所示。

表3 高壓離心式制冷主機調適目標

3.2 調適籌備和條件檢查

施工安裝階段，按照施工圖設定的調適目標，進行調適方案編制、組織架構落實、計劃制訂等一系列調適籌備工作，稱為一級施工安裝階段的調適條件籌備。

必要的調節手段如調節閥門是否到位，必要的測試手段如風量測試孔等是否齊備等，均屬于具體技術條件，稱為二級施工安裝階段的調適條件籌備。

3.3 設備單機調適

設備單機調適包括設備性能化調適和發現問題整改后的復查。此階段需要完全對照設定的調適目標，如有偏差則需要及時調整目標，以保障用能設備性能。例如，某空調系統單機調適時對中風機風量進行現場實測數據檢測，發現多臺空調系統中風機風量在設計值 80% 以下。空調風機實測風量與設計值比較缺失情況，如圖 2 所示。經檢查是外部條件風道施工不合理，導致機外阻力系數增大，影響空調舒適度，同時增加空調系統中風機的運行能耗。

圖2 空調風機實測風量與設計值比較缺失

3.4 系統聯動調適

系統聯動調適階段不應只停留在調通階段，而是要保障達到調優和系統化調適。例如，集中供冷結合冰蓄冷系統需要進行蓄冰、融冰、聯合供冷、聯合放冷等多種工況的運行和效果驗證；結合氣候條件引起的負荷條件變化，給出不同的運行策略；以及負荷條件變化下集中供冷冰蓄冷空調系統運行策略。

3.5 開業移交

開業移交包括開業前和開業初期的共管運行指導、培訓和協助移交運行。調適團隊提供系統運行管理指導和培訓，保障復雜系統順利交接給運行團隊。某商業廣場開業移交階段工作分工，如表 4 所示。

表4 某商業廣場開業移交階段工作分工

4 建筑能源運行管理

建筑能源運行管理是全生命周期建筑能源管理的最后一個階段，也是控制長期能源消耗的關鍵階段。通過理論和實戰經驗總結，本節提出了建筑能源運行管理流程及其 4 大關鍵要素。建筑能源運行管理流程，如圖 3 所示。

圖3 建筑能源運行管理流程

4.1 精細管理與深度運維

建筑能源管理的核心是保障系統持續健康。通過精細管理和深度運維，可保障系統健康，并實現基礎能源管理的合理控制。

據數據分析，精細管理可以減少 3%～5% 的建筑能源費用支出。例如，照明系統根據照度來調節亮度和開關，新風量根據季節調控風量，空調系統根據人員的數量進行動態的開關策略編制等。物聯網技術的發展，使傳感器代替人實現更加精細化的檢測和管理動作，實現真正的精益管理。

深度運維區別于功能性運維工作。其應用長期持續的數據化運維管理機制，通過大量的空調系統及設備本身的性能指標反饋，進行系統健康管理。深度運維也可以減少3%～5% 的建筑能源費用支出。例如，某大型集中供冷系統，運行團隊依據冷機蒸發器趨近溫度變化（如圖 4 所示），發現蒸發器和冷凝器趨近溫度偏高，而后進行了深度運維（清洗和增加制冷劑），改善了建筑用能設備的運行狀況。每年可減少 50 萬元的建筑能源費用支出。

圖4 冷機蒸發器趨近溫度變化

4.2 運行調適

系統運行調適是施工調適的延續，不僅是真實需求下的調適，常常也是個持續的過程。建筑空間布局發生變化，建筑能源系統會根據情況做調整。例如，某大型商業綜合體在開業后持續對空調水系統平衡進行調適優化，冷凍水系統供、回水溫差從 3.1 K（第 1 年）提升至 6.8 K（第 3 年），水泵自動變頻且實現了系統大溫差運行，減少約 80 萬元的建筑能源費用支出。

4.3 持續改進

隨著技術的發展，設備成本不斷降低，在確保經濟性的前提下減少建筑能源管理費用，可按計劃采用新技術或設備對既有建筑進行改造和升級。例如，地下車庫進行 LED（節能燈）照明和雷達燈管改造，可節約 50% 以上的照明電費。磁懸浮制冷設備成本比常規制冷設備高 1 倍，其應用受到一定限制。但是，如果將磁懸浮機組在大系統內進行優化配置，可以發揮其部分負荷高效率運行的特點，在沒有大幅增加投入成本的前提下，產生最佳性價比節能收益，并可將靜態投資回收期控制在 3 a 之內。

4.4 再調適與效果驗證

再調適與效果驗證，形成了單一改進專項的閉環管控流程。新技術和設備需要進行不斷的調適和摸索，以期達到預計節能效果。這過程中需要不斷測試、記錄和分析數據，驗證新投入的改造設備，系統具有的高效性、舒適性。例如，某大型集中供冷系統實現持續的調適與效果驗證，集中供冷系統能效逐年提升，如圖 5 所示。

圖5 某大型集中供冷系統持續的調適與能效逐年提升

5 結 語

目前，國內綠色建筑全生命周期的能源管理還處于起步階段。現有的綠色建筑評價標準已將規劃設計、建造階段、運行管理階段全部能源消耗統籌到其中，如此可以更加全面考慮能源消耗。本文結合國內項目開發的特點，結合實踐項目具體案例給出各個階段的關鍵點及管理要點。

同時，全生命周期建筑能源管理是一項投資活動而不是簡單的消費或投入。香港某地產公司的又一城項目，已經通過全生命周期建筑能源管理，在商業地產的交易過程中取得了很好的資產溢價。在現有商業不動產市場競爭激烈、租金收入嚴重壓縮的情況下，通過長效投入的能源管理更加有效地提升商業地產的資產價值，將能源管理納到資產管理的理念必須重視。