公共建筑设备设施绿色运行维护技术研究

2018-06-26姚良忠YaoLiangzhong俞泓霞YuHongxiaYangXia赵为民ZhaoWeimin

住宅科技 2018年5期

■ 姚良忠 Yao Liangzhong 俞泓霞 Yu Hongxia 杨霞 Yang Xia 赵为民 Zhao Weimin

0 引言

建筑运行阶段是建筑全寿命期中时间最长的阶段。研究表明，建筑物在运行阶段的能耗占全寿命期能耗的80%～90%[1]，因此，运行阶段效率和水平的提高对提升建筑品质、促进建筑的持续利用有着至关重要的作用。上海既有建筑存量庞大，且呈迅速增长趋势。截止到2015年底，上海市既有民用建筑面积已达到8.2亿m2（图1）。由于其中大部分建筑在设计、施工和运行阶段存在脱节现象，建筑运行时受制于运行维护技术水平和管理能力的约束，导致运行效果偏离设计初衷，难以发挥设计实效。

本研究通过对公共建筑中设备设施的绿色运行技术进行研究，提出公共建筑绿色运行维护建议，有利于推动既有公共建筑全面实现绿色运行，持续提升既有建筑运行效率和品质。

图1 2006～2015年上海市既有民用建筑面积

1 绿色运行技术研究

1.1 空调系统

1.1.1 动态调整空调系统的运行

建筑物内的空调系统一般都是按照计算的最大设计负荷来确定冷热水温度、风量、送风温度、新风比等等，而实际运行中，随天气状况、室内使用情况的不同，空调系统往往都处于部分负荷下运行，造成了很大的浪费。因此，应动态地调整空调系统的运行，根据室外天气条件的变化、建筑物的功能特性、室内人员、设备的作息规律，调整新风比、冷冻水温度、冷却水温度、热水温度及空调系统的启停时间等。

如多台冷热源机组并联运行时，应根据负荷变化实行合理的群控策略。在不同运行时段，根据负荷调整机组运行台数，使机组负荷达到50%以上，避免“大马拉小车”的情况；不同负荷情况下，容量大小不同的机组合理搭配运行；当风冷热泵与其他冷热源机组（地源热泵、冷水机组等）同时使用时，除了考虑机组容量、台数外，还应该根据室外状况，确定是否开启风冷热泵机组。夏季风冷热泵的制冷量随室外空气温度的升高而降低；冬季风冷热泵的制热量随室外空气温度的下降而下降。

1.1.2 部分负荷下优化输配系统

由于建筑在绝大部分时间处于部分负荷的状态，对输配系统可采取适当的运行措施。

（1）对冷冻水泵、冷却水泵、风机等分别加装变频器，实现变水量/变风量运行，节省输送能耗。水泵/风机变频后，宜通过对空调系统或设备能耗数据监测了解水泵、风机等设备与空调主机的匹配度，尤其当机组也是变频情况下与水泵的匹配度，并根据分析结果调整水泵/风机运行策略（图2）。

（2）实际运行时，应掌握设计条件下冷机与水泵的对应情况，避免开启过多的水泵，造成空调水系统在大流量、小温差状态下运行。当冷热源机组负载率或开启数量发生变化时，应及时调整水泵开启数量，避免不必要的能量损失。

图2 某项目水泵、冷却塔变频控制原理图

图3 某项目CO2浓度监测装置图

1.1.3 合理开启新风机组

对于新风系统，以往的研究关注点常常在于如何降低新风能耗，而通过对多个实际项目的调研，许多公共建筑（尤其是办公建筑）在实际运行时，并未开启新风系统，或仅偶尔开机运行。其中，部分玻璃幕墙建筑也无法开启或开启面积较小，导致室内新风量严重不足，人员较多或长时间停留时会导致室内人员胸闷、头痛等情况。

因此，对于新风机组运行，应以保障室内空气品质为前提，采取合理的策略。

（1）制定合理的新风运行策略。物业管理人员应按要求开启新风机组，并根据季节、气候变化对新风阀开度进行调节。在过渡季节，自然通风无法满足室内新风需求的情况下，应独立运行新风系统来改善室内热死环境，保证各房间的新风量。

（2）对于会议室、报告厅、商场等部分时间段人员较集中的房间可根据室内CO2浓度控制新风量，即以室内CO2浓度为参考标准来控制室内的新风量。可在建筑物的典型位置（通风最不利点）设置CO2浓度监测点，根据监测结果决定新风机的运行策略。若建筑有楼宇自控系统，还可将室内CO2浓度的监测与楼宇自控系统联动，组成CO2浓度监测装置（图3），根据室内环境状态的变化自动调节新风量。这样可以避免管理人员靠主观经验，或者完全被动、消极地控制新风量的引入，造成室内空气品质不良等问题。

1.1.4 合理的空调末端调节

合理设定室内温度对于节能具有显著效果。研究表明，夏季空调温度每调高1℃，可降低7%～10%的用电负荷。根据《关于严格执行公共建筑空调温度控制标准的通知》（国办发〔2007〕42号），夏季室内空调温度设置不得低于26℃，冬季室内空调温度设置不得高于20℃。合理的温度设定不仅有利于节能，也有利于人体健康。人体的正常温度需要一个相对稳定的气温环境，室内外的温差太大容易造成身体温度的不平衡。夏天空调的温度一般设定在比室外温度低3～5℃为宜。空调过冷或过热均易导致伤风感冒、关节炎复发等疾病。

业主或物业服务企业可采取以下运行策略控制末端温度：①对公共区域的空调末端温度调节加强管控；②手动设定各温控器的温度设置范围，保证温度调节合理范围内；③在明显位置张贴温度控制要求，提醒和引导用户遵守温度调节要求（图4）。

1.1.5 增设空气净化模块

目前，公共建筑室内空气污染问题正日益引起人们的重视。为了提升室内空气品质，可根据建筑类型和空调系统，增设空气净化模块，去除空气中的颗粒物、微生物和挥发性有机物等污染物。

对于全空气系统，空调机组可采用“静电+静电”和“静电+袋式（板式）中效过滤器”等净化设备形式；对于风机盘管+新风系统，可采用新风净化机或在室内风机盘管回风口安装净化设备；对于非集中空调系统，可采用家用空气净化器，达到净化目的[2]。

1.2 给排水系统

1.2.1 全面用水计量

避免管网漏水的一项重要措施是做到用水支路的全面计量。物业服务企业需根据用水计量和记录，定期比对核查总水表、分水表的流量，如果总水表与分水表流量之和差异较大，要及时查找泄漏点，分析漏水原因，采取修复措施，堵塞跑冒漏滴。

图4 某项目空调末端温度控制标识图

1.2.2 定期压力检测

在实际使用中，超压出流会导致隐性的水量浪费，而水压太小会导致出水流量小，影响正常使用。因此，物业服务企业宜定期对各层用水点用水压力进行测试，若供水压力小于用水器具要求的最低工作压力，应增设增压泵。若供水压力大于0.20MPa，应设置减压泵。

1.2.3 节水灌溉系统环保运行

目前，许多绿色建筑均采用了节水灌溉系统，运用喷灌、微喷灌、滴灌等节水灌溉方式进行绿化灌溉。物业服务企业在节水灌溉时，需要注意以下几点：①中水中的微生物在空气中易传播，因此，喷灌时不能使用中水；②微灌的灌水器孔径很小，容易堵塞，因此，微灌用水一般都应进行净化处理，特殊情况还应该进行化学处理；③人员活动频繁的绿地适合采用微喷灌，且喷灌时应避免喷洒到绿地周边道路上。

1.2.4 雨水和河道水利用水质要求

上海地区部分建筑采用雨水或就近的河道水进行绿化浇灌、景观补水、道路冲洗等。当采用雨水或河道水作为水源时，应采取相应的水处理措施，并定期对回用水的水质进行检测，保障水质安全。用于绿化、道路冲洗时，水质应达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920）的要求；用于水景时，水质应达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T 18921）的要求。

1.3 电气照明系统

1.3.1 根据负荷调配变压器

单台变压器一般在负载率为60%左右时，达到效率最高点。但在实际运行中，很多变压器实际负载率只有10%~30%左右。在多于2台变压器的情况下，可根据实际负荷，按负载大小调整变压器运行台数和容量，使变压器总损耗最小。有条件的情况下，可关停负载率较低的变压器，减少不必要的电耗损失。同时，对于暂时不用的供电回路，应及时断开电源线路，减少线路上的空载运行损耗。

1.3.2 照明系统优化

公共建筑的照度一般都高于设计值，可根据各区域照明能耗估算照明功率密度，并与《建筑照明设计标准》（GB 50034）中的现行值相比较。若部分区域照明功率密度高于标准值，则建议根据实际情况采取以下策略：

（1）若灯具功率较大，可更换为采用紧凑型荧光灯和LED等节能灯具。

（2）若灯具安装较为密集，可改造照明支路，将原来的一条支路改造成多条，通过开关控制，在人员较少或照度过高时，间隔亮灯，如车库、大堂等，可大幅减少亮灯数量和时间，对于照明节能效果显著。

（3）采用照明智能化控制，针对不同的情景设置相应的照明模式。如夜景照明可设置节日和平时两种不同亮灯模式，节日延长景观灯开启时间；办公建筑可设置工作日和节假日情景模式，工作日下班时间后照明统一关闭。

1.3.3 电梯分段运行

对电梯的开启时间和开启台数合理调配，如办公建筑的电梯，在上下班高峰时全部运行，非工作时间留一部电梯运行。

电梯采用运行程序智能化控制和按承载量调节的变频系统，既减少了空载，又避免了“大马拉小车”的现象。

1.3.4 根据建筑运行时间控制用能系统

对于一些运行时间较为固定的公共建筑，如办公、商场建筑等，物业服务企业可征得业主同意后，根据建筑运行时间，制定合理的建筑用能系统运行制度。

（1）办公建筑可在人员下班一段时间后统一切断电源，有需要加班的另行申请。

（2）对于部分区域加班较为频繁的办公建筑，可经协商后收取额外的能源费。

（3）若加班时段人数较为固定，可根据负荷调整空调运行策略，针对加班时段配置冷/热量较小的冷热源机组和输配系统。

物业服务企业宜对建筑各区域运行时间和人数进行统计和分析，使用能系统的使用时间与各区域使用需求尽可能精确匹配，匹配程度越高，建筑的能源使用效率就越高。

1.4 智能化系统

楼宇设备自控系统（BA系统）是以1台微机为中心，由符合工业标准的网络将分布于监控现场的区域智能分站(即DDC)进行连接，通过特定的末端设备，实现对楼宇机电设备集中监控和管理的专业楼宇自动化控制系统，以保障建筑物内所有设备处于高效、节能、合理的运行状态。

然而，在实际运行中，许多建筑管理人员仅仅将BA系统作为设备监测和报警的手段，并未发挥自动控制的作用，设备依旧依赖人工控制。如某项目安装了CO2监测系统，可在BA系统中显示会议室实时CO2浓度，但传感器并未和控制系统联动，即使CO2浓度超标，新风系统也不会自动开启。

自动控制可以通过系统内设的算法，实现设备的最优化运行，且避免人为操作的失误。可采取以下策略，合理使用楼宇自控系统。

（1）物业服务企业在接管建筑后验收时，应对楼宇自控系统（尤其对控制系统的联动作用）进行全面的调适。如对于CO2监测系统，应进行联动测试，保证自控系统正常运行。

（2）对参与逻辑控制或对节能优化相关的传感器要选择高精度、高品质的传感器产品，且定期检测和核实监测数据的准确度，如发现数据偏差较大，应及时维修或更换传感器。

（3）宜将能耗监测系统与楼宇自控系统对接，并实现信息共享。

1.5 建筑能耗监测系统

根据《上海市建筑节能条例》，新建国家机关办公建筑和大型公共建筑，或者既有国家机关办公建筑和大型公共建筑进行节能改造的，建设单位应当同步安装与本市建筑能耗监管信息系统联网的用能分项计量装置。目前，上海已建立了“1+16+1”建筑能耗监测平台。截止2016年底，本市能耗监测平台共覆盖公共建筑1 501幢，总建筑面积6 572.2万m2。

建筑能耗监测系统可对空调、照明插座、动力以及一些特殊用电进行分项实时计量。通过建筑能耗监测系统（图5），可根据各分项能耗判断建筑各类能耗是否处于正常水平，判断出具有改造潜力的项目；并通过数据的异常情况，及时发现运行中的问题；也可通过与同类建筑能耗的横向比较，了解建筑能源管理的水平。

图5 某建筑能耗监测系统示意图

然而，在实际运行中，部分业主和物业服务企业对建筑能耗监测系统的数据应用分析并不重视，有些建筑无专人对建筑能耗监测系统进行维护和分析，有些物业管理人员发现建筑能耗监测系统数据异常却并未采取措施，还有些甚至通过手工抄表记录部分数据，导致建筑能耗监测系统并未发挥应有的作用。

因此，业主和物业服务企业应充分重视并采取相关策略利用好建筑能耗监测系统。

（1）安排专人负责建筑能耗监测系统的运行维护和数据分析，定期汇报建筑能源利用情况以及相关的节能建议。

（2）根据建筑能耗监测系统的数据，将建筑各分项能耗的比例与《上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测及分析报告》中各类建筑的分项能耗比例对比，若偏差较大，可进行节能诊断，深入挖掘节能潜力。

（3）若发现数据异常情况，应及时联系建筑能耗监测系统供应商排查原因。若非监测装置的问题，则应及时通过异常数据，排查与分析用能系统和设备是否出现故障，并及时处理，保障建筑各用能系统正常运行。

（4）建筑能耗监测系统负责人应与区级能耗监测平台保持联系，了解本建筑在同类建筑中的用能水平，若能耗维持在较高水平，应与业主沟通，采取用能系统优化措施；同时，应配合主管部门做好相关的能耗统计、能源审计等工作。

1.6 可再生能源系统

1.6.1 太阳能热水系统使用要求

根据《上海市建筑节能条例》，新建有热水系统设计要求的公共建筑或6层以下住宅，建设单位应当统一设计并安装符合相关标准的太阳能热水系统。太阳能热水系统在运营过程中，应注意防空晒、防冻、清洁等问题，以避免因损坏或效率下降等原因导致太阳能热水系统被弃用。具体可采用以下策略：

（1）产品交付时，供应商应对系统进行调试，保证产品可正常使用，并对业主或物业服务企业进行指导。

（2）平时应经常检查太阳能集热系统的温度变化，超过规定值时，应采取相应措施，如及时补充冷水，释放过热蒸汽。若长时间没有热水需求，物业服务企业应打开循环泵使集热器中的液体强制循环，或定期释放热水，避免集热器长时间空晒。

（3）对于直接集热系统，当冬季气温低于0℃时，应排空循环系统的水；对于间接集热系统，在冬季前应及时补充防冻液。在极端气温较低的情况下，可采用强制循环防冻。

1.6.2 地源热泵空调系统的热平衡

地源热泵空调系统在使用时要注意热平衡。土壤温度失衡不仅会破坏自然生态环境，还会导致地源热泵空调系统效率下降。运行阶段缓解土壤热平衡问题可采取以下措施：

（1）在地埋管布置场地的中心位置布置温度传感器，对空调季土壤温度变化进行实时检测。当土壤温升超过规定数值后，启动调峰系统运行。

（2）如持续运行出现土壤热升温超出控制范围，应启动冷却塔辅助冷却。

（3）空调不运行的夜间，将冷却塔和地埋管串联使用以冷却地下土壤。

（4）地源热泵机组和冷水机组并联时，在持续高温的情况下，地源热泵机组和冷水机组应交替运行，有助于土壤温度的恢复，提高制冷效率。

2 绿色运行维护建议

2.1 建立完善的绿色运行管理制度

2.1.1 明确绿色运行管理工作责任人

公共建筑绿色运行工作涉及到建筑的各项设备设施，宜由具体分管领导牵头，负责部门协调，并指定专人负责具体落实，定期对各项数据进行整理、统计、分析，比对既定目标（具体节能量、节水量、室内环境指标等）。运行数据的整理是一项十分复杂、琐碎的工作，技术要求较高，且需要长期、持续地开展，相关岗位宜明确一套具体的数据统计方法，同时宜避免人员流动过快，前后难以衔接。

2.1.2 制定完善的绿色运维管理制度

由于物业人员的流动性较大，完善的管理制度对于绿色运行的持续实施至关重要。管理制度包括设施设备和人员两个方面。

（1）对于物业设施设备的管理，宜根据建筑的特点，编制各项设施设备的绿色运行实施手册、运行操作规程、维护保养规程等。

（2）对于人员的管理，宜明确绿色运行相关人员的职责分工、工作要求、考核制度、培训制度等。

2.2 通过智能化、信息化手段强化绿色运行

2.2.1 强化建筑智能化系统的应用

从多个公共建筑运行案例调研中发现，公共建筑绿色运行效果良好的建筑，大部分实现了较好的建筑智能化控制，通过预设的控制逻辑，可使设备系统在最优化的工况下运行，避免了人为操作较为粗放、差错较多等问题。对于竣工时已安装了智能化系统的建筑，物业人员应充分发挥其优势，通过智能化、信息化手段实现公共建筑设备与能源的精细化管控。

2.2.2 加强建筑能耗监测系统数据分析

建筑能耗监测系统是建筑能源管理的工具，也是建筑调适、节能改造的重要依据。因此，物业人员应利用好建筑能耗监测系统，通过能耗数据的定期统计分析，了解建筑的用能情况，深入挖掘用能潜力，提升能源管理水平。

2.3 持续开展运行阶段建筑调适工作

现代建筑的设备和系统越来越复杂，而绝大部分建筑在建造过程中并没进行过调适。同时，建筑及设备系统性能随着时间的推移或负荷变化会呈下降趋势。因此，在既有建筑中，为使建筑各组件和系统的运行以及它们之间的耦合关系达到最佳，宜在运行阶段持续开展建筑调适工作。既有建筑调适工作可由物业人员负责实施，也可委托第三方机构实施，物业人员配合实施。