绿色建筑运行能效管理分析

董 昆（上海虹桥商务区新能源投资发展有限公司， 上海 201106）

上海市虹桥商务区作为上海市推进长三角更高质量一体化发展的 3 个重点区域之一，规划用地面积约 8 800 万m2，致力于打造成为高效绿色的国际交通枢纽区、开放引领的国际会展贸易区、创新共享的世界级商务区、生态宜居的主城片区。位于商务区中部的核心区重点区域是先行开发并已成熟运营的商务功能集聚区，也是较高星级的绿色生态城区，面积约为 370 万 m2，包括核心区一期及南北片区。核心区一期东侧紧邻虹桥综合交通枢纽本体，西至嘉闵高架，南至建虹路，北至扬虹路，面积约 140 万 m2。南北片区为一期的空间延伸，总用地面积为 224 万 m2。核心区重点区域建筑体量共有 585 万 m2，其中地上 335 万 m2，地下250 万 m2，是目前虹桥商务区低碳建设的示范区域。

规划伊始，虹桥商务区将土地集约高效利用、功能业态混合开发、立体分层慢行系统、全面连通地下空间、新建建筑 100% 绿色等写入控规要求。在后续开发建设过程中，一方面加大基础设施建设的集约低碳，另一方面从设计、施工、竣工验收等各环节严格把控绿色建筑有效落地。目前区域内建筑全部达到绿色建筑二星级及以上设计要求，其中三星级绿色建筑标识项目面积比例达到 58.1%，完成绿色运营认证的面积达 98.38 万 m2，完成 LEED 认证的面积也达212.88 万 m2，绿色建筑已是虹桥商务区的一大名片。本文主要对商务区绿色建筑的能源系统和能效对标进行讨论，进一步分析绿色建筑在有效的绿色运行措施下的节能优势。

1 主要节能系统构成及管理

1.1 设计节能

根据《虹桥商务区低碳建设导则（试行）》，虹桥商务区低碳建设的总体目标是较同类商务区 2005 年的碳排放水平减少 45%。同时核心区一期建筑将全部按照国家绿色建筑星级要求进行设计，50% 以上建筑按照国家绿色建筑二星级以上标准设计，地标建筑按照国家绿色建筑三星级标准设计。因此，无论是从区域建筑群和能源站的整体规划，还是单个建筑体自身的“绿色”设计，均是围绕着更好地实现商务区低碳建设总体目标而进行的。

1.1.1 弱化区域热岛效应

（1）通风廊道。通过在局部区域留有通风口，让主导风向吹向主城区，增加虹桥商务区内空气的整体流动性，减轻区域热岛效应。上海市夏季主导风向为东南风、冬季主导风向为西北风，全年主导风向为东南风；虹桥商务区核心区重点区域内的新角浦河、申长路均为南北方向，核心区一期中轴线绿化通道为东西方向，上述方向均留有宽度 50 m 以上且形成连续开敞空间的通风廊道。此外，商务区穿插着公共绿地、广场、步行街、水域，这些布局使得通风廊道可以进一步地发挥作用。

（2）搭配、布局。合理规划布局绿化和水域，充分发挥植被和水体在改善热环境方面的积极作用，同时降低建筑立面、地面、屋面的反射率，从而削弱区域热岛效应。采用计算机对核心区重点区域的风环境进行数值模拟，比选合理的建筑组合方案，以期有利于建筑冬季避风与夏季自然通风。如规划的街坊建筑容积率大多数控制在 3.1～4.3，滨水休闲带中部分开放地块建筑密度仅 40% 上下。

1.1.2 建筑围护结构

（1）利用天然的场地条件，设计合理的建筑体形、朝向、楼距、窗墙比等，使建筑获得良好的日照、通风和采光。

（2）采用建筑外墙和屋面保温，减少围护结构冷桥部位的热损失，减低建筑围护结构的冷（热）负荷。

（3）合理考虑建筑外遮阳系统，综合比较内遮阳效果、自然采光和视觉影像等因素，考虑外遮阳与建筑一体化。

（4）建筑外窗、外门具备良好的热工性能。

（5）建筑外窗可开启比例 ≥ 30%，充分利用过渡季节自然通风。

1.1.3 统筹供能系统

（1）通过冷热电三联供区域能源中心，加强能源梯级利用，提高一次能源的综合利用效率。

（2）合理预测各区域冷热负荷需求，优化区域能源中心的数量、位置和容量配置。

（3）区域能源中心兼顾能量回收与蓄能措施，采用全寿命周期分析方法进行方案优选，提高效率、平衡尖峰负荷。

（4）区域内合理利用太阳能，并结合建筑功能和地下空间规划，合理采用浅层地热等可再生能源。

1.1.4 输配系统节能

（1）合理规划能源输配电线路和天然气调压站位置，平衡各输配管网支路，缩短能源公共输送管网长度，降低输送过程中能源损耗。

（2）对配电网进行无功补偿，合理配置低压并联电容器装置的安装地点和装机容量。

1.1.5 自然采光和照明节能

（1）优化外窗、天窗、下沉式采光中庭（边厅）等被动式采光设计，改善室内、地下空间的自然采光效果，必要时采用光导管、导光板、光纤等主动式导光或自然光强化技术增强室内采光。

（2）市政公共照明根据各级机动车交通道路和人行道路照明标准要求与节能照明功率密度，合理规划灯具布局。

（3）选用高效光源、节能灯具，结合先进的照明控制系统，通过合理的分组、布线，实现实时智能调控。

（4）合理选用太阳能光伏、风力发电等用于商务区公共照明。

1.1.6 分项计量和远程监测

（1）商务区内所有建筑安装能耗监测系统，包括对建筑内空调冷热源、输配系统、照明、办公设备、可再生能源等的在线计量及能耗数据的采集、传输、处理等。大型建筑群的能耗监测系统宜采用分区、分站集散式管理。

（2）实时监测包含电、冷、热、气、水等各类能源。在线分析与预测和负荷合理匹配，提高能源运行效率。

（3）在主要功能房间设计和安装室内环境监控系统。（4）合理采用物联网技术对建筑物碳排量进行实时监测，并对其碳排放量进行阶段性评价。

1.2 运营规划

1.2.1 区域能源规划管理

根据《虹桥商务区核心区集中供能专项规划》（沪虹商管 [2015] 27 号），核心区一期及南、北片区集中供能规划建设 3 主 2 辅共计 5 个能源中心，最终形成 5 站 2 网格局。以此满足区域内 352 栋、共计约 585 万 m2的全部公共建筑的冷热空调和宾馆酒店生活热水的用能需求。

集中供能系统的设计遵循“以热定电、热电平衡、余电上网、梯级利用”原则，以分布式供能系统为主导，通过有效整合设计、技术和设备，采用集中供冷、供热、供电（三联供）方式，平均能源综合利用率约 80%。

据统计， 1、2 号能源站于 2017 年实现了三联供系统平均单台满负荷运行 3 000 h；2018 年满负荷运行逾 3 100 h，进入良性运营状态；2019 年满负荷运行逾 3 600 h。虹桥商务区区域三联供系统的综合利用效率已达 80% 以上，远高于传统能源供应方式的利用效率，具有高效低耗、低碳环保等优点。

1.2.2 低碳能效运行管理平台

2014 年 8 月上海市发改委下达《关于虹桥商务区低碳能效运行管理信息平台项目建议书的批复》（沪发改高技[2014] 82 号），同意在虹桥商务区内构建低碳能效平台，包括建筑能耗监测管理系统、智能电网监测数据接入系统、低碳能效综合服务系统开发、数据机房、网络及安全以及相关配套设备建设。

2015 年 12 月，由虹桥商务区管委会牵头的低碳平台开发工作正式启动，2016 年 9 月平台正式建成并投入试运行。依据虹桥商务区要求，区域内建筑实现全能源计量，不仅接入了用电量数据，而且水、冷热量、可再生能源都被列为要求接入项，确保楼宇使用能源种类全覆盖接入。此外，除高低压配电间外，楼层间电、水、冷热量数据都纳入数据计量范围，为数据的深度挖掘提供了可能性。

2018 年，平台通过数据的持续接入，实时掌握区域楼宇能源结构、用能状况、能耗同比环比及异常变动情况，实现了对楼宇用能的在线监测、动态分析和节能运行调节。同时，平台以精细化管理为载体，多维度落实节能降耗，践行“最低碳”理念，开始为虹桥商务区以及入驻企业楼宇提供各项综合性服务。

目前，接入楼宇和数据规模都逐步扩大，并呈上升趋势。未来还会将国家会展中心（上海）、虹桥枢纽交通中心（虹桥火车站和虹桥机场公共建筑部分）及商务区拓展区的重点楼宇能耗分项计量数据进一步接入平台，如表 1 所示。

表 1 平台接入规模以及未来预测值

2 绿色建筑运行能效对标

2.1 综 述

自上海市发改委于 2014 年提出建立 1+17+1 平台以及发布《上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统管理办法》以来，上海市各级能耗平台都加强了本区域国家机关和大型公共建筑能耗监测系统的建设和运行的监督管理。利用楼宇能耗数据发挥平台效应以科学准确的建筑能耗数据进行数据分析和数据挖掘工作，致力于全方位服务与建筑绿色低碳产业的各个环节。其中，能效对标是一种非常有效的手段，可以非常直观地反映建筑的用能水平。

因此本文也拟用虹桥商务区核心区内重点楼宇和上海市其他区域楼宇对标数据进行比较和分析尝试发现和发掘商务区和其他区域内的用能水平及区别。虹桥商务区采用了区域集中供能设计，所有空调用电都由能源站统一提供。因此在分析绿色建筑运行中，对于能耗这块有着特殊意义，可以评判集中供能系统和普通大型公共建筑的区别。本文研究对象为虹桥商务区核心区某大型商业建筑（以下简称项目甲）和上海市中心城区的同类型商业建筑（以下简称项目乙），均由同一开发商、同一物业进行管理和维护，故而排除了管理差异。

2.2 依据标准

本文主要依据为上海市地方标准 DB 31/T 795-2014《综合建筑合理用能指南》与上海市地方标准 DB 31/T 552-2017《大型商业建筑合理用能指南》。同时，参考《2018 年度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》的通知（沪建建材联 [2019] 274 号），因此电耗和冷热转换为吉焦，如表 2 所示。虹桥商务区采用三联供供能，其空调部分能耗统一采用热力转换标准。

表 2 虹桥商务区三联供供能空调部分能耗热力转换标准

（1）商业建筑年综合能耗计算方法如式（1）所示。

式中：E—商业建筑年综合能耗，GJ/a;

n—商业建筑消耗的能源品种数；

Ei—商业建筑再经营国产中消耗的第i种能源实物量，实物单位；

ρi—第i种能源的计算标准煤系数。

（2）商业建筑可比单位建筑综合能耗计算方法如式（2）所示。

式中：e—商业建筑单位建筑年综合能耗，GJ/(m2·a)；

E—商业建筑年综合能耗，GJ/a；

S—商业建筑面积，m2。

商业建筑可比单位建筑综合能耗计算方法如式（3）所示。

式中：ec—商业建筑可比单位年综合能耗，GJ/(m2·a)；

e—商业建筑单位建筑年综合能耗，GJ/(m2·a)；

aj—第j类业态商业建筑综合能耗修正系数。

2.3 虹桥商务区核心区楼宇能耗对标

依托虹桥商务区低碳能效运行管理平台，获知项目甲 2019 年全年用电E1=1 360 万 kWh，非餐饮天然气消耗E2=0，三联供供冷E3=1 272 万 kWh，三联供供热E4=349万 kWh。依据《合理用能指南》综合能耗计算如式（4）所示。项目甲单位建筑综合能耗对标分析如表 3 所示。

总面积A=16.00 万 m2

表 3 项目甲单位建筑综合能耗对标分析表

2.4 上海市中心城区楼宇能耗对标

项目乙 2019 年全年用电E1=1 041 万 kWh，非餐饮用天然气E2=0，煤气E3=0，柴油E4=0。依据《合理用能指南》其综合能耗计算如式（5）所示。项目乙单位建筑综合能耗对标分析如表 4 所示。

总面积A为 5.66 万 m2

表 4 项目乙单位建筑综合能耗对标分析表

2.5 对标结果分析

（1）综合能耗分析。依据 DB 31/T795-2014，单位能耗 ＜ 1905 的为先进。商业建筑类型可比能耗修正值如表5 所示。

表 5 商业建筑类型可比能耗修正表 GJ/(m2·a)

对于商业建筑会根据营业额进行修正，修正系数如表 6所示。

表 6 商业建筑年营业额可比能耗修正表

依据《2018 年度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》中关于超大型公共建筑对标结果显示，全市范围内典型超大型建筑表现最好的为 1 295，优于全市结果。8 栋超大型公共建筑对标结果如表 7 所示。

表 7 8 栋超大型公共建筑对标结果 GJ/(m2·a)

（2）空调系统分析。项目甲和项目乙的区别在于甲使用的是三联供空调系统、乙采用的是传统中央空调系统。甲除去空调系统的用电为 119 632 GJ，空调为 5 8331 GJ，其空调用能占比为 32.79%。项目乙为 30.10%，全市范围内平均为 29.20%，如图 1 所示。

图 1 主要类型建筑分项用电占比情况

由于虹桥商务区内楼宇电能耗部分基本不含空调能耗，特将空调由三联供提供的能耗比例列举出来以进行对比。由此可知，采用三联供空调供能和采用集中式中央空调供能其空调用能比例相似，排除了空调用能占比过低导致综合能耗偏低的情况。

综上所述，在相同商业类型、同样水平物业条件下，虹桥商务区核心区内绿色建筑建筑用能指标属于先进水平，低于用能指标同为先进的中心城区项目，且在可比范围内优于上海市内平均水平。

3 结 语

随着虹桥商务区建设规模和入驻企业的不断增长，区域性的、高标准的、可追踪的低碳布局优势已逐步体现。一方面，通过全局性的低碳设计，虹桥商务区内绿色建筑有着得天独厚的优势，在对标分析中其能耗指标优于同类型节能建筑；另一方面，凭借低碳能效管理系统，可以让区域内实现“数据看得见”“能耗管得住”“耗能降得下”，随时可以把控方向盘，进行调优，充分发挥了虹桥商务区“最低碳”“特智慧”的设计理念。虹桥商务区核心区的绿色低碳建设模式，正在实践和摸索中得到逐步完善，也为今后整个8 800 万 m2商务区提供借鉴经验。