我国大型购物商场机电调试研究

2020-09-17黎远光蔡正乾阿特金斯顾问深圳有限公司上海分公司上海200003

绿色建筑 2020年2期

黎远光，蔡正乾[阿特金斯顾问（深圳）有限公司上海分公司，上海 200003]

1 研究背景

改革开放 40 年来，中国各类大型民用建筑建设速度、数量在世界位列前位，成为拉动国家 GDP 的主要途径之一。一些大型商业综合体、高端甲级写字楼以及如互联网科技企业的自用总部办公研发园区的体量规模、机电系统的复杂程度达到了前所未有的高度。此类建筑在使用阶段对节能、舒适、安全和智能化的需求也上升到新的高度。但是民用建筑的机电系统设计、安装及调试仍较为粗犷。这与项目建成的速度要求及缺乏大型机电工程经验有关。目前对大型民用建筑机电系统的调试仍受项目快速竣工工期制约和初投资成本限制，未进行精细化的调试。

调试起源于造船行业，在建筑领域的应用最早从美国建筑业中开始。随着建筑项目投资标的额变得巨大，复杂程度越来越高，越来越多的业主、开发商认为对精细化调试的投资是值得的，其投资回报率非常高。目前虽然对调试的要求仍需依据国家通用性的最低验收标准执行的，但即便如此，很多项目的调试依然不达标。鉴于业主自身的技术能力、知识陈旧的监理人力结构、隐蔽的机电性能及人群对建筑功能欠缺的宽容度，大量高能耗、功能欠缺的民用建筑仍在运行使用。

其实，在建筑投运前的设备开车试运行，由机电总包负责完成，总包单位依据国家各机电施工质量验收规范中的对调试的简单要求执行，而这种调试只能称之为“传统调试”。因此，在一定程度上，中国的机电调试行业是一个需求和供应相对失衡的局面。

图 1 为对中国大陆地区所服务的大型购物商场项目业主聘请调试服务顾问的原因进行统计分析所得到的结论，换言之，即为调试服务得以在中国大陆地区发展的主要驱动力。

图1 大型购物商场项目调试驱动力

以上结论由基于中国大陆区域的 17 个项目研究所得，位置分布在北京、上海、深圳、西安、太原等各类城市，面积范围从 8 万 m2到 40 万 m2不等。调研项目城市和数量分布如图 2 所示。

图2 调研项目城市和数量分布

2 实际调试项目调研情况及典型问题

大型民用建筑由于机电系统较为复杂、承包商众多、投资大，进行完善全面的机电调试尤为重要。总体而言，调试可以带来以下几点收益。① 从调试角度审核机电设计，节省项目初投资；② 各机电设备功能确保正常、完善，满足国家规范和设计要求；③ 各机电系统运行安全、高效节能；④ 能帮助设施管理人员正确的日常运行各机电设备。

依据对中国大陆地区所服务的大型购物商场项目，通过调试顾问进行设计复核包括施工图深化设计优化、施工现场调研、明确冷机群控策略以及通过功能性测试对控制参数设定值优化所获得的初投资及运营成本节约进行研究。

在此，引入“调试收益比”的概念，公式如下：调试收益比=（初投资节约费用 + 3 a 的能源节约）/调试顾问费。其中，初投资节约费用为通过调试顾问工作产生的初投资费用节省，如：减少冷热源设备、变压器的装机容量、减少不必要的动态/静态平衡阀、变频器等。3 a 的能源节约为通过调试顾问工作产生的能源运营费用节省，如冷机群控优化、风/水系统平衡调试、避免变风量系统的定风量运行、新风阀调试避免新风量过大、BA （建筑智能化）控制界面调试等。调试顾问费为聘请调试顾问的费用。

从图 3 可以看出，不同项目的“调试收益比”相差很大，主要原因是各项目的调试服务内容大相径庭。有的调试内容专注于节能设计、节能调试，则相应的调试收益比较大。有的是专注于安全隐患的排除、保证系统正常功能、提升热舒适性等的服务，则相应的调试收益比较小。有的是从前期设计就介入、跟进施工过程直至竣工、并持续调试的，则调试收益比较大。有的是仅仅做了一个环节，比如开业前的机电系统调试和检测，则相应的调试收益比较小。

图3 调试收益比

在 17 个研究样本中，其中 4 个获得 LEED Gold 认证的项目并未体现明显偏高的“调试收益比”。主要原因是申请 LEED认证的商业项目通常标准较高，有较为广泛的调试范围，除包括常规的暖通、生活给排水、电气等系统外，还包括诸如消防、安防、电梯等专业，后者更多地注重于安全隐患的排除、保证系统正常功能，故而导致较高的“调试顾问费用”，而在“初投资节约 + 3 a 的能源节约”方面的增量有限。

表1、表2 为部分相关节能建议的示例，供读者参考。

表1 暖通空调系统节能建议示例

根据对中国大陆地区所服务的大型购物商场项目在调试验收过程中所发现的问题进行研究，将出现概率较高、影响较大的 5 个共性问题制成图 4。

此类问题会严重影响购物商场的室内环境舒适性和顾客的购物体验，以及长期运营的能源费用，亦与物业运营管理团队的日常工作息息相关。如处理不当，会造成顾客购物体验差、影响客流量、能源费用高昂、缩短机电设备寿命、商户对物业投诉多然后导致维护重复性工作繁重等问题。对于购物商场通过精细化的调试可以有效避免或修复解决这些问题。举例说明，图 5 是依据对中国大陆地区所服务的大型购物商场项目的楼宇自控系统(Building Automation System)的功能性测试通过率在调试之前及之后的统计比较数据。通过调试，项目的 BA 功能性满足率由一般调试前的30%～60% 提高到调试后的 80%～100%。

表2 节能建议示例

图4 中国大陆地区大型购物商场项目 5 大共性问题

图5 自控调试前后完善率对比

3 发展建议及发展趋势展望

全过程调试这一概念或体系在七八年前随着外资项目在中国的建设而被引入国内的。尤其是随着国内申请 LEED、WELL、绿标等建筑认证的数量剧增，科学调试被越来越多的业主认可。外资业主认为每个大型民用建筑机电的科学调试是理所应当的，是机电工程的一部分，如 Disney、Tishman、IKEA、凯德置地。港资业主在近 5 年间，对于大型商业项目也认可科学调试是必须的，如：瑞安、太古、恒隆。一些国内大型地产集团也于近几年逐步接受采用了科学调试工作，如：华润置地、中粮置地、万科。

吸收先进国家的机电调试经验，调试工作应是系统化的工作，有调试的组织结构、调试阶段、调试成果的记录、调试的协同管理。以下就关键工作进行介绍。

（1）调试的组织结构。机电调试工作应有独立的第三方机构作为调试顾问参与。在业主的支持下，调试顾问协调机电总包、各机电分包单位（各机电供应商）、监理共同进行机电调试。调试顾问应给出各机电设备/系统的调试要求、方案，并指导总包、分包进行可记录的机电调试，总包、分包是具体的调试执行者，调试完成需得到调试顾问及业主的认可。监理是中国特色的单位，原本的职责是监督管理机电施工单位的安装质量及调试，但是目前监理的角色越来越转向收集设备质量证书、调试记录的工作，为项目竣工提供相关材料。对项目的支持也仅限于对设备材质及安装质量的检查。机电系统的优劣不仅是安装质量的好坏，而系统运行的功能性、高效性才是最终目的。当前老旧的监理人力结构已跟不上日新月异的机电系统所需要的知识储备，因此调试顾问这一角色已越来越多地被认可接受，其工作范围、职责已与监理大不相同。

（2）调试阶段。调试工作不应仅是项目竣工前的机电设备调试，而应是项目全过程的参与。

（3）调试范围、标准需满足项目实际需求。

（4）调试深度、成果需满足项目实际需求。

（5）调试工作须各承包商的协同管理，调试顾问团队牵头管理调试计划、进度、缺陷清单、调试记录等。

随着中国民用大型建筑建设从激进逐步转入稳健，建筑机电设备寿命短暂的隐患逐步体现，日常运行能耗日益庞大，更多的业主意识到了机电工程科学调试的重要性。

以监测为基础的持续机电调试（Monitoring Based Commissioning, MBCx）正被逐渐地引入到市场中来。因商业建筑的高运行费用和越来越普遍的开发商自持要求，此类服务不断增长。

伴随着物联网、人工智能、云计算等领域的技术发展和商业转化，得益于机电设备的数据采集和自动化管理运行，一种称之为自动化调试的技术可能会成为调试行业的革新驱动力。机电系统如冷冻站的群控运行策略，将会通过在实际运行期间，对初始运行期间所收集到的运行数据进行统计分析，通过自学习算法，不断将如供水温度、供回水压差、各负荷要求下的变频控制频率设定值等控制参数进行迭代优化，将其自动调整为越来越适用于本项目的负荷特点和设备特性的控制策略和参数设定，使机电系统自身具有不断进化、持续改善并能长期保持高效的运行效率。

4 案例分享

在某商业综合体项目中，调试顾问团队对项目实地调研检测后，通过对冷却塔系统的简单调整和改造解决了冷却塔系统夜间噪声问题，避免了高成本设备整改。最终，为业主节约了 200 万元的改造费用。

4.1 项目背景

该项目的冷却塔系统位于裙楼 5 层屋面，其南北侧为 5 A 甲级写字楼和高端服务式公寓，均为噪声敏感区。另外，项目所处道路对面的住宅区也属噪声敏感区，居民已向环保相关部分投诉夜间冷却塔运行噪声过大的问题。因此，在夜间如何有效降低冷却塔噪声是亟待解决的问题。

该冷却塔系统配置如下。

首先想去的，是市区的莲花山，这里立有邓小平铜像。莲花山，这是一座幸运的小山，因为深圳，因为历史际遇。我相信它定然没有天然的资质，在我们赣南，随便一座山的底色就不比它差。如果不是那位老人在这里划了一个圈，这样的山坡，定然是寂寂无名的。从这个意义来说，我们今天来这里，不是为了看一座山，也不是为了逛一个公园，为的是纪念一段历史，缅怀一位真正改变中国的人物。

（1）办公楼和商场合用冷源的 280 m3/h 小冷却塔，2 台。

（2）办公楼和商场合用冷源的 700 m3/h 大冷却塔，5 台。

（3）酒店冷源的 135 m3/h 冷却塔，2 台。

4.2 原噪声解决方案

由于投诉，所以业主拟采用安装消声筒、隔音墙的“被动式降噪”手段进行声学降噪的处理方案。被动降噪方式主要对噪声进行消声和隔声的处理，针对噪声测试的频谱分析进行阻性、抗性或者阻抗复合型的消声处理。该降噪方案工程总费用超过 200 万元人民币。

4.3 调试团队解决方案

调试团队对噪声情况进行实地测试的结果，见表3。

表3 噪声实地测试结果

经过分析，本项目冷却塔已安装了风亭，整体冷却塔的性能已受影响。根据理论计算，最高冷机出水温度可达 39 ℃，如再进行冷却塔周围安装常规的降噪风筒或者隔音墙，将进一步恶化冷却塔散热效果，情形严重时甚至将导致冷机跳机不能正常运行，商场无法正常营业。

分析本项目的噪声来源，主要为两部分：一为塔顶离心风机的机械、气动、震动等噪声，为主要的噪声源；二为冷却塔填料的水流声，为冷却塔的次要噪声源。对横流式冷却塔而言，本项目主动降噪的方式主要途径为降低风机的转速及适当降低水流经过填料时的流量。本项目为商业及办公冷源安装了 7 台横流式冷却塔，可将本项目的冷却系统改成如下的控制模式。投用 5 台大的冷却塔，并将这些冷却塔视作一个整体，根据水温控制冷却塔的台数和高低速。一起利用所有冷却塔时，冷却塔风机可以在低速运行的情况即满足主机冷凝负荷，相比较于冷却塔与主机一对一冷却塔工频控制，可以有效地降低冷却塔风机噪声和水流噪声，并能降低冷却塔的运行费用。基于此分析，调试团队提出了以下替代的降噪改造方案。

为了简化物业操作人员的操作工作量，需要对冷机群控系统进行调整。调整的主要内容为增加一套夜间双工况冷机运行的模式。

（1）编辑冰蓄冷双工况冷机运行时间表，运行时间为23：00 ～ 7：00。

（2）启动顺序为：5 台大冷却塔进出水的电动阀门打开—延时 2 min，运行冷却水泵—运行冷却塔风机，低速运行—延迟 2 min，启动双工况冷水机组。

（3）关闭顺序为：停止双工况冷水机组—延迟 5 min，关闭冷却塔风机 - 关闭冷却水泵 - 关闭冷却塔进出水管上的电动阀门。

按以上方式改造完成后，重新进行噪声测试，并采用同一套噪声测试设备进行了改造前和改造后的噪声测试对比，部分结果表4。