合同能源管理在金茂大厦的实践与探索

郑文明[金茂（上海）物业服务有限公司， 上海 200121]

1 项目背景

金茂大厦位于上海市浦东新区陆家嘴金融贸易区，建成于 1999 年，集办公、酒店、商业、娱乐为一体， 高420.5 m，占地面积 23 611 m2，总建筑面积为 29 万 m2。其中，办公 1～50 F 建筑面积约 13 万 m2。该项目集现代化办公楼、五星级酒店、会展中心、娱乐、商场等设施于一体，融汇中国塔型风格与西方建筑技术的多功能型摩天大楼。金茂大厦第 3～50 F 为办公空间，51～52 F 为机电设备层，53～87 F 为超五星级酒店（555 间客房），第 88 F 为观光层。根据与金茂物业部门沟通得知，本项目办公人员数量约为 12 000人，酒店房客总人数约为 6 88 人。

金茂大厦是融办公、商务、宾馆等多功能为一体的高档超高层楼宇。作为一个超高层建筑，能耗的控制是关键。在日常运营过程中，金茂大厦持续推进节能举措，在确保租户满意度、保证设施设备安全运行的同时，能源消耗逐年下降。节能举措包括制订完善的绿色物业服务标准，形成制度保障；通过培训、宣传，不断灌输绿色物业观念，有理念才有行为，使绿色物业成为全体员工的共同基因；根据房地产业运用的绿色环保技术，不断研究掌握并具备维保能力；优化各类设备（空调、照明等）运行参数及时间等。2020 年全年能耗费用对比 2013 年下降 43.48%。在能耗下降如此明显的过程中，合同能源管理形式的节能方式也是其中不可忽略的一部分。

2 合同能源管理初期实践

合同能源管理是一种新型的市场化节能机制。其实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式。对业主而言，这种形式既可以优化系统、节约能耗费用，同时也减少成本的支出。金茂大厦在建成初期就成了最早使用该节能方式的超高层建筑之一。

2.1 水泵变频改造

2000 年金茂大厦引入合同能源管理项目，对大厦租户冷却水系统进行变频节能改造，到 2004 年 10 月合同执行完毕时，已收回前期投入的改造资金。整个项目实施历时5 a，前三年半系统运行全部节约的能耗费用冲抵投资，5 a后全部受益归业主方所有。投资回报期为 5 a，实际 5 a 节约费用总计 222 万元。

2.2 照明节能改造

自 2015 年起，金茂大厦开展了照明灯具改造合同能源管理项目，位置覆盖裙房、塔楼、地下室公共区域及车库，目前已运行 5 a 多。节能灯改造项目于 2015 年 11 月完工，共计安装 LED 灯管（泡） 19 811 只（套），其中有 3 313套安装在机房内，十分之一左右是应急照明，全天 24 h 运行，其他的照明平均每天运行 14 h 左右。照明改造前后每月用电量节约 140 000 kWh，每月节约电费约 11 万元。根据 LED 灯管平均寿命 30 000 h 及大厦实际每天使用小时数计算，现正在着手统计各区域包括光衰度在内的使用情况，为后期照明类节能管理提供数据基础。

3 合同能源管理系统化实践—金茂大厦中央空调系统的改造

3.1 日常管理状态

制冷机房在地下三层，装设 8 台开利离心式冷水机组、10 台冷冻水泵和 10 台冷却水泵，12 台冷却塔位于裙房屋顶。中央空调系统控制主要包含以下设备：制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、空调箱、末端设备等。楼宇控制系统 BA（Building Automation System 楼宇设备自控系统），可以监控主要设备的状态，在现场维护人员的配合下可修改控制参数，控制设备启停，实现半自动化运行。

办公区空调冷冻水分区如下。

（1）办公低区：服务地下室、裙房、办公 21 F 以下，工作压力 2.1 MPa，供冷量 16 111 kW，异程式定流量系统，末端装设电动阀和平衡阀，在供回水之间装设压差旁通。

（2）办公高区：服务办公 22～50 F 和宾馆，工作压力2.8 MPa，供冷量 15 103 kW，异程式定流量系统，末端装设电动阀和平衡阀，在供回水之间装设压差旁通。

办公区空调冷却水分区如下。

（1）低区：服务于 26 F 以下，二次水供回水温度33.3/39.4 ℃，水侧工作压力 2.1 MPa。

（2）高区：服务于 27 F 以上，二次水供回水温度33.3/39.4 ℃，水侧工作压力 2.8 MPa。

3.2 管理模式的弊端

（1）制冷站设备多，各设备之间的启动和停止的先后顺序要求严格，一旦存在人为操作失误将直接导致系统故障。

（2）制冷主机台数由运行人员根据系统负荷手动控制，不能结合制冷主机的制冷高效区自动调节主机运行台数；冷冻水出水温度手动设定，不能根据室外天气情况，自动调节冷冻水温度，影响主机制冷效率。

（3）大厦 BA 对于中央空调系统缺少能源管理实时数据的采集和分析，无法有效记录日常运行数据，给能源管理带来不便。

（4）大厦中央空调系统采用现场 DDC 控制的群控方式，存在备品备件停产等问题。

（5）有经验的老员工一旦离职或者退休，培养新人面临诸多实际问题，非一朝一夕可胜任。

（6）原 BA 控制系统所存在的控制弊端：① 制冷主机出水温度全年手动设定，不随热湿负荷而动态调节；② 冷冻水定流量运行不能动态调节；③ 冷却水定流量运行不能动态调节，流量偏大，供回水温差偏小；④ 冷却塔风机开启台数为手动控制，不能自动调节频率并充分利用全部冷却盘管在风机低速工况下进行全面换热；⑤ 变风量组合式空调机组风量偏大，不能随负荷调整风量变化，末端风阀调节有问题，部分风阀开度较大。

3.3 智能化改造的必要性

（1）制冷系统、供热系统及末端空调风系统三部分合理配合，才能最终提高运行管理水平。在此基础上进而去完善系统自动化程度，合理分析能耗数据，评估能耗指标，实现能源管理与控制于一体的节能平台。

（2）传统半自动化控制和调节都是较为粗放式的，控制策略往往只针对某个设备进行制订，很难达到精准控制和最大化地节能。

（3）大厦中央空调系统能耗约占大厦总能耗的 30%，能耗节省空间有待挖掘，节能改造是主要途径。

（4）降低人力成本，降低人为操作失误风险。

（5）控制策略先进，中央空调系统能源管理平台对于数据分析统计带来便捷，能源管理更经济、科学。

3.4 改造方案

中央系统节能改造主要针对金茂大厦的冷冻站系统和办公区域的变风量系统（Variable Air Volume，VAV）的空调末端系统。根据现有空调系统运行特点及空调区环境参数指标要求，参考负荷变化特性，对系统实施动态调节，提高能源利用效率，降低空调系统运行能耗。经过现场排摸，改造所涉及的重点设备。涉及空调系统改造的重点设施设备如表1 所示。

表1 涉及空调系统改造的重点设施设备

3.5 重点设备节能运行策略

根据表1 制定了整个中央空调系统节能运行策略，如表2 所示。

表2 重点设备节能运行策略

3.6 节能改造前后的能耗对比

节能改造前后的能耗对比如表3 所示。

表3 节能改造前后的能耗对比

由表3 可以知，对比 2018 以及 2019 年平均用电，7 个月以来仅水系统节约了标煤 190 t，费用约 97.5 万元。

4 结 语

当前，为如期实现“碳达峰”和“碳中和”两大目标，应该更加注重发展与减排之间的关系，倡导绿色低碳的发展道路与生活方式。金茂大厦在 20 a 的运营管理过程中，一贯坚持“以始为终，创造价值”的理念，通过管理上的创新，从设备运行控制与设备日常维护入手，即使在低能耗运营的情况下，金茂大厦却保持着很高的客户满意度。自建成以来，如何进行绿色运营，是金茂大厦可持续发展、履行社会责任的重要课题。特别是碳达峰、碳中和的大趋势下，更是给超高层建筑带来了机遇和挑战。