商业建筑综合改造功能提升实践与效果分析

杨 靖 Yang Jin 张 蕊 Zhang Rui

0 引言

近年来，建筑能耗已经成为继工业、交通能耗之后的第三大社会能源消耗主体。上海市目前既有建筑存量大，既有建筑的节能改造成为建筑节能领域工作的重点和难点。为了有效推进既有建筑节能改造工作，上海市先后出台了《上海市“十二五”建筑节能专项规划》、《上海市绿色建筑发展三年行动计划（2014-2016）》等政策文件，明确了既有建筑节能改造的目标和实施路径；同时，发布了《上海市建筑节能项目专项扶持办法》、《组织申报上海市公共建筑节能改造重点城市示范项目》等资金激励政策，对既有建筑节能改造示范项目实施资金扶持。在上海市大力推进既有建筑节能改造的背景下，结合自身发展需求，某大型商业建筑实施了建筑节能综合改造与功能提升，改造后的建筑为消费者带来了全新的购物体验，并纳入了上海市既有建筑节能改造示范工程。

1 项目概况

某大型商业建筑位于上海市淮海中路，始建于2001年，是淮海路上的地标式建筑，由裙房和塔楼组成，裙房（含地下3层）为高档商场，塔楼为甲级写字楼（图1）。由于之前商场商业定位不够明确，交通通路及疏散等不够清晰，无法很好地聚集人流，商业氛围较差，且经过10年的使用室内装修显得陈旧过时。因此，根据“艺术、人文、自然”理念对商场进行大规模的商业改造，重新进行商业定位包装，以期成为真正的服务于各层次顾客的商业地标。

该商业建筑改造内容包括裙房内部各层室内精装修及外立面改造。改造范围由地下3层及地上5层（包括6层裙房屋面），装修总面积37 522 m2，裙房高度23.75m。项目改造过程中，遇到了诸多技术难点，比如在改建裙房外观时，出现了关于留旧和创新的需求冲突：一方面，要保护淮海路的历史遗产以及原有设计；另一方面，建设单位和承租人要求建筑物外观醒目和新颖的设计。对于280m2的中庭自由形态玻璃天棚，由于它设计独特，必须依赖特殊软件才能对其进行工程设计、几何控制，并需在施工过程中精确放置特别定制的窗棂。另外，9层楼高的“瀑布”也是个技术难题，这个在高度方面亚洲第一、世界前列的户外水幕瀑布，实现了全自动运行，在环境不适宜的情况下，风和温度控制器会自动断水。

图1 项目实景图

2 综合改造措施

2.1 围护结构改造措施

节能改造前围护结构未采取节能措施。改造后屋面采用120mm/45mm厚防火酚醛复合夹芯板外保温系统和165mm厚玻璃棉内保温系统；外墙采用80mm/65mm厚岩棉板外墙外保温系统和70mm厚酚醛板外保温系统；主楼玻璃幕墙采用断热铝合金中空玻璃（8Low-E+12A+8），屋顶透明部分采用断热铝合金中空玻璃（8Low-E+12A+6透明+1.52Pvb+6透明）。

2.2 空调采暖系统改造措施

2.2.1 空调冷热源

大厦低区（地下3层～地上33层）原有4台制冷量为3 000kW的特灵离心式冷水机组，位于10层的冷冻机房，从中划分出2台（CH1002、CH1004）供改造范围内的商场使用，两台机组总制冷量为6 000kW，空调冷冻水系统与原大厦系统分离，确保主机与水系统单独供改造区域使用。冷冻水供回水温度为7℃/12℃。

空调热源部分，选取大厦原有3台热水锅炉中的1台，单独出一路热水供回水支路，为改造范围内的商场提供空调热水。热水一次侧温度为90℃/70℃，经过热水板换后提供二次侧供回水温度为60℃/40℃。

2.2.2 水系统

大厦低区4台冷水机组原配有5台冷却水泵，5台冷冻水一次泵，4台冷冻水二次泵。节能改造时，新增3台冷冻水循环泵（图2），经集管与制冷机组连接，冷冻水采用开式膨胀水箱补水定压，定压值约55mH2O，开式膨胀水箱沿用原有设于上部设备层的设备；空调热水一次侧、二次侧分别新增2台水泵，水泵效率均达到83%以上，为高效水泵，其中空调热水二次泵为变频泵，根据系统末端压差控制，可实现在满足使用要求的情况下，降低二次泵的转速以达到节能目的，空调热水系统采用开式膨胀水箱补水定压，开式膨胀水箱设于上部设备层。

图2 新增冷冻水泵照片

图3 空调送风口照片

2.2.3 风系统

该项目首层办公大堂采用全空气空调系统，过渡季节加大新风量以实现节能运行（图3）。餐饮、商铺、购物廊/中庭及其它走道区域等采用风机盘管加中央处理新风的空调方式。节能改造时，重新规划新风与排风系统，并采用转轮热回收，节约运行能耗。节能改造区域共设有16台新排风热回收机组，5台空调箱，12台风机盘管。新排风热回收机组的热回收率为65%。

2.2.4 空调自控系统

该项目空调设备自控系统采用直接数字控制系统（DDC控制系统），并与BAS系统相连。制冷机房内设制冷系统群控装置，制冷机组启停、冷冻水泵启停及频率控制、冷却塔启停、冷却水泵启停由制冷系统群控装置统一控制。

空调箱送风管设风管压力传感器，空调箱送风机均为变频风机，根据压力传感器调整风机转速，实现变风量功能（图4）；空调箱新风管上设定风量阀，冬、夏季为最小新风开度，过渡季节为最大新风开度（图5）；在排风系统中设置CO2感应检测装置，根据检测排风系统中CO2的浓度控制调节新风风阀开度，在满足较好空气质量的情况下通过调节新风量达到节能目的（图6）。

新排风热回收空调箱送、排风机均为变频风机，根据新风管内压力变化变频控制，集中排风机与新风机联锁控制。过渡季节新排风通过跨接管，不通过转轮回收装置；非过渡季节，跨接管电动阀关闭，新排风通过转轮热回收装置。

图4 风机压差开关

图5 新风管风量、温湿度传感器

图6 排风管CO2传感器

2.3 照明系统改造措施

该项目改造时，公共场所选用紧凑型荧光灯、LED灯、金属卤化灯等类型的照明灯具。大厅、走廊、电梯厅照明由BA系统分时段控制；泛光照明及立面照明由BA系统分季分时段自动集中控制。

2.4 能源计量系统

该项目设置有线远程计量系统，系统由数据采集、数据传输、数据管理处理分析统计三部分组成，具体包括远传表、采集器、集中器、交换机、管理计算机和系统软件等部分。数据采集器采集各远传表的信号并转换成相应的能耗数，数据集中器通过RS485总线采集各数据采集器内的数据，并将采集到的数据上传给管理中心计算机（图7）。

图7 能源计量管理系统

图8 屋面花园

图9 外墙垂直绿化

图10 能耗计算模型图

2.5 绿化设施

该项目在6楼设置了屋面花园（图8），在外墙建成了1 100m2多的垂直绿化（图9），绿化植物长势良好，有效减少热岛效应。

3 工程效果分析

3.1 项目空间布局及外观呈现

商场的6个楼层，在视觉上透过位于中庭由地面展开的天棚达到良好的连接及延续，此由玻璃建造的有机形态天棚总面积达到280m2，其独特的辐射三角状玻璃拥有极佳的透视性。商场出入口及循环的动线在配置上透过节节围绕中庭的方式，将“想象之旅”和艺术展示、公共区域、高科技纵横错落地交织在一起，并藉由生活元素与自然素材增添其人文内涵。

3.2 围护结构改造效果分析

采用PKPM能效测评分析软件，分析建筑围护结构热工性能和建筑能耗，经计算分析，外墙平均传热系数为0.45W/（m2·K），主力店屋面、自动扶梯屋面传热系数为0.64W/（m2·K），地下室室外顶板传热系数为0.72W/（m2·K），3楼公共开放空间屋面传热系数为0.26W/（m2·K），东、南、西、北向幕墙传热系数分别为2.54W/（m2·K）、2.45W/（m2·K）、2.52W/（m2·K）、2.30 W/（m2·K），综合遮阳系数分别为0.28、0.28、0.32、0.34，屋顶透明部分传热系数和遮阳系数分别为2.30W/（m2·K）、0.34，除了地下室室外顶板传热系数大于《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）指标限值外，其余参数均能满足标准限值要求（图10）。

经权衡计算，该商业建筑改造部分全年单位面积能耗为120.45kWh/m2，参照建筑全年单位面积能耗为123.70kWh/m2，节能率为51.31%，满足《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）的要求，且同未改造前相比，节能效果较为明显。

3.3 用能设备系统改造效果分析

3.3.1 空调采暖系统

为了解该项目空调系统的实际运行效果，对改造区域空调设备的运行参数进行了抽检，根据检测结果，抽检冷水机组制冷性能系数为5.18（W/W）。《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组 第1部分：工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组》（GBT 18430.1—2007）中规定，冷水机组名义工况时，冷却水供水温度为30℃，按照式（1）进行修正，得到抽检冷水机组修正后的制冷性能系数为5.50（W/W），符合《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）中相应冷水机组制冷性能系数5.10（W/W）的限值要求。

该项目为既有建筑节能改造工程，考虑到原有锅炉尚可使用，且锅炉额定热效率接近标准限值要求，因此，节能改造时，未对锅炉进行更换，而是沿用了原有锅炉。

图11 现场灯具照片

3.3.2 照明系统

依据照明现场检测结果，各功能区域的照度、照明功率密度满足《建筑照明设计标准》（GB 50034—2004）目标值的要求（图11）。

4 结语

经过综合改造与功能提升，该大型商业建筑为消费者呈现的，不仅是一座购物中心，更是一座艺术乐园、环保体验中心、主题旅游景点和展示人文历史绝佳的时尚创意新地标。该商业建筑采用的系统化节能改造措施具有很好的推广应用价值，适合建筑围护结构热工性能较差，能源消耗较大的商业建筑，适宜的改造措施主要有以下几个方面：①与新建建筑相比，既有公共建筑更换冷热源设备的难度和成本相对较高，因此，既有公共建筑冷热源系统节能改造应以挖掘现有设备的节能潜力为主。②照明系统应合理选用高效节能灯具，降低照明能耗，并通过智能照明系统进行控制，对室内照明进行综合统一控制，在满足需求的前提下，达到节能的效果。③运用楼宇自控系统，把所有能耗系统集成在一个平台上面进行控制与管理，优化系统运行，以达到节能的要求。建立分项计量动态监控系统，可以对建筑能耗进行整体监控，有助于建筑节能潜力的进一步挖掘。 ④优化围护结构，根据上海的气候特征以及公共建筑本身围护结构的特点进行改造，并且合理选用保温和外窗节能技术来达到节能的目的。