“双碳”背景下既有建筑绿色节能改造实践

■ 潘 军 PAN Jun

0 引言

在国家“双碳”政策引领下，一大批新建建筑正按照不断更新的国家绿色建筑标准进行设计、施工和运营。在一线城市的中心城区，有相当一批既有建筑，因其建造年代的标准与现有标准不同，其绿色节能效果不及新建建筑。这些建筑的业主面对不断提升的运营、能耗成本和招租压力，提出了明确的节能改造要求。如何针对既有建筑的实际情况，因地制宜地进行绿色节能改造，成为当下一个热门的探索课题。本文将针对一个具体项目的节能改造实例进行分析和总结。

1 案例背景

位于上海市中心城区的C 中心（图1），是由甲级写字楼和商业中心所组成的城市综合体，总建筑面积12.3 万m2。其中，商业中心约4 万 m2，商户数量约为25 户，员工数量为600 人，顾客人数为15 000 人，每天运营13 h；5A 甲级写字楼面积近5 万 m2，全年运行天数365 d，办公租户数量约为40 户，办公员工数量约为4 500 人，访客人数为300 人，每天运行16 h；其余为地下车库。C 中心投入运营至今约5 年时间，吸引了多家新锐企业入驻，商业和办公基本呈现满租状态，物业管理已进入较为稳定的阶段，在运营方面也进行了一些有益的探索和实践。

图1 项目实景图

由于历史原因，项目在建设之初并未按照绿色建筑的标准进行定位和设计。虽然运营单位努力通过各种途径提升管理能力，但建筑始终存在能耗较高、环境舒适度不佳、实时运行数据掌握不全面、楼宇管理效率有待提高等痛点。业主方要求项目改造团队提出高效率方案来解决上述问题，提升项目的绿色运营效能。

2 改造的思路和做法

既有建筑的绿色节能改造首先应明确目标和指导原则。项目团队在工作启动伊始，即明确本项目的更新工作原则应是以国家和地方制定的绿色建筑标准[1-2]为引领，最大程度地提升使用人的健康和绿色体验，提高能源使用效率，降低建筑物的综合能耗和水耗，降低碳排放。

项目团队根据最新实施的上海市《绿色建筑评价标准》（以下简称《标 准》）（DG/TJ 08-2090—2020），从安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居等5 个方面着手，分析项目现状，查找差距点，提出有针对性、高性价比且用户体验感强的升级改造措施，以提升项目的“绿色性能”。经分析，本项目从2012 年开始设计和建设，对照现行的《标准》，建筑和暖通设备方面的硬件基础较好，符合国家和地方标准中绿色建筑的控制性要求，不存在“硬伤”；而且，C 中心的物业管理水平处于行业领先地位，物业管理企业通过了ISO 9000 和ISO 18000 及安全生产标准化认证；项目投入运营后，各年度逐月能源使用记录完整，且能耗数据接入了区属能耗检测平台。这样在硬件和软件基础相对较好的条件下，后期通过选择合适的改造路径，完全可以达到现行《标准》下的绿建二星水准。基于上述分析和判断，项目团队对照标准拟定了绿色节能改造路线图，即在建立实时运营管理信息系统的基础上，充分提升建筑物安全耐久性、增加使用者健康舒适度、提高生活便利性、优化资源使用效率和美化周边环境。

2.1 建立实时运营信息系统

（1）静态数据方面：在着手硬件改造工作以前，项目团队首先建立了一个基于BIM 技术的智慧楼宇运营平台[3]，该平台的系统架构见图2。有别于新建项目的正向建模手段，本项目的设计和建造均基于二维图纸，没有三维模型。对此，通过调用建筑和水电通风专业的竣工图纸，反向建模，将楼宇的静态信息构建到BIM 模型中，且模型精度达到LOD500 标准（模型最高等级）；同时将梁板柱尺寸等主要构件的几何信息、水电暖专业的主要零件和管件尺寸、重要设备的厂商信息等，全部集成到模型中。

图2 基于BIM 技术的智慧楼宇运营平台系统架构

（2）动态信息方面：一方面，将楼宇的主要动态运营信息如空调系统、新风系统、通风系统、发电机系统、配电系统、冷源系统、热源系统、照明系统、水系统、电梯系统和消防系统等运行数据，通过既有或新研发的数据接口，实时传递到平台上；另一方面，新装或更换分回路计量电表和重点部位计量水表，实时监测各终端用户能耗水耗信息，提升能源感知和审计能力。本次改造还在地下车库、商业和办公区域加装了环境传感器，感知总挥发有机物（TVOC）、PM2.5、PM10、CO 和 温湿度等环境数据，并集成在该数字平台中；在出入口和商场人员容易集聚的重点部位更换了具有AI 功能的数字摄像头和通信探针，以感知人流量数据；在BIM 的静态模型信息上加载上述动态数据，集成后即形成实时动态的全景化数字孪生场景，可显示建筑能耗和人流量之间的关系（图3）。

图3 运营平台上的人流与能耗数据

（3）业务管理流程方面：项目新部署了“智慧服务APP”及“集团公司物业板块信息化平台”，并与智慧楼宇运营平台建立接口，对原有标准物业管理作业程序（SOP）加以信息化、集成化，信息系统功能与线下业务流程匹配，形成完整的工作数据记录，可在移动端或电脑端在线创建、接单、处理、验收和抽查物业工单及客服工单，实现绿色建筑物业管理的定量化、精细化和可追溯化。

通过集成静态数据、动态信息和业务管理流程，项目的运营管理信息系统实现了全面动态展示项目整体建筑模型管理（包括给排水、暖通风、暖通水、消防、电气及电源模型）、设备数量和运行统计管理（包括强电、弱电、暖通、给排水、电梯及消防）、物业工单系统信息处理情况、公司生产信息及实时动态发布、故障报警列表及提醒、楼宇运行概况、天气及环境数据实况、楼宇用电、环境监测数据等实时运营信息的目标。有了这一强有力的信息平台，楼宇的底层运行信息可全面掌握。

2.2 提升安全耐久性

本项目竣工于2015 年,建设标准相对较高，故建筑本体安全耐久性指标较好，此方面的改造工作重点是按照《安全标识及其使用导则》（GB 2894—2008）要求设置安全警示及安全引导标识，包括禁烟、禁止攀爬、禁止使用手推车上自动扶梯、小心地滑、禁止踩踏、人行导向、楼层、安全出口、停车场和室外吸烟点等。警示和标识需清晰、醒目，安排位置和分布密度需合理。另外，在智慧楼宇运营平台中，也增加了以用电、人流、消防、应急疏散为安全重点的监测功能，辅以应对各种场景的应急预案，提升安全应急管理能力。

2.3 增加健康舒适度

本项目地上商业、办公用房等采用风机盘管加新风（带热回收）系统，地下一层商业等大空间采用全空气系统，室内均设有空调末端控制面板，可根据使用人员的体感和需求独立调节室内温湿度和风速，实现独立控制。

本次改造工作在上述硬件基础上，针对前期评估PM2.5指标不理想的结果，优化新风系统，设置过滤段（图4），且设定等级从G4+F5 提升至G4+F7，以保证室内空气质量满足绿色建筑性能要求。

图4 改造后的空气过滤段

在每层商业及办公区域均新增设安装空气质量传感器，监测PM10、PM2.5、CO2、TVOC、温度、湿度等6 项指标，所有传感器均接入智慧平台，以实现连续测量、显示、记录、数据传输等功能，可在污染物超标时报警，并在BIM 模型中显示。地下二、三层车库设有机械通风系统，本次改造在各层增设多个CO 浓度传感器（图5），且设置密度满足《标准》要求。当车库内CO 浓度大于30 mg/m3时，联动现有的机械排风系统，自动开启排风机和补风机，对车库进行换气通风，降低有害气体浓度，保证地下室空气质量。

图5 地下车库CO 浓度传感器

根据《标准》要求，对楼宇内人员长期停留场所的灯具进行部分更换，使更换后的灯具符合现行国家标准《灯和灯系统的光生物安全性》（GB/T 20145—2006）规定的无危险类照明产品标准。经检测，更换后的LED 灯具光输出波形的波动深度满足现行国家标准《LED 室内照明应用技术要求》（GB/T 31831—2015）的规定。

2.4 提高生活便利性

C 中心的商业部分全部对社会公众开放。本着最大限度向社会提供公共服务的绿色建筑理念，提高全社会资源使用效率，本次绿色建筑改造工程还在地下停车场内增设机动车普通充电桩（图6）及特斯拉专用充电桩，并在非机动车停车库增设电瓶车集中充电柜（图7），配备专用消防器具。同时，通过管理手段，向周边居民提供夜间错峰停车的月租套餐，以优化社会资源配置，提升社会效益。

图6 机动车普通充电桩

图7 电瓶车集中充电柜

2.5 优化资源使用效率

本项目的暖通系统硬件基础较好，改造量不大。本次改造后，项目团队通过智慧楼宇运营平台收集到室外温湿度、室内人流量和室内温湿度数据，编制基于参数的运行调节方案，可以有依据、有目的地动态调整暖通设备的运行状态，使其在保证舒适度的前提下最大限度地节约能耗。

在水资源利用方面，更换了项目内部分用水效率不达标的用水器具。改造后，坐便器、小便器、水嘴等主要用水器具的用水效率等级达到1 级（图8），淋浴器的用水效率等级达到2 级要求。在场地绿化中，还增置了节水灌溉系统，实现微喷灌（图9）和滴灌相结合。对不成片的小块独立绿化采用取水阀取水进行灌溉，并设置雨量传感器自动关闭装置（图10），降雨时可自动停止灌溉，也可通过信息化手段实现远程启停灌溉装置。采用节水灌溉的绿地面积比例需大于90%，且改造时，需根据检测结果，对水压超过0.20 MPa 的部分增设减压阀，将水压控制在0.20 MPa以内，减少因超压出流产生不必要的水量浪费。

图8 节水器具

图9 绿化喷灌装置

图10 雨天传感关闭装置

2.6 打造宜居环境

根据上海市生活垃圾分类要求，本项目专门设置了分类垃圾房，增设通风、除尘除臭设施，并增加了消杀装置。

项目调整了原有的室外吸烟点，将其设置在商业和办公主出入口的下风8 m 以外，靠近集中绿化，但远离商业和办公主要人流及和楼宇新风入口，并相应配置具有烟头收集功能的垃圾筒。调整后的室外吸烟点周边张贴吸烟有害健康的明显警示标识。此外，楼内严格禁止吸烟，另设吸烟区导向标识。

3 绿色节能改造取得的效果

根据《能源审计报告》，本项目在 2019—2021 年，单位面积总能耗平均值为45.48 kWh/m2，比《综合建筑合理用能指南》（DB31/ T 795—2014）中的用能合理值水平的50.45 kWh/m2低10.14%。

本次节能改造后，2020 年11月—2021 年10 月期间，逐月综合能耗值降低到43.53 kWh/m2，对比2019 年、2020 年能耗，数值进一步明显下降。相较2020 年，改造后每年可减少碳排放196 t，取得了良好的社会效益。

改造后，项目运行阶段室内空气中的氨（NH3）、甲醛、苯、总挥发性有机物、氡（Rn）等污染物浓度的检测值低于现行国家标准《室内空气质量标准》（GB/T 18883—2002）规定限值的40%以上[4]（表1）。

表1 改造后室内空气质量检测结果

在项目改造前，根据《标准》对项目进行预评估的分值为68.7 分，不能满足二星级要求。改造后,经专家评审确认，分值提升至73.2 分,达到新标准下绿色建筑运营标识二星级标准。

上述改造工作投入的初投资成本约为558 万元，单位面积增量成本约为45 元/m2。根据初步运营结果测算，本项目年可节约运行费用约30万元。另外，绿色建筑二星级认证通过后还可获得多项财政补贴。

4 经验及意义

本项目作为绿色节能改造案例，是既有建筑在“碳达峰”“碳中和”战略背景下的升级改造，为新形势下的城市更新提供了有益的经验。

（1）以国家和地方标准及有关指南为引领，合理分析建筑的特点，制定有针对性的提升和改造措施，避免走弯路。

（2）以全景化的信息系统为基础，掌握全过程和实时的建筑运营数据。若没有信息系统的支撑，改造工作很大程度上会是盲人摸象的场景。

（3）充分掌握详实的项目运营历史数据，在措施选择上，应优先采用对使用者感知度提升明显、社会效益高、能耗水耗降低明显、有利降低运营成本的低投入改造措施。

（4）能源传感器和环境传感器的数量决定了末端信息量的丰富程度，也决定了未来运营调适的准确程度。这方面提升改造投入的大小，将直接影响未来运营成本支出的降低幅度。

（5）改造工作需要业主、用户和运营管理团队形成合力，需要有物业运营管理系统的信息化支持。

（6）良好的线下管理可以为迅速提升建筑物绿色管理水平提供扎实的基础。

（7）绿色节能改造需因地制宜，量力而行，不宜盲目追求豪华先进、贪大求全，适用的技术措施才可能是最好的。对于成本投入高而使用者体验不明显、节能效果短期内不显著及回收期长的改造措施，应谨慎使用。

同时，本次改造案例为今后新建项目在绿色建筑的策划、设计、施工和运营等方面提供了非常有意义的借鉴。例如，在新项目启动之时，利用BIM 技术进行正向设计；根据绿色运营管理需求，结合楼宇的设计和施工，同步布设楼宇运营状态传感器；采用合理的建筑布局和被动式节能方案等。相较于后期改造，这些措施的应用会大幅度降低成本的投入，合理性、经济性更强。

5 结语

作为节能改造实践，本案例可以为既有建筑在较小投入下提升运营效率、降低能耗水平提供借鉴。通过对目标建筑的运营特点和历史数据进行仔细分析，以不断更新的国家标准为导向，合理布置建筑运营传感器，最大程度地掌握建筑运营的实时数据，寻找最优改造点，提升智慧运营水平，将是一个卓有成效的既有建筑节能改造解决方案。