合同能源管理在金茂大廈的實踐與探索

鄭文明[金茂（上海）物業(yè)服務(wù)有限公司， 上海 200121]

1 項目背景

金茂大廈位于上海市浦東新區(qū)陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，建成于 1999 年，集辦公、酒店、商業(yè)、娛樂為一體， 高420.5 m，占地面積 23 611 m2，總建筑面積為 29 萬 m2。其中，辦公 1～50 F 建筑面積約 13 萬 m2。該項目集現(xiàn)代化辦公樓、五星級酒店、會展中心、娛樂、商場等設(shè)施于一體，融匯中國塔型風格與西方建筑技術(shù)的多功能型摩天大樓。金茂大廈第 3～50 F 為辦公空間，51～52 F 為機電設(shè)備層，53～87 F 為超五星級酒店（555 間客房），第 88 F 為觀光層。根據(jù)與金茂物業(yè)部門溝通得知，本項目辦公人員數(shù)量約為 12 000人，酒店房客總?cè)藬?shù)約為 6 88 人。

金茂大廈是融辦公、商務(wù)、賓館等多功能為一體的高檔超高層樓宇。作為一個超高層建筑，能耗的控制是關(guān)鍵。在日常運營過程中，金茂大廈持續(xù)推進節(jié)能舉措，在確保租戶滿意度、保證設(shè)施設(shè)備安全運行的同時，能源消耗逐年下降。節(jié)能舉措包括制訂完善的綠色物業(yè)服務(wù)標準，形成制度保障；通過培訓(xùn)、宣傳，不斷灌輸綠色物業(yè)觀念，有理念才有行為，使綠色物業(yè)成為全體員工的共同基因；根據(jù)房地產(chǎn)業(yè)運用的綠色環(huán)保技術(shù)，不斷研究掌握并具備維保能力；優(yōu)化各類設(shè)備（空調(diào)、照明等）運行參數(shù)及時間等。2020 年全年能耗費用對比 2013 年下降 43.48%。在能耗下降如此明顯的過程中，合同能源管理形式的節(jié)能方式也是其中不可忽略的一部分。

2 合同能源管理初期實踐

合同能源管理是一種新型的市場化節(jié)能機制。其實質(zhì)就是以減少的能源費用來支付節(jié)能項目全部成本的節(jié)能業(yè)務(wù)方式。對業(yè)主而言，這種形式既可以優(yōu)化系統(tǒng)、節(jié)約能耗費用，同時也減少成本的支出。金茂大廈在建成初期就成了最早使用該節(jié)能方式的超高層建筑之一。

2.1 水泵變頻改造

2000 年金茂大廈引入合同能源管理項目，對大廈租戶冷卻水系統(tǒng)進行變頻節(jié)能改造，到 2004 年 10 月合同執(zhí)行完畢時，已收回前期投入的改造資金。整個項目實施歷時5 a，前三年半系統(tǒng)運行全部節(jié)約的能耗費用沖抵投資，5 a后全部受益歸業(yè)主方所有。投資回報期為 5 a，實際 5 a 節(jié)約費用總計 222 萬元。

2.2 照明節(jié)能改造

自 2015 年起，金茂大廈開展了照明燈具改造合同能源管理項目，位置覆蓋裙房、塔樓、地下室公共區(qū)域及車庫，目前已運行 5 a 多。節(jié)能燈改造項目于 2015 年 11 月完工，共計安裝 LED 燈管（泡） 19 811 只（套），其中有 3 313套安裝在機房內(nèi)，十分之一左右是應(yīng)急照明，全天 24 h 運行，其他的照明平均每天運行 14 h 左右。照明改造前后每月用電量節(jié)約 140 000 kWh，每月節(jié)約電費約 11 萬元。根據(jù) LED 燈管平均壽命 30 000 h 及大廈實際每天使用小時數(shù)計算，現(xiàn)正在著手統(tǒng)計各區(qū)域包括光衰度在內(nèi)的使用情況，為后期照明類節(jié)能管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 合同能源管理系統(tǒng)化實踐—金茂大廈中央空調(diào)系統(tǒng)的改造

3.1 日常管理狀態(tài)

制冷機房在地下三層，裝設(shè) 8 臺開利離心式冷水機組、10 臺冷凍水泵和 10 臺冷卻水泵，12 臺冷卻塔位于裙房屋頂。中央空調(diào)系統(tǒng)控制主要包含以下設(shè)備：制冷主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、空調(diào)箱、末端設(shè)備等。樓宇控制系統(tǒng) BA（Building Automation System 樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)），可以監(jiān)控主要設(shè)備的狀態(tài)，在現(xiàn)場維護人員的配合下可修改控制參數(shù)，控制設(shè)備啟停，實現(xiàn)半自動化運行。

辦公區(qū)空調(diào)冷凍水分區(qū)如下。

（1）辦公低區(qū)：服務(wù)地下室、裙房、辦公 21 F 以下，工作壓力 2.1 MPa，供冷量 16 111 kW，異程式定流量系統(tǒng)，末端裝設(shè)電動閥和平衡閥，在供回水之間裝設(shè)壓差旁通。

（2）辦公高區(qū)：服務(wù)辦公 22～50 F 和賓館，工作壓力2.8 MPa，供冷量 15 103 kW，異程式定流量系統(tǒng)，末端裝設(shè)電動閥和平衡閥，在供回水之間裝設(shè)壓差旁通。

辦公區(qū)空調(diào)冷卻水分區(qū)如下。

（1）低區(qū)：服務(wù)于 26 F 以下，二次水供回水溫度33.3/39.4 ℃，水側(cè)工作壓力 2.1 MPa。

（2）高區(qū)：服務(wù)于 27 F 以上，二次水供回水溫度33.3/39.4 ℃，水側(cè)工作壓力 2.8 MPa。

3.2 管理模式的弊端

（1）制冷站設(shè)備多，各設(shè)備之間的啟動和停止的先后順序要求嚴格，一旦存在人為操作失誤將直接導(dǎo)致系統(tǒng)故障。

（2）制冷主機臺數(shù)由運行人員根據(jù)系統(tǒng)負荷手動控制，不能結(jié)合制冷主機的制冷高效區(qū)自動調(diào)節(jié)主機運行臺數(shù)；冷凍水出水溫度手動設(shè)定，不能根據(jù)室外天氣情況，自動調(diào)節(jié)冷凍水溫度，影響主機制冷效率。

（3）大廈 BA 對于中央空調(diào)系統(tǒng)缺少能源管理實時數(shù)據(jù)的采集和分析，無法有效記錄日常運行數(shù)據(jù)，給能源管理帶來不便。

（4）大廈中央空調(diào)系統(tǒng)采用現(xiàn)場 DDC 控制的群控方式，存在備品備件停產(chǎn)等問題。

（5）有經(jīng)驗的老員工一旦離職或者退休，培養(yǎng)新人面臨諸多實際問題，非一朝一夕可勝任。

（6）原 BA 控制系統(tǒng)所存在的控制弊端：① 制冷主機出水溫度全年手動設(shè)定，不隨熱濕負荷而動態(tài)調(diào)節(jié)；② 冷凍水定流量運行不能動態(tài)調(diào)節(jié)；③ 冷卻水定流量運行不能動態(tài)調(diào)節(jié)，流量偏大，供回水溫差偏?。虎?冷卻塔風機開啟臺數(shù)為手動控制，不能自動調(diào)節(jié)頻率并充分利用全部冷卻盤管在風機低速工況下進行全面換熱；⑤ 變風量組合式空調(diào)機組風量偏大，不能隨負荷調(diào)整風量變化，末端風閥調(diào)節(jié)有問題，部分風閥開度較大。

3.3 智能化改造的必要性

（1）制冷系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)及末端空調(diào)風系統(tǒng)三部分合理配合，才能最終提高運行管理水平。在此基礎(chǔ)上進而去完善系統(tǒng)自動化程度，合理分析能耗數(shù)據(jù)，評估能耗指標，實現(xiàn)能源管理與控制于一體的節(jié)能平臺。

（2）傳統(tǒng)半自動化控制和調(diào)節(jié)都是較為粗放式的，控制策略往往只針對某個設(shè)備進行制訂，很難達到精準控制和最大化地節(jié)能。

（3）大廈中央空調(diào)系統(tǒng)能耗約占大廈總能耗的 30%，能耗節(jié)省空間有待挖掘，節(jié)能改造是主要途徑。

（4）降低人力成本，降低人為操作失誤風險。

（5）控制策略先進，中央空調(diào)系統(tǒng)能源管理平臺對于數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計帶來便捷，能源管理更經(jīng)濟、科學。

3.4 改造方案

中央系統(tǒng)節(jié)能改造主要針對金茂大廈的冷凍站系統(tǒng)和辦公區(qū)域的變風量系統(tǒng)（Variable Air Volume，VAV）的空調(diào)末端系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)運行特點及空調(diào)區(qū)環(huán)境參數(shù)指標要求，參考負荷變化特性，對系統(tǒng)實施動態(tài)調(diào)節(jié)，提高能源利用效率，降低空調(diào)系統(tǒng)運行能耗。經(jīng)過現(xiàn)場排摸，改造所涉及的重點設(shè)備。涉及空調(diào)系統(tǒng)改造的重點設(shè)施設(shè)備如表1 所示。

表1 涉及空調(diào)系統(tǒng)改造的重點設(shè)施設(shè)備

3.5 重點設(shè)備節(jié)能運行策略

根據(jù)表1 制定了整個中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行策略，如表2 所示。

表2 重點設(shè)備節(jié)能運行策略

3.6 節(jié)能改造前后的能耗對比

節(jié)能改造前后的能耗對比如表3 所示。

表3 節(jié)能改造前后的能耗對比

由表3 可以知，對比 2018 以及 2019 年平均用電，7 個月以來僅水系統(tǒng)節(jié)約了標煤 190 t，費用約 97.5 萬元。

4 結(jié) 語

當前，為如期實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”兩大目標，應(yīng)該更加注重發(fā)展與減排之間的關(guān)系，倡導(dǎo)綠色低碳的發(fā)展道路與生活方式。金茂大廈在 20 a 的運營管理過程中，一貫堅持“以始為終，創(chuàng)造價值”的理念，通過管理上的創(chuàng)新，從設(shè)備運行控制與設(shè)備日常維護入手，即使在低能耗運營的情況下，金茂大廈卻保持著很高的客戶滿意度。自建成以來，如何進行綠色運營，是金茂大廈可持續(xù)發(fā)展、履行社會責任的重要課題。特別是碳達峰、碳中和的大趨勢下，更是給超高層建筑帶來了機遇和挑戰(zhàn)。