天津生态城绿色建筑研究院 周玉焰

中新天津生态城建设建设局 李 博 孙晓峰

天津生态城绿色建筑研究院 王 兴 邹芳睿

0 引言

随着我国绿色建筑标识制度的建立和推广，从2008年仅10个项目获得绿色建筑设计标识，发展到2017年的10 927个项目；建筑面积从2008年的141万m2发展到2017年超过10亿m2。然而，在这些获得绿色建筑标识的项目中，仅有7%为运营标识[1]。产生这种现象的原因，一方面是由于设计标识的准入门槛较低易于取得，另一方面则是大部分项目运行效果无法满足设计预期。通过项目实地调研，总结项目运营效果差的原因主要是：绿色建筑技术应用与实际需要存在偏差，运维专业人员专业水平低无法使绿色技术正常运转或无法与现场实际相匹配[2]，运营阶段各主体权责不清晰从而缺乏持续保持建筑绿色节能舒适的动力[3]，少量建筑是由于技术寿命问题导致的性能衰减。这些问题成为长期阻碍绿色建筑发挥性能的重要因素，迟迟无法解决，部分项目直接采用更换系统、设备的形式提升运行效果，无疑成本投入很大，很难为其他项目所借鉴。在不进行改造和更新的情况下，虽然无法改变长周期下建筑性能下降的大趋势，但是可以通过对绿色建筑进行调适，促进周期性的对建筑硬件进行维修，起到改进提高运营措施和管理水平、小幅度提升建筑性能的作用。

建筑调适源于西方发达国家，是一种质量保证体系，已经发展40多年，但我国起步较晚，近些年才逐渐被建筑行业所认知和重视。目前国内尚无国家性或地方性标准对调适技术规范化，且尚无规模化的成熟调适业务团队。虽然有一批企业和技术团队具备调适能力，但相对于调适产业的需求和期望而言，人数过少。国内市场尚未认识到调适在新建建筑领域和既有建筑运行领域的作用，新建建筑领域往往将完善的调适与之前流程化、文本化的调试相混同，既有建筑运行领域则易将调适与节能改造或加强节能管理相混同。但随着经济形势的进一步变化和国内有识人士的不断呼吁，调适必将成为今后一段时间内国内建筑建设、运行领域关注的重点。

本次开展建筑调适实践工作，一方面验证建筑调适技术的可行性，另一方面为行业开展调适工作提供一种思路。本文案例项目通过建筑调适技术应用，建筑性能、建筑环境明显提升，证实建筑调适可以在一定程度上解决目前绿色建筑在运营阶段面临的问题。对建筑而言，理论上物业公司是绿色建筑日常维护的主体，承担了保证绿色建筑运营效果的义务。然而，在我国传统的绿色建筑维护管理业务中，运维的管理费用和系统的运行费用是脱钩的，物业公司只会考虑到冷、热、电、水等的正常供应，以及在机组故障时进行修理和更换，对系统的运行现状、机组的运行效率、控制方式等的变化并不掌握，亟需专业团队辅助项目运营。由此可见，绿色建筑十分有必要定期开展调适工作(见图1)。

图1 理想状态下开展持续调适的绿色建筑运营效果变化曲线

1 绿色建筑持续调适方法研究

建筑调适起源于欧美发达国家[4]。LEED标准体系将调适作为评价其绿色建筑等级的关键评分项。建筑调适的内涵是让项目中的系统处于最适宜的工作状态和为项目中的人员提供最舒适的使用环境。调适工作覆盖绿色建筑全寿命周期，从设计阶段到运营阶段。将绿色建筑作为满足人们对于空间各种需求的“产品”来考虑，可以考虑引入质量控制理论，针对绿色建筑在运营阶段开展持续调适，可以确保设备系统在使用过程中能够达到设计预期的性能目标[5]。

PDCA是一项循环管理的质量保障体系，将质量管理分为4个阶段(见图2)，即Plan(计划)、Do(执行)、Check(检查)和Action(处理)。该理念与建筑调适不谋而合，建筑运营并非一成不变或一次解决长久安逸的，需要在不同时期不同阶段不断地开展建筑调适，才能让建筑持续绿色、健康运行。

图2 PDCA循环示意图

基于PDCA循环理论，从计划—执行—检查—处理的闭环循环管理角度出发，结合国内外相关标准文献，笔者将其演变为绿色建筑运营阶段循环调适工作的4个闭环循环管理环节，分别是：调适准备—建立调适基线—实施调适—重复验证，见图3。

图3 基于PDCA循环理论的绿色建筑持续调适方法

1.1 调适前准备工作

调适前准备工作是制定调适目标的重要工作基础。通过收集绿色建筑设计、施工过程等基础资料，对项目运行概况(设备运行情况、各类资源消耗情况)、用户满意度等有一个大致的了解。调适前准备主要包含以下2项工作内容。

1) 调研用户需求。了解用户诉求是开展调适工作的首要任务。诉求分为2个方面：一是主观需要，使用者对冬夏季室内温湿度、空气品质等的需要；二是客观需要，使用者对项目使用能耗、系统功能实现、设备能效方面存在需要。用户诉求调研的方法一般采用问卷调查、与业主访谈、现场检测等形式。

2) 数据在线监测。建筑调适的依据在于数据。为了核实项目提出诉求的主客观程度，找出项目运行过程中出现的问题，掌握项目不同季节运行基线和调适后的效果验证，项目必须对各系统设备运行情况和各房间环境品质情况进行监测。

除此之外，正式调适前还需甲方单位与原实施厂家、设备厂家、维保厂家、楼控厂家等协调确认设备的升级和修护情况，共同保障调适方案的落地推进。

1.2 建立调适基线

在执行调适方案前，对项目进行监测，掌握项目当下运营状态和调适基线，为之后的效果验证提供依据。调适基线包含室内环境基线、设备运行状态基线、运行能耗基线3种。其中，室内环境基线会依据气候特点再进一步细化：以寒冷地区制冷季为例，会按照夏季气候特点，分别确立高温高湿和高温低湿气候下的调适基线。

1.3 正式实施调适

1) 故障诊断：针对现有监测数据，结合大量图纸复核、现场踏勘调研、设备运行情况检测工作与在线监测管理平台的数据分析工作。通过设备运行情况，复核检测与在线监测数据分析，找出用能系统运行问题作为实施调适的工作重点。

2) 优化提升：针对故障诊断结果给出方案完善、运行提升意见；若涉及大规模改造部分，应给出成本概算。依据用户诉求和现场问题制定建筑调适方案并予以实施。

1.4 重复验证

1) 功能性能验证：调适后1年作为监测时间点，确认调适后建筑运行情况及室内环境满意度是否达到目标。

2) 持续跟进：指导物业单位持续更新调适记录、控制系统记录，编制运行维护手册，定期对物业单位开展培训。

本文选取G项目，对绿色建筑持续调适方法加以应用。G项目为获得绿色建筑三星级的政府办公项目，位于天津生态城内，建筑面积3 500 m2，2013年投入运行，至今已运行7 a时间。通过对具体案例开展分析，以印证上述方法的可行性。项目已获得我国绿色建筑设计三星级设计标识，设计达到美国LEED白金奖、新加坡GREENMARK白金奖的要求。设计中优先采用被动技术，获得良好自然通风、自然采光，降低建筑负荷；采用变风量方式调节室内湿度、独立末端调节室内温度的主动技术，提高系统能效，降低建筑能源需求；采用地源热泵系统作为冷热源，降低系统能耗；利用太阳能光伏系统发电作为补充，抵消建筑能源消耗。综合上述先进技术，最终使得项目实现零能耗。然而，通过实际调研发现，该项目建筑实际能耗远远超过其零能耗的设计期望值，节能潜力巨大；同时，通过现场调研发现，部分房间有用户反映存在不舒适问题。

2 调适准备

2.1 用户诉求调研

依据GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》[6]中对人员满意度要求，制定满意度调研问卷，发放问卷68份，回收问卷65份，超过调研样本数量的80%。通过用户满意度调研发现，室内环境的诉求集中在室内温度和湿度两方面。温度方面，大厅出风口处过冷，吹风感造成不适，部分办公室夜间过冷；湿度方面，建筑内整体过湿，部分办公室湿度过大导致档案资料受潮，档案室内放置除湿机除湿。

该项目诉求特点是：1) 室内环境略有不足，但用户满意度较高，并无强烈的整改需要，仅在办公大厅由于改造和使用用途的改变，导致该区域冷热供应不足，出现夏季过热、冬季过冷的情况。2) 节能需求强烈，项目现场楼宇自控系统失效，机组故障频发，现场空调系统的使用方式已由各系统联动运行变成了单一模式运行，设计预期效果没有在项目中得到良好的体现。因此，在开展G项目调适工作时，将任务的重心放在建筑节能，其次才是室内环境品质。

2.2 数据监测

在G项目调适时，查看了项目能源管理平台，由于无人维护，系统很多数据都没有上传，环境监测数据均异常。只能通过重新安装监测点位获取项目运行数据。在现场内共加设数据监测点位共55个，包括19个室内环境点位、1个室外环境点位、7个三相电能表计、7个水系统流量计、14个水系统温度计、4个风系统温湿度传感器、2个管道压力传感器、1个机组智能接口。其中三相电能表实时监测热泵主机、4台水泵、空气处理机组AHU-1风机与PAU(溶液除湿机组)风机的电能及功率；水系统流量计与温度计监测水循环管道中用户侧总管、地埋侧总管、PAU支路、AHU支路、FCU(风机盘管)支路、FPU(地板供暖)支路与RADW(辐射毛细管)支路的流量与温度，并计算得出各支路的冷热量；风系统温湿度传感器监测PAU取风及空气处理机组AHU-1新风、回风、送风的温湿度状态；管道压力传感器监测分集水器总管的压力。

通过对能耗监测数据进行分析得出，整楼的运行能耗强度为82.3 kW·h/(m2·a)。图4显示了一个自然年项目的用能情况，其中暖通空调能耗占总能耗的49%。建筑调适包含从围护结构到机组设备再到人的行为引导等，范围覆盖建筑的方方面面，依据监测结果，考虑项目投入，本次将调适重点优先放在暖通空调系统。

图4 全年能耗及各分项占比

采集的运行数据将指导对目前环境及能耗基线的确认，支撑系统运行过程中的故障诊断与现场调适，实时监测室内环境变化与能耗情况，为调适工作的开展打好数据基础。项目调适中的运行分析和调适策略的制定将依托于此套数据监测系统开展对应工作。

3 基线设置

调适团队监测了自2019年8月6日以来天津中新生态城气候变化，捕获了G项目室外气候特征，将室外温湿度情况绘制成散点图，如图5所示。其中橙色部分与蓝色部分分别代表高温高湿和高温低湿2种典型气候。高温高湿气候下的运行重点在于保证室内环境的舒适性；高温低湿气候下的运行重点在于最大程度挖掘节能潜力，提高节能量。供冷季工况的运行测试也将以这2种典型气候对应的运行情况与能耗情况作为基线，开展后续调适工作。

图5 室外温湿度监测数据

3.1 室内环境基线

图5中高温高湿气候对应的时间段为8月6—14日。将此时段室内19个监测点位工作时间(08:00—18:00)内的环境数据绘制成温湿度散点图，同时参考对比ASHRAE 55-2013标准中定义的舒适区，发现基线运行下被监测环境点位中仅有不到5%的点位满足舒适区要求，其他环境点位反映出相对湿度过大或室内温度过低或两者兼具的问题，见图6。

图6 高温高湿气候下的室内环境温湿度散点图

3.2 运行状态基线

系统主要机组(包括热泵机组、水泵、AHU风机)24 h全天候运行，其中热泵机组根据负荷情况间歇运行，其实际蒸发器出水温度为12～14 ℃；水泵与AHU风机由于无法变频，保持全天工频运行；AHU新风阀与回风阀无法调节开度，保持100%开度状态；PAU机组关闭；FCU根据末端需求开启，开启后处于自动模式，夜间仍有部分FCU开启，少数设定温度低至19 ℃。表1显示了高温高湿气候下暖通系统运行状态。

表1 高温高湿气候下暖通系统运行状态

3.3 运行能耗基线

图7显示了G项目暖通系统主要机组的运行功率。其中热泵机组由于间歇运行，功率在0～24 kW之间频繁振荡，平均功率为15 kW；用户侧、地埋管侧水泵全天候定频运行，功率分别保持在最大值3.5 kW与4.2 kW；PAU风机关闭，功率接近0 kW；AHU风机定频运行，全天保持在最大功率6.4 kW左右。

图7 高温高湿气候下机组运行功率

同理，建立高温低湿气候下的基线，发现高温低湿气候下的系统运行状态与高温高湿气候下一致；机组运行功率与高温高湿气候下运行功率水平一致，热泵机组间歇运行，其他主要机组功率水平全天基本不变。

4 实施调适

4.1 故障诊断

针对现有监测数据，调适团队进行了大量图纸复核、现场踏勘调研、设备运行情况检测工作与在线监测管理平台的数据分析工作。通过设备运行情况复核检测与在线监测数据分析，G项目暖通系统运行问题整理如下。

4.1.1热泵机组运行问题

1) 机组全天候间歇运行。

热泵机组全天候不停机，间歇运行。通过现场踏勘调研得知，运维人员(保安)在非工作时段通过手动关闭末端设备降低负荷，使热泵机组降速至待机状态；如图8所示，热泵机组在间歇时段功率为0 kW，运行期间峰值功率为23 kW左右，机组在夜间和周末等非工作时段的运行强度与工作时段无异，能耗水平与工作时段相当。夜间仍保持常规开启的运行方式造成不必要的能耗浪费。由于夜间温度较低、负荷更小，这部分冷量造成室内环境过冷，部分房间夜间温度低至20 ℃，直到次日工作时间08：00才开始慢慢攀升。同时，间歇运行方式的能效极低，机组频繁启停对热泵机组本身会造成一定的损耗，功率大幅波动也反映出机组在低负荷情况下难以实现稳态运行的问题。

图8 热泵机组运行功率

2) 蒸发器供回水温度失调。

地源热泵机组制冷额定的供/回水温度为16 ℃/21 ℃，与PAU和AHU的设计额定工况一致。但监测数据表明实际蒸发器出水温度为12～14 ℃，严重偏离设定值；同时，如图9所示，热泵机组蒸发器回水温度为13～15 ℃，与供水温度的温差极小，多在1 ℃左右。

图9 G项目泵房运行记录

现有的供水温度设定策略为物业运维人员根据经验设定，存在较大的优化空间。供水温度低会增加冷水机组功耗，供水温度高又难以满足负荷需求。在实际运行中，供水温度的设定需同时平衡系统能效与负荷需求，结合对能耗及室内环境影响的定量分析，在不同工况下设定适宜的供水温度。

3) 变频水泵定频运行。

该项目机组配置的水泵为变频水泵，但其能耗监测数据显示工作水泵基本定频运行(见图10)，工况单一，无法响应实际负荷变化，不具备调节能力。当末端负荷较小时，水泵无法根据实际冷量需求匹配流量；同时全天候定频运行导致水泵能耗较大。经排查，按照现有配电箱接线方式，无法实现水泵的变频运行，需要进行配电箱内线路调整改造。

图10 水泵运行功率

4.1.2组合空调机组运行问题

1) 基线运行不具备除湿能力。

通过对室内外温湿度监测数据的对比(见图11)分析发现，室内外空气含湿量接近，基线运行中除湿环节缺失。

图11 同一时刻室内外环境温湿度对比示例

由于PAU关闭，其除湿功能未启用。同时，比较通过AHU表冷器前后的回风、送风状态，其含湿量亦无明显变化，AHU未提供除湿能力。对于采用干式风机盘管加新风系统的外区办公室等区域，同样存在新风未经有效除湿、干式风机盘管的供水温度也无法满足除湿效果的问题。原有基线运行不具备除湿能力，导致室内空气湿度受室外空气湿度影响大；室外处于高湿天气时，室内环境整体湿度过大。

2) PAU与AHU运行策略不当。

基线运行中，PAU风机关闭，AHU风机以100%转速全天候运行。取风由AHU抽入风道，AHU前端压力异常。新风系统机房内主要风管风量测量数据如表2所示，其中风机盘管区域新风管道风量为6 895 m3/h，但送风方向与设计相反，这部分风量倒灌至AHU机组，新风管变回风管。

表2 新风系统管道风量测量值

3) AHU新风阀位无法调节。

G项目AHU的新风、回风阀都采用电动阀控制，在设计中电动阀可根据需求调整阀开度，满足不同区域的负荷需求。但在当前运行中，AHU新风阀和回风阀的开度长期保持在100%，自控系统已经废弃，未进行过新回风调控。进一步排查发现，由于执行器内部接线错误，电动阀的控制已失效。新风风量无法通过机组调节，风机盘管区域和AHU区域的新风量分配也不能独立调节。

4) 风机变频功能被废弃。

机组始终处于单一工况运行，风机变频功能基本未启用，频率不可调，导致AHU风机在不同工况下仅能以100%转速运转，无法根据不同的负荷情况调整转速及设备功耗。

4.1.3末端控制问题

1) 部分温控器设定不当。

当前运行中，由于部分温控器设定温度过低，结合机组夜间不停机的运行现状，对应办公室区域(如图12中的房间101、102)室内夜间温度低至20.5 ℃，且室温在此时段无回升趋势，仍远低于室外空气温度。这些房间的室温从次日08:00左右开始升高，至下午稳定在较适宜的温度区间内。人员调研反馈与室内温度变化吻合，由于夜间室内温度过低，早上需要通过开窗或关闭风机盘管改善室内低温状况。对于房间设定温度过低的房间，风机盘管全开也无法达到设定低温，即使在夜间负荷更小的时段，机组与末端风机盘管仍然持续为建筑供冷，造成室内低温问题。而设定温度过低导致的供冷量超过实际负荷需求的现状也造成整个系统的能源浪费。

图12 房间101、102室内温度变化情况

2) 温控器反馈温度偏离。

通过对风机盘管与温控器的排查与对室内环境温度的检测，发现温控器面板上的反馈温度与室内实际温度不符；同一房间内不同温控器的反馈温度存在0.5～2.0 ℃的差别。温控器反馈温度与实际环境温度的偏差使得风机盘管的响应偏离实际需求。

3) 部分风机盘管控制面板损坏。

建筑内现有风机盘管共56个，其中监测区域风机盘管控制器共35个，已损坏14个，无法正常工作。风机盘管数量的减少使得房间风量低于设计值，供冷能力相应减弱。如果风机盘管损坏数量继续增加，将严重影响室内环境舒适度。

4.2 优化提升

持续调适是项目定期的自我诊断优化过程，其并非单一通过将故障设备修复而实现项目运行性能提升，而是通过诊断发现项目存在问题，依据问题严重程度和用户实际需要制定不同运行方案进行对比测试，衡量设备的投入与产出，进行必要的设备维修更换，在最经济条件下实现项目节能和为使用者提供更加舒适的环境。G项目在完成前期调适准备工作后，依据用户诉求和现场问题制定建筑调适方案。通过针对监测中发现的问题，优先对项目失效的风阀执行器和风机变频器进行修复，修复如下：

1) 恢复新风、回风阀执行器功能。

通过现场测试，溶液除湿机组的新风阀和回风阀长期处于100%开启状态，电动阀无法对其进行调控，无法分配建筑内各区域新风量，因此通过将电动阀线路梳理重接，恢复其执行功能，让新风阀和回风阀重新具备开度调控功能。

2) 恢复AHU风机变频器功能。

G项目的暖通空调系统普遍存在变频器失效的问题，设备均处于定频状态下运行。经监测，空调机组风机的频率始终保持在工频50 Hz，无法进行调控，经调研发现是由于物业管理人员担心变频器烧坏而主动将线路断开。经重新接线，使AHU风机可根据负荷需求调整频率，从而降低能耗。

在各类设置恢复基本功能后，通过前期对设计理念的理解和现场实际情况的调研，设定了4种运行测试工况，以期从中找到系统的最佳运行方式。4种工况分别为：变温运行+额定风量运行、变温运行+变风量运行、变温运行+风机盘管运行、原始运行+变风量运行，运行结果如图13～16所示。通过4种工况的节能量对比，发现变温运行+变风量运行的策略取得的效果最佳，节能量为20.7%。

5 重复验证

G项目按照第4种方式运行。通过对项目进行为期1年的在线监测，项目能耗和机组能效得到了很大的改善，满足绿色建筑标准中对于项目能耗和机组能效的相关要求(见图17、18及表3)。

表3 项目优化前后暖通空调系统能耗对比

图17 调适前后运行能耗对比

图18 调适后室内环境舒适性

6 结语

基于PDCA理论，由调适准备—建立基线—实施调适—重复验证4个步骤循环构成了绿色建筑单次调适方法，而每经历一次调适循环就能够在一定时期内保障和提升绿色建筑的运营效果。同时提出持续调适方法不再只关注具体技术的运营状况，而是更关注建筑的整体运行效果。例如，建立调适能耗基准线，根据主要能耗指标判断建筑的节能潜力，并提出建筑的主要运营问题；在实施调适过程中，根据详细能耗指标判断建筑提高能效的具体措施；持续调适有助于确保建筑的所有分系统、设施设备正常运行，故障率远低于常规物业管理水平；当设施设备出现故障等问题时，解决问题的时间大幅度缩短；合理延长建筑和系统设备的寿命；使项目达到设定的节能减排目标；提升建筑室内环境质量、空气品质，提高建筑使用者满意度并达到设定目标等。