周驷磊
上海宝华集团有限公司 200436
摘要：随着商业地产行业的飞速发展，商业综合体的品质越来越高，商场内空调数量多、照明设施齐全，尤其是冬夏两季，能源费在商业综合体运营成本中占了相当巨大的比重。越来越多的项目管理者意识到了节能的重要性，能耗的降低直接关系到运营成本的减少，所以改进设计措施、加强技术革新是保证商场竞争力的有效手段。本文首先阐述了商业地产节能的重要意义，并以上海静安晶品中心为例，分别对智控中心在商业节能领域的应用中取得的成果、遇到的技术问题及解决方案进行论述，研究成果可为相关应用与研究提供参考。
关键词：绿色商业；智控中心；技术问题；解决方案；上海静安晶品中心
1、商业地产节能的重要意义
1.1 减少环境污染，促进可持续发展
全球约69%的温室效应源于房地产领域，其中我国建筑能源的消耗量已高达全国总能耗的47%。目前我国主要发电方式为火力发电，产生的二氧化硫、氮氧化物以及其他有害气体将直接影响到人们的生存环境；同时我国也是一个干旱缺水严重的国家，人均水资源占有量仅2200立方米，为世界平均水平的1/4，是全球13个水资源最贫乏的国家之一。在我国商业地产逐渐成为住宅以后的新投资热点的形式下，绿色商业的推广应用将会是减少环境污染，促进可持续发展的重要手段之一。
1.2 降低商业运营成本，增强竞争力
一个建筑面积10万平方米的商业综合体为例，一年用电量约1400万千瓦时，一年用水量约22万吨，若节能5%，无论对环境保护和商业运营成本都将带来巨大的收益。由于互联网的普及，越来越多的消费者青睐网络购物，网店低廉的运营成本对传统的商业广场造成了巨大的冲击。同时由于疫情影响，全国各地商业项目营业额都发生了不同程度的下滑，商场若要在激烈的竞争环境中立足，控制运营成本尤为重要，而能源费的开销在商场运营成本中占了相当巨大的比重。因此商场节能是控制营运成本，增强竞争力的主要手段。
2、上海静安晶品中心项目概况
上海静安晶品中心建筑面积12.27万平方米，其中办公楼区域1.39万平方米，商场7.24万平方米，其余为地下车库和设备机房。该项目于2018年6月完成了智控中心的改造接入工作，通过智控中心的管理优化，使同年7月和8月的能耗同比上一年度下降11.3%，仅两个月节省约37万能源费。
3、智控中心在商业地产节能领域的成果
智控中心由中央工作站、监视器、控制器以及输入输出设备组成，主要工作是对原有的暖通空调、给排水、电梯、照明系统等多项智能设备系统进行局部改造，并建立集中控制平台，将控制管理集成在一个管理界面上。通过分析设备运行的实时数据，逐渐完善机电系统设备运行参数以及自动控制逻辑，最终获得一套最优的运行方案，实现在降低设备能耗的同时保证运行品质，满足商业管理绿色运营的要求。
智控中心对设备运行的优化方式以下列机电系统为例：
3.1 智能照明系统
通过在室内外安装均匀分布的光照度监测点位，并根据不同的天气情况，实现对晶品中心的照明系统进行自动控制。监测设备应避免安装在灯光直射的位置，防止照度虚高，并根据照度探测器实时反馈的数据判断该区域照度是否偏高或偏低，并通过照明控制模块开启或关闭部分照明回路，以达到节能的目的。夜景照明则通过计算机内置的当地全年日落时间进行精确控制，避免由人工或定时器控制时存在偏差，造成电能的浪费。
3.2 暖通空调系统
一般情况下，暖通空调系统能耗使用量超过商业项目总能耗的40%，其中主要是设备用电和冷却塔用水。以晶品中心为例：
3.2.1 冷机群控节电措施
在节电方面，优化制冷机组并联运行方案，制冷机组由4台900冷吨的离心机和2台350冷吨的螺杆机组成。根据设备的COP曲线可知，制冷机组负载率越高，其COP也越高。中央计算机通过对冷机进出水温度和流量的实时监测，结合不同冷机的最大制冷量，计算出动态最优的机组并联运行方案，从而使冷机处于高效运行状态。
3.2.2 冷却塔节水方案
在节水方面，为每台冷却塔安装液位浮球阀和补水管流量计，对冷却塔的水平衡和补水情况进行远程监控，避免溢流，可有效的降低用水量。另外，冷却塔外安装的摄像机将布水器和填料层的水流图像反馈至中央计算机，通过内置系统对图像的辨识和分析，判断布水是否均匀，水损耗是否在合理范围内。一旦发现异常，将立即通知维护人员至现场进行处理，防止水资源的浪费。
3.3 自动扶梯系统
直接电源供电的自动扶梯，无法进行调速，使得在无人乘坐的时候仍全速运行，造成大量电能浪费。以晶品中心为例，整个商场共计32台扶梯，每日运行时间12小时，空驶率约60%，节能空间非常大。针对原有电梯，加装了变频器和能量回馈制动单元，使电梯空载上行或满载下行时电动机发电状态时的直流电，通过能量回馈制动单元逆变成交流电，反馈给电网。在梯级最上方和最下方区域加装重力传感器，一旦有人进入，中央计算机识别后将指令发送至自动扶梯控制系统，扶梯由怠速运行模式自动切换为额定速度运行。改造后试运行的第一个月，自动扶梯能耗同比降低27.1%，节能效果显著。
4、智控中心主要技术问题和解决措施
智控中心在应用于已建成的既有商业综合体时，往往会遇到诸多限制条件，如：早期的商业设计理念补能满足当下绿色建筑的要求、工程施工质量不符合改造的要求、建筑内部预留容积不足、设施设备型号老旧不兼容等，都是迫切需要解决的问题。以下是智控中心在上海静安晶品中心应用时所遇到的主要技术问题和解决措施。
4.1 工程施工质量问题
4.1.1 水平衡和风平衡对节能的影响
中央计算机根据在室内温湿度传感器和CO2浓度检测器的反馈数据，对AHU、VAV、FCU、冷水泵、制冷机组的运行模式进行动态调整。
但在实际应用中发现，经常出现不同区域、不同楼层温度不均匀的现象，影响环境品质，同时对节能十分不利。经过排查，由于商业区域为地下二层至地上六层，五层和六层最不利点水压仅0.05~0.07MPa，导致冷水流量不足，影响制冷效果。另外，吊顶内管路较多，由于施工阶段未做好规划，导致风管路径拐弯多，部分软连接被压扁，造成风量损失，近端风口风速将近5m/s，但远端风口风速不到1m/s，不能满足正常需求。
4.1.2 智控中心改造方案
1）针对水平衡，在各层的空调水立管与主干横管连接处附近加装流量计和电磁阀，通过DDC控制器接到中央计算机。根据各楼层温度传感器反馈的温度，通过中央计算机的内置程序计算出最优的水流量后，自动发出指令，调节相应的电磁阀，适当减少了低层区域的水流量，确保最不利点的水压不小于0.15MPa，优化了整个商场的空调水平衡，减少了冷量损失。
2）针对风平衡，需对部分风管进行改造，减少弯头数量，修复风管的变形。考虑到不影响商场的正常运营，在此利用BIM技术对现场的管线进行空间模拟和管道碰撞检测，提前考虑并规避了风管与水管、电管之间的冲突。采用工厂化预制技术制作风管管段，在商场营业结束后进行分段安装并修复吊顶，在次日营业前完成该段的收尾工作。风管改造完成后，在每个主干风管分支处加装电动风阀，通过中央计算机的远程控制对各出风口的静压进行动态调整，使各出风口风速均保持在3m/s左右，解决了商场温度不均匀问题，同时还降低了能耗。
4.2 原有设备兼容性差
4.2.1 设备硬件兼容性影响智控中心的指令传输
智控中心在接入过程中发现部分水泵在硬件接口不兼容，现场集水井水泵型号较老，控制柜只提供RS232接口的不平衡传输，传输距离很短，一般不超过30米，无法将设备连接到中央计算机。冷却水泵均为进口设备，采用的接口标准为KNX/EIB总线接口，而智控中心采用的是基于TCP/IP或UDP/IP的网络接口以及RS485串口，兼容性较差，数据传输延迟高，不能及时接受和发出指令。
4.3.2 成本较低的有效解决方案
在末端水泵与中央工作站之间增加媒介设备使两者之间的通信与协议标准保持一致。当传输距离小于1000米时，由于RS485接口采用平衡传输，抗干扰强且传输距离远，只需使用RS232-RS485转换器，通过RS485接口进行数据的传输即可。若传输距离大于1000米时，可额外增加2到5个中继器，延长RS485数据的传输距离。对于数据传输要求较高的设备，可采用光纤传输的方式。即末端设备端口传输模拟信号通过数字光端机转换为光信号，传输至智控中心时再通过数字光端机将光信号还原成模拟信号，最后由数模转换器将数字信号发送至中央工作站。光纤使用双向数据同步传输，丢包率低、稳定性高，最大程度上改善了数据传输的质量，满足重要设备对数据准确性的要求。
4.3 原有设备功能上存在欠缺
4.3.1 定频排油烟风机不支持智控程序
晶品中心采用的是集中式排油烟系统，各餐饮厨房单独安装排油烟风机，通过共用的排油烟管道通向商场的屋面平台，并在末端安装公共排油烟风机进行统一排放。而现有公共排油烟风机均为无联动功能的定频风机，且在整个营业时间段里以50Hz的频率运行，智控中心无法直接利用远程联动逻辑控制风机的启停和转速，造成电能的浪费。
4.3.2 排油烟风机的变频改造方案
为每台公共排油烟风机加装变频器，将PLC作为主控制器，对变频器的运行频率进行多档设定，同时为各餐饮厨房内排油烟风机加装电源监测模块，能够将启停状态实时反馈至PLC控制器。通过对PLC进行编程对公区排油烟风机的启停和频率进行控制：频率随着餐饮厨房内排油烟风机启动的数量的增加而变高，区间为30~50Hz，当数量为0时，公共排油烟风机延迟3分钟后自动关闭。由于风机频率和转速成正比，而功率与转速的三次方成正比，因此当餐饮营业较少时，公共排油烟风机可按30Hz的频率低速转动，此时电机能耗仅为50Hz时的21.6%，相差近5倍。最后通过CC?Link网络将PLC数据反馈至智控中心主机，添加手自动切换功能，必要时可利用远程控制将频率锁定在50Hz以满足营运需要。通过对自动控制逻辑的不断完善优化，当月公共排油烟风机总能耗环比上月下降7.9万千瓦时，节能比例高达39.4%。
4.4 智控中心的其他问题
4.4.1 施工阶段对商场运营的不利因素
智控中心的改造接入的对象绝大部分都是已建成并处于运营阶段的商业综合体，施工过程中对运营的影响是不可避免的，若方案实施不当，将影响到商业的运营品质，导致业绩下滑，从而抵消了改造后的节能收益。因此面临的主要问题就是如何在保证工期和质量的前提下，将负面影响降低至可控范围内。
4.4.2 从管理方面降低对商场的影响
在施工准备阶段制定周密的专项施工方案，除了考虑常规的人机料法环的因素外，还应充分考虑商业综合体营业时间、客流峰谷平情况、以及与物业工作面的搭接协调等，并采用工厂化预制和模块化安装等先进技术。以晶品中心为例，商业裙楼的施工安排在23点至次日9点，避开营业时间，做好收尾和清理工作，而节假日可安排办公楼区域的施工，保障施工的连续性和工期目标。将设备和管道安排在出厂前完成组装，减少现场施工时间，同时减少污染，避免影响商场的环境品质。对于暖通空调系统的改造则根据季节和环境进行分段施工，就不再一一赘述。
5、结论与建议
综上所述，对于国家而言，建筑节能是我国建筑科学技术的一个新的生长点，同时也是是当今世界建筑发展的一个基本趋势，我国绿色建筑的设计理念已逐渐普及，能资源的合理利用有利于长远地保障国家能源安全和环境保护。对于企业而言，确保商业综合体的经济高效运营，是所有企业管理者首要关注的问题，节能意味着它们可以实现其能源和可持续发展目标，并将节省下来的资金重新投入业务领域。应用和推广先进的建筑节能技术，是未来绿色建筑领域的长期目标。
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撰写日期：2021-2