商业建筑降碳减排,太古地产这样做
阅读:3563 2022-05-26

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可持续的低碳运营,并不是“应省尽省”不顾一切的节能,而是建立在适宜舒适度基础上的能效最大化。



Mall先生


2020年9月,我国明确提出要在2030年实现“碳达峰”以及在2060年实现“碳中和”的目标。


经过几十年高速的城镇化建设发展,目前我国建筑行业运行阶段的碳排放(含直接碳排放和间接碳排放)约为21亿吨二氧化碳,占全国总量的20%左右。


其中,商业建筑的能耗明显高于住宅类建筑。因此,商业地产建筑在运营期的低碳策略,成为了颇受关注的现实问题。


此前,我在公众号里提出了《商业地产实现碳中和的全景路线图》


此次,我将结合2017-2021年,香港太古广场二期项目,如何通过设备“再调适”实现节能2,900,000kWh,约占年度能耗19%的案例,介绍商业地产运营期的降碳实践



01

碳中和议题下的“建筑再调适”


首先要指出的是,作为面向公众开放的经营性场所,可持续的低碳运营,并不是“应省尽省”不顾一切的节能,而是建立在适宜舒适度基础上的能效最大化,这就凸显了“建筑再调适”的价值和意义。


建筑调适,是保证建筑系统节能和优化运行的重要环节。它指的是通过设计、施工、验收和运行维护阶段的全过程监督和管理,保证建筑能够按照设计和用户的要求,实现安全、高效的运行和控制。


简单地说,就是在项目建成到开业的过程中,通过监管优化,让实际运行值,达到当初的设计理论值。


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电气设备调适| 来源:网络


建筑再调适,指的是根据建筑实际使用情况,再次对相关设备系统进行诊断、调整和完善;在确保建筑舒适性的基础上,提高系统能效,减少能源消耗的调适活动。


换言之,就是在项目运营一段时间后,通过监管优化,让实际运行值,符合真实的运行需求。



02

太古广场二期的再调适流程


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太古广场二期 | 来源:网络


太古广场二期位于香港港铁金钟站上盖,包括甲级27层办公楼及购物商场,总面积约11.3万平米。


该项目于1988年动工,1991年落成,距今已有30年历史,因此,建筑内部优化成为了当下的重要议题


由于再调适建立在项目运行的实际基础之上,因此,在设计方案之前,需要 “诊断”的过程,其中首先,也是最重要的一点,是能耗及运行数据收集


太古广场二期内安装了约250只计量表,涵盖了建筑约95%的系统电耗,并根据空调水侧、空调风侧、照明及小动力、电梯及扶梯,以及其他设备进行了分类,记录各自对应的能耗数据。


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太古广场二期用电量分类 | 来源:太古地产


此外,太古地产还通过BMS收集系统每15分钟的运行数据,包括供回水温度、阀门开度、风扇运行频率等其他参数,将之存储在SQL数据库中。


数据收集完成之后的分析,有助于导向下列三项工作:


  • 一是将能源顾问系统上的电费单相关数据与计量表上的数据相对比,校验数据的准确性

  • 二是根据数据,针对性地提出节能策略,并配合现场进行的模拟测试,提供调整反馈。

  • 三则是在上述的基础上,制定在线监测指标,来监测和维持系统效率


在太古广场的数据分析过程中,发现空调水系统和空调风系统能耗占据了大头,是再调适计划的重点。下面两个例子,将进一步解析太古的实操做法。



03

空调水系统再调适实例


对于以水作为冷媒的项目来说,空调水系统的运转效率直接影响整个项目的制冷与采暖功效。


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制冷机房 | 来源:网络


太古以测量系统的EER(Energy Efficiency Ratio,能效比),作为设备运转的评价指标,对空调水系统进行再调适。EER是冷却能力与功率的比率,该数值越大,代表着空调系统的运行效率越高。


在对EER进行测量后,将实测值与目标值进行对比,如果未能达到期望,则逐步向下,对各个系统、直至各个设备做进一步检查。


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空调水系统再调适流程 | 来源:太古地产


以冷冻水泵运行优化为例,太古集团设定了一个指标:冷冻水泵年输配系数(WTF),其定义为输配系数=冷量/水泵电耗在提供相同冷量的前提下,输配系数越高,意味着水泵电耗越低


与常规理解不同,在太古广场二期的测试实践中,项目团队发现,增开一台水泵,反而有助于节能。具体措施是:


  1. 增开一台水泵使所有水泵以较低速运行;

  2. 调节水泵转速减少旁通流量;

  3. 随着流量降低,增加系统末端调节阀的开度,让系统整体压头下降。


如下图所示,通过将水泵从2台增加到3台,并将转速从高速调节为到低速,能够有效降低整体压头,获得较高的输配系数,从而降低整体耗电量。


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 通过增开水泵使得系统整体压头下降 | 来源:太古地产


具体两种方案的运行参数如下表所示。


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并联泵低速运行对比 (实测运行数据) | 来源:太古地产


调适结果显示,多个并联泵的低速运行,能将冷冻水泵年输配系数(WTF)由43.6提高到48.8,在实际运行中能节约大概27.2%的能耗。



04

空调风系统再调适实例


夏天的空调舒适度和能耗如何兼得,是令业主和租户都十分头疼的事。尤其是理论的冷量负荷设计值,与实际运营中的状况出现差异,就会导致局部过冷或者过热的问题。


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空调风系统再调适流程 | 来源:太古地产


为了解决这个问题,太古同样采取了一整套自上而下的系统性方法。


首先是分析系统供风温度与回风温度的关系,再检查变风量箱(VAV box)的开关设置是否符合要求,并判断是否存在过冷现象


在对空调风系统进行检测时发现:25%的VAV覆盖区域处于过冷状态,然而这些区域中,90%的VAV设备已将其风量调节至最低设定值。


因此,太古判断其源头的空调机组的压力设定值是偏高的。


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室内过冷时VAV状态分布 | 来源:太古地产


通过调低AHU(空调机组)压力设定值及重置VAV(变风量)最低风量设定值,可以有效地降低相应能耗。


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AHU压力设定值 | 来源:太古地产


但是风系统与水系统不一样的地方在于,对风系统进行调整时,需要考虑到项目内部使用者的舒适度。


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太古广场二期写字楼 | 来源:太古官网


因此,太古地产在调适过程中,引入了两个新的指标:温度和二氧化碳浓度,在对压力设定值进行变动的同时,观察上述指标是否会产生显著变化,作为评价的重要因素。


实践证明,作为后,在调整压差之后,回风温度和二氧化碳浓度没有很大的变化,但是空调机组的功率在降低。


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AHU测试 | 来源:太古地产


这就意味着,通过调低空调机组压力设定值、VAV的最低风量设定值,以及针对不同区域合理控制VAV的出风量,可在维持室内舒适性的同时减少风机电耗,避免过冷现象的发生。



05

AI技术在节能中的应用


上述措施,使得太古广场二期在运行30年后,达到了出色的ERR等级(>=5.0)。


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美国暖通空调协会ERR能效标尺 | 来源:太古地产


而为了追求可持续的维护与优化,太古地产还引入了数字化平台和AI人工智能,进行进一步的在线监测


该数字化平台是一个可提供多区域、实时、准确、可实施洞察的集中数字化平台。并能够通过记录、对比与后台计算,监测与报告更为复杂的指标。


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太古地产能耗数字化平台 | 来源:太古地产


其中一个监测实例,就是上文提到的冷冻水泵年输配系数WTF指标,当WTF指标低于指标值时,系统即会会发出预警,提示物业人员要到现场检查系统运作


同时,为了避免传感器的偏差影响系统控制及数据分析,太古建立了一套自动校验传感器准确性的办法。


以单台冷机回水温度为例,通过在主管与单台冷机分别设置传感器,将主管的回水温度与单台冷机的相关数据进行对比,系统计算发现异常后就会自动提示,从而可以避免传感器人工校核频率不足,导致数据偏移的情况。


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回水温度对比 | 来源:太古地产


除了对已实施维护的设备进行运行效率和节能效果评估之外,该平台还具有人工智能逻辑诊断模型。


通过该AI常规逻辑诊断模型,可以检测出低效率的运行设备,并基于其专家系统的建议,为对应问题生成节能解决方案。


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太古地产AI逻辑诊断模型 | 来源:太古地产




06

太古广场二期再调适成果


通过以上的案例回顾,我们可以看到太古地产在项目运营期再调适过程中的思路和方法论:


  • 首先是定义指标;

  • 根据指标做好能耗及运行数据的采集;

  • 接着对系统和设备进行由大到小的分析;

  • 动态测试节能策略并形成实施方案;

  • 方案实施兼顾节能与舒适;

  • 通过AI技术进行持续监测和效率维持。


除了上文提到的措施外,太古广场二期还实行了优化制冷机组运行(提高机组效率)、优化冷冻水送水温度及流量(提升送水温度,使用温差控制)、冷却泵加装变频装置、优化新风量、更换直流无刷风机等策略。


这些详细的再调适策略也帮助太古广场二期获得了“ASHRAE 2021技术奖-商业建筑-既有建筑调试类别”的第一名。


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ASHRAE 2021技术奖 | 来源:太古地产


目前为止,太古广场已三度以“铂金级”的成绩,通过建筑环境评估法(BEAM)及香港绿色建筑认证体系(BEAM Plus)认证。


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太古广场购物中心 | 来源:太古官网


而作为太古广场的业主和运营方,太古地产一直倡导并奉行负责任的发展理念,并以“到2030年成为可持续发展表现领先全球同业的发展商”为愿景,在绿色低碳实践方面,采取了大量研究与实践。


如今,“降碳减排”已经成为购物中心长远发展的一个新命题,而随着近年来能源价格的持续上涨,极大可能会逐步影响到终端电力价格,届时,能耗的价值将进一步显现。


期待越来越多的商场运营方能够加入绿色低碳的发展中来,共同创造更美好、更可持续的明天!



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