摘要：文中以某一既有办公楼项目的近零碳改造实践为例，分析该项目利用被动式建筑设计及相关技术手段，以降低能源需求，结合主动技术措施提高能源设备和系统效率，实现零碳目标，总结了从应用全过程管理体系与全过程能耗指标来指导和评价设计、施工、验收、运营等各阶段工作受控状态的管理经验。
关键词：近零碳建筑；零碳改造；全过程管理；质量监管
1引言
近年来，我国极力推行碳中和政策，在双碳目标背景下，建筑业的碳排放不容忽视。我国在“十三五”期间大力推进超低能耗建筑的规模化应用和产业化发展，截止2019年底，全国已有18个超低、近零、零能耗建筑示范项目［1］。在此背景下，上海市政府将向低碳城区转型作为其重点发展计划之一。长宁区作为上海市的中心城区，区域发展步入既有建筑城市更新建设阶段，大批既有建筑亟需修缮改造与功能提升。作为实现双碳目标的重要技术之一，既有建筑的低碳、低能耗改造受到了社会及政府的广泛重视［2］。本文通过一个已竣工交付项目的近零碳改造实践案例，总结了既有建筑低碳改造中设计、施工、验收等环节的监管经验，并进一步探索了未来零碳建筑改造的可持续性与可复制性，形成城区建设高质量发展的监管模式。
2项目概况与碳排放目标
虹桥迎宾馆9号楼改造项目是长宁区低碳工作的试点工程，是上海市第一栋近零碳排放改造建筑。零碳建筑是指整年的建筑能耗均由可再生能源提供，不消耗煤、石油等不可再生能源。根据《上海市超低能耗建筑技术导则》，超低能耗建筑指的是利用被动式建筑设计及相关技术手段降低能源需求，并通过主动技术措施提高能源设备效率，使相关能耗水平较2016年建筑节能设计标准降低50%以上［3］。该建筑位于上海市长宁区虹桥路1591号虹桥迎宾馆院内，为乙类办公建筑。地上建筑面积为2866.2m2，建筑高度为12.0m，建筑层高为3.9m（顶层有部分坡屋顶，部分区域层高高于3.9m）。目前，建筑已经出现外墙渗水、窗户密封不严、空调机组脱壳等外观及功能老化现象，建筑的围护结构热工性能水平和能耗设备性能远远达不到国家绿色建筑评价标准［4］。为了适应现代办公需求，业主对虹桥迎宾馆9号楼进行了改造。改造后的建筑功能为高档办公楼，地上三层，局部一层、两层，为砖混结构，主要功能房间为办公室、会议室。长宁区建筑业管理中心通过对虹桥迎宾馆9号楼改造项目的设计文件、施工过程、调试验收等阶段进行全过程监督和管理，推进近邻碳排放建筑的改造，实现了年CO2排放量不超过25kg/m2的预定目标［5］。
3项目前期技术方案分析
通过分解虹桥迎宾馆9号楼改造项目的全年用电账单，可将项目全年的能耗分为设备电耗、照明电耗、空调电耗和供暖能耗，其中设备电耗占比20%，照明电耗占比29%，空调电耗占比36%，供暖电耗占比15%。通过能耗分解分析，项目提出了被动性节能技术、主动式技术提升、新能源技术应用等三个方面的超低能耗建筑技术方案［6］，并通过分析各项技术措施的节能降耗效果和投资回报，从建筑全过程的能耗和成本两方面综合考虑，给出了技术措施的选择建议。
3.1被动性节能技术提升
被动性节能技术提升主要是通过改善屋面和外墙的保温性能、采用节能外窗和节能外门，以达到《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》所规定的围护结构保温隔热性能指标。（1）外窗采用三玻两腔中空玻璃，传热系数达到1.5W/（m2•K），气密性达到8级，与上海市《公共建筑节能设计标准》乙类办公建筑相比，虹桥迎宾馆9号楼的空调冷负荷降低51.5，空调热负荷降低15.2%。（2）自然采光：通过设置合理的窗墙比，利用侧窗采光，使建筑空间自然采光系数达到66.7%，满足要求。以窗为界限，室内在自然光下可满足的进深为1.8~5.7m。在内部区域卫生间、设备机房等设置口径330mm的光导管照明系统。（3）自然通风：改善建筑自然通风设计，优化门窗组织，减少空调系统在过渡季节工况的使用。主要功能空间中87.9%的空间满足90%舒适度需求。
3.2主动式技术提升
（1）项目设计的主动式节能降耗技术包括：提升空调能效等级，优化空调布局，采用适合小型办公建筑的变制冷剂流量多联热泵分体空调加集中新风系统，末端采用风管机，设置独立全热回收机组，提供新风（风机变频）全热回收率≥65%，采用高效灯源并设置调光面板，依据采光分析布置灯具，遵循阵列布置、单独控制的原则，设置照明控制系统。（2）BA集成控制系统：本系统包括空调监控、灯光监控、风机变频调节系统、新风热交换系统控制、电动磁窗自动控制系统、能源计量系统、可再生能源监测、PM2.5、二氧化碳VOCS浓度监测等，此系统的应用为以后提高运营管理效率打下了坚实的基础。
3.3可再生能源技术应用
本项目在对屋面进行防水保温改造的过程中，同步进行了屋面光伏板设施基础的施工，采用“自发自用，余电上网”的方式，合理设计光伏总装机容量。采用太阳能高效单晶组件，总装机量为50.4kW。根据电力系统的供需关系调整用电功率，达到光伏发电充分、合理利用的效果。经测算，虹桥迎宾馆9号楼改造项目屋顶的光伏年发电量约48MWh，全年单位建筑发电量为16.6kW•h/m2。采用光伏发电技术措施后，单位建筑面积能耗为23.26kW•h/m2•a，相比高节能标准74.53kW•h/m2•a，降低了68.8%；单位平米能耗从24.84kgce/m2降低至7.75kgce/m2，节能率达到68.8%［7］。单位建筑面积二氧化碳排放量从53.66kg/m2•a降低至16.75kg/m2•a，满足近零能耗建筑的要求。
4近零碳排放建筑的全过程监管
虹桥迎宾馆9号楼改造项目的实施过程中，从项目立项、设计、施工、竣工验收、交付运行等各重要节点均加强了碳排放管理。
4.1立项阶段
项目立项阶段，业主单位和建筑使用方对建筑投入使用后的各分项能耗进行评估，建筑建成运行后，每年二氧化碳排放量不超过25kg/m2，折合每年电耗为34.7kW•h/m2，成为近零碳排放示范建筑。长宁区低碳办对该项目的年均碳排放量进行审查和对比，认为其符合数字节能标准，可批准立项成为近零排放示范区。
4.2设计阶段
在设计阶段，应从建筑全生命周期的角度出发，统筹建筑节能降耗技术措施的节能效果、经济成本、耐久性，使用的舒适性和便利性等［8］，通过多专业之间的协调配合和共同设计，在满足建筑全年能耗目标的前提下，选择最优设计方案。设计单位在进行施工图设计的同时，完善了近零碳排放技术方案，确定了被动式节能技术、高性能能源系统、高效照明系统、空调系统节能、可再生能源利用和BA集成控制系统等节能技术和手段，并将总节能指标分解为：空调能耗指标、照明能耗指标和光伏发电系统指标。在施工过程中，设计方对施工图相关参数进行全过程审查，根据这些数值对建筑进行耗能模拟，得到建筑能耗、空调能耗、建筑负荷等关键数据。通过指标比对、方案修正和设计变更，建筑的设计方案满足节能指标要求，论证了其近邻碳排放技术方案的可行性。此外，考虑建筑后期使用的装饰装修设计需求，对空调系统装机容量、照明系统功率密度、照明系统控制回路等设计细节进行微调。再由专业单位通过模拟分析，确定项目立项之初的近零碳排放建筑的能耗指标。
4.3施工阶段
施工方应对施工图纸和设备参数进行审核，严格把控每一项节能技术措施以及土建施工质量和设备产品质量，结合被动节能和主动节能技术，保障施工技术和工程质量，使建筑产品的实际节能效果达到设计要求。由土建施工、装饰和机电、设备厂家、自控系统建设等多个专业单位分工协同，并由项目管理单位进行施工过程管理及指标细化，对图纸进行审核和纠偏、仿真模拟及对比能耗指标、审核设备参数和测试样本，同时对施工现场进行定期勘察，检查施工流程和施工技术是否达到要求。在过程管理中，及时向相关单位反馈发现的问题，协商解决方案，对修改后的方案进行复核，确认其设计要求。
4.4竣工验收阶段
应通过试运行对建筑系统进行检验、调试和优化，对节能技术措施的施工质量和节能效果进行单项验收，利用实测数据，对空调能耗、照明能耗和光伏发电系统进行能耗指标校核，考察其是否满足设计要求，并确保设备和系统已调试合格。经现场测试，结果与额定效率基本符合要求，容许误差不超过10%，具备竣工验收通过条件。虹桥迎宾馆9号楼改建近邻碳排放示范项目验收由建设单位组织参建各方形成验收组并进行开竣工验收，区建管中心对验收过程进行监督，期间还邀请了区低碳办、第三方咨询单位等行业专家参加，经过充分质询和讨论，专家一致认为该项目各近零碳排放技术措施均已按要求实施完成，各项技术指标、检验测试报告均符合近零碳排放要求，效果良好，同意该项目通过验收。
4.5运行管理阶段
在项目竣工结算之后处于运行管理阶段，物业单位及建筑使用单位共同对各分项系统的用能指标进行动态监测与管理，与项目建立初期的用能指标进行对比，并配套实施能耗定额管理制度，建立科学合理的运行管理体系。虹桥迎宾馆9号楼近零建筑正式投入运行后，管理团队严格控制指标，及时优化运行策略，及时纠偏设备运行工况等，最终实现了运行第一年的全年近零能耗为24.89kg/（m2•a）的目标，达到最初设定的近零目标25kg/（m2•a）。
5近零碳排放示范项目总结
在虹桥迎宾馆9号楼建设的过程中，引入了全过程管理体系，通过一套统一标准的能耗指标体系，将各建设阶段有机结合。在各个阶段交接的关键节点上，通过能耗模拟进行严格把控，高效地完成了不同工种、不同专业之间复杂的交接工作，促进了近零节能工作在各建设阶段上保持一致性和连贯性。通过全过程管理体系，虹桥迎宾馆近零碳排放建筑从建设到运行所有过程均处于受控状态，由全过程能耗指标体系下不同的指标来指导和评价每个阶段工作的具体内容。在设计阶段，合理利用自然通风和采光，通过仿真模拟，计算纠偏设计时出现的建筑内设备负荷冗余；在设备采购阶段，购买的设备严格参考项目初始设置的耗能指标；在运行阶段，利用数字化设备实时监测建筑的耗能情况，优化运行，以保证虹桥迎宾馆9号楼运行实际能耗达到近零目标，最终实现建筑资产保值和近零目标。
6结语
建设和推广近零碳和零碳建筑是长宁区向低碳城区转型的重要手段之一。虹桥迎宾馆9号楼的近零碳建筑改造过程中，始终以建筑能耗目标为控制依据，将能耗控制目标细化为各项控制指标，通过合理的方案设计、严格的技术把控、精细化的运行管理，落实了近零碳建筑的能耗目标，实现了近邻碳排放建筑的改造，其实施和监管模式具有示范意义。在此经验基础上，新泾镇人民政府办公楼项目进一步探索零碳建筑改造的可能性。为了实现零碳建筑目标，利用被动式建筑设计及相关技术手段降低能源需求，并结合主动技术措施提高能源设备和系统效率，应用可再生能源技术，如屋面光伏系统和“光储直柔”技术，达到自发自用、补偿能耗与显著降耗的目的。综上所述，建筑的零碳改造目标具备技术实施性。然而，零碳改造的真正实现仍需要细化和拆分能耗指标，在项目实施和后期运行过程中，持续不断地管理和调整。
作者：史敏磊 单位：上海市长宁区建筑业管理中心