徐強莊智張蓓紅

1.上海市建筑科學研究院（集團）有限公司 2.同濟大學綠色建筑與新能源研究中心

1 引言

大型公共建筑是公共建筑中的耗能大戶，節(jié)能過程中應加以足夠的重視。目前我國有5億m2左右的大型公共建筑，其耗電量為70kWh/(m2a）～300 kWh/(m2a)，為住宅的10倍～20倍，是建筑能源消耗的高密度領(lǐng)域，消耗民用建筑總用電量的30%以上。對公共建筑尤其是大型公共建筑用能進行節(jié)能管理，將有效控制建筑能耗增長幅度，是推進建筑節(jié)能的重要途徑之一[1]。公共建筑用能定額是大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)的重要組成部分之一，也是繼能耗統(tǒng)計、能源審計、能耗公示、分項計量之后的一項有力的管理制度。為提高公共建筑能源管理水平，對于公共建筑應當制定合理的建筑用能定額，作為判斷建筑節(jié)能與否的基本準則。此外，實行建筑用能定額制度，政府采取基于用能定額的數(shù)據(jù)標準進行獎懲，如形成超定額加價制度，可以使建筑節(jié)能按照市場機制發(fā)展。

公共建筑用能定額是在能源調(diào)查或分項計量等手段對公共建筑用能水平、使用效率進行客觀考察和定量分析的基礎(chǔ)上，采用科學的方法來制定建筑能源消耗定額，作為衡量建筑節(jié)能與否的基準值。建立豐富、完善的建筑能耗數(shù)據(jù)庫和選擇合理的建筑能耗數(shù)據(jù)分析方法是制定公共建筑用能定額的兩個關(guān)鍵內(nèi)容。本文通過對上海地區(qū)大型公共建筑進行能耗調(diào)查和分析，并結(jié)合統(tǒng)計學方法，研究確定了賓館酒店類建筑、辦公類建筑及商場類建筑的建議用能定額指標。

2 大型公共建筑能源調(diào)查概況

對于上海地區(qū)，2007年底已完成了本市民用建筑能耗統(tǒng)計工作任務，積累了大量建筑能耗數(shù)據(jù)。通過對能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，即可從宏觀上對當?shù)卮笮凸步ㄖ哪芎默F(xiàn)狀有深入的認識。

然而，實際上大型公共建筑能源消耗情況非常復雜，影響建筑能耗的因素繁多。建筑的用能水平除受自身熱工特征、設(shè)備系統(tǒng)性能等硬件條件影響外，還與運行方式、管理水平、使用者節(jié)能意識等軟件條件息息相關(guān)。為了科學地評價和判斷大型公共建筑用能水平的合理性，仍需要深入調(diào)查分析，收集更為詳細的記錄和參數(shù)。為此，課題組開展了大量的公共建筑能源調(diào)查工作（見表1）。

表1 大型公共建筑能源調(diào)查概況

3 大型公共建筑用能定額制定方法

3.1 用能定額制定考慮

文獻[2]給出了公共建筑制定用能定額時的一些考慮：首先，目前建筑能耗模擬技術(shù)仍很難準確地描述現(xiàn)實，基于建筑實際能耗編制的用能定額更容易被社會各界接受和認可；其次，公共建筑用能定額制定應考慮到建筑個體用能之間差異性的影響，保證大多數(shù)建筑能耗水平低于或接近控制線，體現(xiàn)合理性要求；最后，公共建筑用能定額制定應體現(xiàn)先進性要求，能夠遴選能耗水平高、用能不合理的建筑，這樣才能促進建筑節(jié)能有效、持續(xù)開展。

因此，從現(xiàn)實狀態(tài)出發(fā)，認為目前大多數(shù)的建筑用能水平都是合理的，建筑用能定額確定是在尋求某一建筑能耗指標模型，使其能夠反映出大多數(shù)建筑的用能水平，并盡可能地考慮對影響建筑能耗的主要因素進行修正的基礎(chǔ)上，定義出建筑用能水平的上限值。

3.2 用能定額制定方法

3.2.1 方法A：平均值法

從“社會公平性”原則出發(fā)，不同建筑或系統(tǒng)在實現(xiàn)相同功能時，其用能水平應該相當。在無特殊用能及忽略同種類型建筑的能耗實際發(fā)生過程的差異性影響等情況下，能耗指標絕對值大者，意味著該建筑或系統(tǒng)不節(jié)能。如，采用能耗指標的社會平均值來確定建筑定額水平等是簡捷且直觀地評價節(jié)能與否的表征。但在現(xiàn)實中具有相同功能類型的多個建筑能耗發(fā)生過程具有很大的差異性，因此以平均值法定義的用能指標在某些情況下應用有失偏頗。

3.2.2 方法B：歸一化法

從“用能合理性”原則出發(fā)，考慮到在實際過程中建筑能耗發(fā)生過程的差異性影響（主要為客觀非可控因素的差異，即從技術(shù)或管理上無法改進的因素，比如氣候條件、建筑規(guī)模、出租率等）。為了評價建筑能耗水平的合理性，在理想情況下需要將影響建筑能耗各個客觀因素值置于同一水平線（即“歸一化”處理）的基礎(chǔ)上，可控因素取當前實際水平，形成某種能耗指標。對于能耗指標大的建筑，說明該建筑使用水平低?！皻w一化”方法實際上是有選擇性的把部分能耗影響因素的作用消除，從而使得其余因素的作用充分顯現(xiàn)在能耗指標中的方法?？紤]到在實際中建筑能耗影響因素類型繁多、數(shù)據(jù)獲取的難易及準確性等客觀約束，在分析中選用便于獲得的、重要的影響因素。

為了獲取“歸一化”的建筑能耗指標，需要根據(jù)建筑能耗調(diào)查樣本數(shù)據(jù)，采取有效的數(shù)學方法建立建筑能耗指標模型。本文基于建筑能耗統(tǒng)計、調(diào)查等方式收集得到的建筑能耗樣本數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計學中的多元線性回歸分析理論，建立如下建筑能耗指標模型：

外表粗獷的魏昌龍給遲恒的印象不錯，五十來歲精力旺盛，當他顧著看遲恒拍的視頻時，遲恒閑著，喝魏替他泡的茶。他只喝熱茶，不沾涼。

式中，Y代表因變量，為建筑能耗；X代表自變量，為影響建筑能耗的客觀因素；β為偏回歸系數(shù)，n為自變量的個數(shù)。

為了更直觀地表示各客觀因素對建筑能耗的影響，對式（1）進行下列變換：

式中，Xi代表i個自變量的樣本平均值；Y0代表當影響建筑能耗的各個客觀因素取樣本平均值時，除客觀因素外其他因素引起的建筑能耗的社會平均值。

通常采用單位面積建筑能耗指標來表征建筑用能水平，對于建筑j，即有：

當Xj取值為X 時，對應的EU（IX）為該類建筑單位面積建筑能耗平均值。

將所考慮的客觀因素的修正系數(shù)相加，并與EU（IX）相乘得到：

對于同一類型的建筑，其實際用能水平不應高于考慮到客觀因素修正后的單位建筑面積能耗最大值EUIb。同時，考慮到在建筑用能超定額加價措施推行初期，選用寬松的用能定額值有助于該政策的實施推行，故可選取EUIb作為“單位面積建筑用能定額指標”。

定額水平是指各類建筑為實現(xiàn)其功能，對應該消耗的能源數(shù)量要求的嚴格程度。在編制用能定額時，定額水平實際上就是單位面積建筑年能耗的概率分布。通過對所有不同類型公共建筑近幾年的能耗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析處理后建立其單位面積建筑年能耗的概率分布。基于單位面積建筑年能耗的累計概率分布，可直觀地評價不同用能定額水平所對應的節(jié)能要求執(zhí)行力度。為了激勵公共建筑向高能效、低能耗的方向發(fā)展、考慮到超定額加價制度的實際可操作性，結(jié)合國外研究經(jīng)驗，初步建議擬將累計概率在0.75～0.90之間對應的水平作為用能定額指標較為合理。當然，定額水平的最終確定取決于建筑節(jié)能執(zhí)行力度、政策導向等方面因素。

4 大型公共建筑用能定額確定

4.1 建筑能耗影響因素選擇

在建筑實際能耗發(fā)生的過程中，影響能耗的因素可分為兩類，一類是非可控的客觀因素（不以節(jié)能的意愿而轉(zhuǎn)移），包括建筑規(guī)模、使用時間、人員密度、氣象參數(shù)等；一類是可控因素，包括圍護結(jié)構(gòu)性能、空調(diào)系統(tǒng)冷熱源形式、末端類型、設(shè)備系統(tǒng)性能及運行控制策略等。

在建筑能源調(diào)查過程中，目前收集的項目包括：建筑名稱、竣工時間、建筑面積、功能區(qū)域面積、建筑層數(shù)、圍護結(jié)構(gòu)、窗戶類型、空調(diào)、照明、電梯系統(tǒng)參數(shù)、樓宇自控、空調(diào)運行時間、建筑作息時間、建筑用電量及油氣消耗量、特殊功能設(shè)備情況等。此外，由于所有建筑均在上海，因而忽略室外氣候?qū)ㄖ芎牡挠绊?。根?jù)歸一化法的計算要求，將建筑竣工時間、建筑面積、車庫面積、建筑層數(shù)、建筑使用率、空調(diào)運行時間等作為建筑能耗的影響因素，與建筑能耗一起引入建筑能耗指標模型，對應不同類型建筑所考慮到的客觀因素見表2。

4.2 建筑能耗線性回歸模型

表2 基于歸一化法制定的用能定額指標中考慮到的客觀因素

結(jié)合調(diào)查得到的建筑能耗及表2所列的自變量數(shù)據(jù)，采用逐步回歸法進行統(tǒng)計分析。通過對自變量進行引入和剔除檢驗后，最終得到表3所示的不同類型建筑的能耗線性回歸模型。

根據(jù)表3結(jié)果分析可知，建筑面積、出租率、有無信息中心對辦公類建筑能耗的影響較為顯著；建筑面積和星級對賓館酒店類建筑能耗的影響較為顯著；建筑面積和空調(diào)運行時間對商場類建筑能耗的影響較為顯著。根據(jù)歸一化法，當上述任一主要客觀因素取值為樣本平均值時，其他客觀因素在樣本范圍內(nèi)取值，則可得到單一客觀因素的能耗指標修正系數(shù)，將所考慮的客觀因素的修正系數(shù)相加，并與單位面積建筑能耗平均值相乘得到各類公共建筑用能定額指標。

4.3 不同方法下建筑用能定額比較

表4所示由上述三種方法分別計算得到的建筑用能定額。作如下比較分析：

方法C給出了不同累計概率下單位面積建筑能耗值，可直觀地評價不同用能定額水平所對應的節(jié)能控制執(zhí)行力度；由方法A得到的指標值側(cè)重于建筑實際用能水平高低、不考慮各因素的修正。若選取單位面積建筑能耗的社會平均值作為用能定額指標值，結(jié)合不同累計概率下對應的單位面積建筑能耗表得到，樣本中大約50%的建筑超過定額值，實際執(zhí)行力度較大；方法B比方法A多考慮了一些主要客觀非可控因素，采用“修正”的方式，考慮到因素變化對能耗指標的最不利影響。結(jié)合不同累計概率下對應的單位面積建筑能耗表得到，樣本中大約有15%～30%的建筑超過定額值，實際執(zhí)行力度適中，同時兼顧合理性和先進性要求。綜合上述比較分析，建議采用基于方法B結(jié)果作為上海地區(qū)大型公共建筑用能定額指標。

5 結(jié)論

本文基于建筑能耗調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用平均值法、歸一化法及累計概率法分別制定公共建筑用能定額指標，通過比較分析得到了基于現(xiàn)狀水平的大型公共建筑用能定額指標建議值。具體地，辦公類建筑（無信息中心）對應的用能定額值為60.3kgce/(m2a)；賓館酒店類建筑按照三、四、五星級分類對應的用能定額 值 分 別 為 67.5kgce/(m2a)，81.8kgce/(m2a) 和96.1kgce/(m2a)，商場類建筑的用能定額值為146.6kgce/(m2a)?？紤]到本研究調(diào)查樣本數(shù)量、涉及因素等信息有限，今后可參考類似方法進行大規(guī)模或全面的調(diào)查研究，將會得出更為科學的用能定額指標，為上海市制定建筑用能超限額加價和節(jié)能獎勵提供支撐或參考。

表3 建筑能耗線性逐步回歸模型計算結(jié)果

表4 大型公共建筑用能定額指標比較

[1]清華大學建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能2008年度發(fā)展研究報告[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008

[2] 莊 智,徐強.公共建筑用能定額研究現(xiàn)狀及思考[J].城市發(fā)展研究.2010,(1):388-391