文_朱益丹 秦蓉 李婷

1.北京節(jié)能環(huán)保中心 2.清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心

2016年，北京市公共機構(gòu)能源消費總量159.4萬tce，公共機構(gòu)能耗約占全市規(guī)模以上調(diào)查單位能源消費總量的4.4%，占第三產(chǎn)業(yè)規(guī)模以上調(diào)查單位能耗的7.6%。政府機關(guān)、事業(yè)單位和團體組織的能耗分別占全市公共機構(gòu)能源消費總量的24.6%、75.0%和0.4%。對公共機構(gòu)制定用能定額，進行節(jié)能管理，是推進公共機構(gòu)節(jié)能的重要途徑之一。政府機關(guān)帶頭節(jié)約能源資源，可以起到重要的示范引導(dǎo)作用。但由于各政府機關(guān)的建筑特點和使用特點不同，合理用能定額應(yīng)有所差別，因此，通過科學(xué)的方法確定不同政府機關(guān)的合理用能定額十分必要。

1 國內(nèi)外研究進展

目前國內(nèi)外用能定額評價方法一般分為兩種：統(tǒng)計調(diào)研法和模擬分析法。其中，統(tǒng)計調(diào)研法（如美國Energy Star和德國VDI 3807標(biāo)準(zhǔn)）需要大量實際調(diào)研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，獲得的數(shù)據(jù)普適性強且不斷完善；模擬分析法（如美國LEED和德國DGNB）無需大批量調(diào)研，數(shù)據(jù)只針對單個建筑建立單獨模型，對計算者的能力要求高，在進行批量分析時工作量較大。

近年來，我國多個省市陸續(xù)開展了對建筑能耗基準(zhǔn)定額的研究。2016年頒布的《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51161-2016），根據(jù)氣候區(qū)、建筑功能及分類，分別給出了各類型公共建筑能耗指標(biāo)的約束值和引導(dǎo)值，但目前的各類標(biāo)準(zhǔn)均偏向于采用通用定額的方式給出社會平均狀態(tài)，未能建立根據(jù)建筑自身特點給出針對性定額的用能定額評價體系。

2 技術(shù)路線

本研究以北京市政府機關(guān)能源審計報告或填報能耗數(shù)據(jù)的104家單位作為數(shù)據(jù)分析的樣本庫。 各單位的電耗在23.4～200.7 kWh/m2·a范圍內(nèi)，均值為70 kWh/m2·a，超過均值線的單位共36家。

因樣本量不足、數(shù)據(jù)較分散且影響建筑能耗的因素眾多，本課題研究采用統(tǒng)計調(diào)研與模擬分析相結(jié)合的方法。在實際的建筑信息、能耗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用模擬的手段加以補充，建立一套適用于北京市政府機關(guān)的能耗數(shù)據(jù)庫。這種方法可以在一定程度上解決樣本不足的問題，并且由于建筑模型具有物理意義，可以進一步分析建筑能耗差異的具體原因。根據(jù)上述思路，確定的工作內(nèi)容主要包括建立典型模型、建立用能定額管理平臺、用能定額管理平臺應(yīng)用幾個方面。

3 基準(zhǔn)能耗模型建立

3.1 基準(zhǔn)能耗模型建立方法

根據(jù)樣本數(shù)據(jù)質(zhì)量情況，選取具有代表性的單位，利用能耗模擬軟件DeST建立政府機關(guān)能耗模型，結(jié)合代表性單位的實際參數(shù)對模型進行參數(shù)設(shè)定并模擬計算，得到建筑的全年模擬能耗，將其與實際的建筑能耗進行對比，以驗證該模型的準(zhǔn)確性。若二者對應(yīng)程度較低，則需要對模型進行修正，直到符合或者偏差度在5%以內(nèi)。

3.2 具體案例分析

本次研究初步選取北京市某政府機關(guān)作為典型單位進行建模及模擬計算分析。

通過建立包括制冷空調(diào)系統(tǒng)（冷機、水泵、冷卻塔、末端等）、供熱系統(tǒng)（鍋爐、供熱循環(huán)泵、末端等）、照明系統(tǒng)、插座設(shè)備系統(tǒng)、電梯、給排水等多個能耗計算模型，計算得到該單位的能耗模擬結(jié)果。將模擬結(jié)果與實際能耗對比（圖1）基本一致。

圖1 分項能耗模型校核

4 用能定額管理平臺的建立

4.1 能耗數(shù)據(jù)庫建立方法

模擬能耗數(shù)據(jù)庫通過對能耗模型不同參數(shù)進行遍歷計算得到（圖2）。根據(jù)已確定的典型能耗模型，對模型輸入?yún)?shù)如建筑面積、工作時間、人員密度、功能性設(shè)備、照明功率密度、空調(diào)系統(tǒng)形式、圍護結(jié)構(gòu)K值、外窗遮陽系數(shù)、系統(tǒng)運行模式等因素設(shè)定不同的參數(shù)，來模擬不同的情況下建筑的能耗數(shù)據(jù)。本課題遍歷計算約30萬個工況的建筑能耗，組成北京市政府機關(guān)能耗數(shù)據(jù)庫。

圖2 模擬能耗數(shù)據(jù)庫建立方法示意

4.2 能耗敏感因素分析

能耗主要敏感因素的分析方法如圖3所示，根據(jù)前一階段建立的典型模型，分別修改某項單一參數(shù)，從而得到能耗與該參數(shù)變化的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)能耗的變化隨該參數(shù)變化幅度超過一定數(shù)值時，則認(rèn)為該參數(shù)類型為主要敏感因素。

圖3 能耗敏感因素分析方法

在典型模型的基礎(chǔ)上，分別選取輸入?yún)?shù)類型，并按不同取值計算能耗，分析輸入?yún)?shù)與能耗直接的關(guān)系。最終確定主要敏感因素類型見表1。

表1 建筑能耗主要敏感因素

4.3 用能定額管理平臺的建立

根據(jù)能耗數(shù)據(jù)庫及已確定的敏感因素類型，建立用能定額管理平臺，平臺計算界面如圖4。

圖4 用能定額管理平臺

4.4 基準(zhǔn)能耗模型驗證

初步建立用能定額管理平臺之后，通過多個實際樣本對其進行驗證和完善。在樣本庫中，選取建筑特點、使用特點、能耗水平差別較大的若干樣本，進行深入調(diào)研，得到該樣本敏感因素的實際參數(shù)和能耗水平，并將其代入能耗數(shù)據(jù)庫。對比相同參數(shù)下能耗數(shù)據(jù)庫中的模擬能耗數(shù)據(jù)，若兩者基本一致，就可以判定現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫合理，否則需要建立新的能耗模型，進一步修正完善現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫。圖5為16家樣本的驗證結(jié)果，模擬計算結(jié)果和實測數(shù)據(jù)基本一致。

5 用能定額管理平臺應(yīng)用

在搭建用能定額管理平臺之后，該平臺即可以作為用能定額制定、能耗水平評價的工具。確定用能定額的方法為：根據(jù)實際需求，將能耗敏感因素分為合理因素和不合理因素。其中合理因素（如單位人數(shù)、工作時間等）按照實際情況；不合理因素（如低效率冷機或其他低效設(shè)備等）則采用標(biāo)準(zhǔn)值。將所有敏感因素的參數(shù)按照上述方法進行取值后，在用能定額管理平臺中尋找對應(yīng)參數(shù)進行匹配，得到的能耗值即為該單位的用能定額。在此基礎(chǔ)上，可以進一步對其能耗水平進行評價。

5.1 敏感因素取值確定

根據(jù)現(xiàn)有各單位的實際情況，以保障敏感因素信息獲取的準(zhǔn)確、快捷、可實施性為原則，確定影響政府機關(guān)能耗的敏感因素類型。此外，為方便對各能耗水平的梯度管理，按照設(shè)備性能要求及管理運行水平，分為合理值和目標(biāo)值兩檔。詳見表2。

表2 敏感因素的取值原則

5.2 典型單位用能定額對標(biāo)

從樣本庫中選取典型單位，按照敏感因素取值原則，計算得到用能定額。該單位有4棟建筑，總建筑面積為6800m2，夏季供冷方式為分體空調(diào)，冬季熱源為燃煤鍋爐（能源審計期，現(xiàn)已改為空氣源熱泵）。通過用能定額管理平臺計算得到分項用能定額的合理值與目標(biāo)值如圖5。

圖5 典型單位能耗對標(biāo)結(jié)果

根據(jù)分項對比結(jié)果，該單位地處山區(qū)，夏季供冷時間短，冬季供熱時間長，整體空調(diào)能耗絕對值較低，但仍有一定的節(jié)能空間。而采暖系統(tǒng)實際用電能耗遠(yuǎn)高于合理值，考慮到采暖用電設(shè)備主要為熱水循環(huán)泵，應(yīng)重點排查是否存在其他供暖方式（如冬季開分體空調(diào)補充采暖）或測試熱水循環(huán)泵運行效率。此外，照明、辦公設(shè)備、給排水系統(tǒng)等其他用能系統(tǒng)實際值與合理值偏差不大，可認(rèn)為設(shè)備性能良好，運行方式合理。

5.3 典型單位能耗水平分析

通過用能定額管理平臺對各典型單位的用能定額進行計算后，可利用該定額對實際能耗水平進行評價。

目前除《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》以外，我國還陸續(xù)出臺過《公共機構(gòu)辦公建筑用電和采暖用熱定額》、《北京市政府機關(guān)辦公建筑合理用能指南》等一系列用能定額規(guī)范，各單位與上述規(guī)范對標(biāo)結(jié)果如表3。

表3 典型單位對標(biāo) （單位：kWh/m2·a）

從表3可以看出：①單位2和單位5實際能耗比合理值偏大20%以上，其用能系統(tǒng)可能存在計量范圍不明確、設(shè)備運行效率低、系統(tǒng)運行管理方式不合理等問題，建議對上述問題進行排查，有條件時可將性能淘汰產(chǎn)品進行更換。②單位1和單位3的實際能耗與合理值相比，偏差在20%以內(nèi)，有條件時可采取一定的節(jié)能措施，對系統(tǒng)運行能效及運行方式進行優(yōu)化。③單位4實際運行能耗低于合理值，各用能系統(tǒng)運行良好，有條件時可考慮進一步優(yōu)化控制策略達到目標(biāo)值。④與《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51161-2016）相比，單位2和單位5的實際能耗已超過標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的政府辦公建筑約束值，單位4已達到標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)值的要求。

6 研究成果和意義

在現(xiàn)有能源審計工作的基礎(chǔ)上，建立了適用于北京市政府機關(guān)的用能定額模型數(shù)據(jù)庫，完成了適用于政府機關(guān)的用能定額管理方法研究，并通過分項定額給出了對各政府機關(guān)節(jié)能管理、運行維護的建議。通過用能定額管理平臺的搭建，各用能單位可根據(jù)敏感因素取值及用能定額值，初步了解本單位的用能現(xiàn)狀水平，并以此為依據(jù)，積極制定節(jié)能改造的辦法；節(jié)能主管部門進行政府機關(guān)能耗水平評價時，可依據(jù)實際能耗與用能定額的偏差，監(jiān)督檢查和評價考核各單位的節(jié)能工作成效。除此之外，通過對樣本庫能耗數(shù)據(jù)的詳細(xì)梳理和比較，為未來其他領(lǐng)域節(jié)能工作的開展提供了有價值的基礎(chǔ)資料，為繼續(xù)深化公共機構(gòu)用能定額研究奠定了基礎(chǔ)。