高宇波，張 琛

（太原理工大學(xué)建筑學(xué)院，山西 太原 030024）

1 能耗影響因素選取

影響既有辦公建筑能耗的因素主要包括建筑所處氣候區(qū)、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和建筑設(shè)備，這3個(gè)方面為建筑本身的客觀因素。除此之外，影響建筑能耗的因素中主要還包括室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)、人員參數(shù)等主觀因素。在各類因素中，氣候分區(qū)對(duì)建筑能耗的影響主要體現(xiàn)在因氣候條件不同造成的環(huán)境中溫度、濕度、太陽(yáng)輻射的不同，從而導(dǎo)致建筑冬季采暖能耗與夏季空調(diào)制冷能耗占建筑能耗比例存在差異。例如我國(guó)北方地區(qū)相較南方地區(qū)普遍冬季寒冷，采暖能耗也因此增加，而同時(shí)制冷能耗較南方地區(qū)會(huì)有所下降。本文的研究對(duì)象為處于寒冷A區(qū)的太原市，故在進(jìn)行能耗影響因素分析中，主要考慮建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備、室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)、人員參數(shù)等方面。

1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

既有辦公建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能好壞直接影響室內(nèi)熱環(huán)境，所以在考慮對(duì)建筑能耗的影響因素時(shí)，首先需考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)[1]。

窗墻比越大，室內(nèi)太陽(yáng)輻射越大，雖然可提高冬季室內(nèi)溫度，但也會(huì)提高夏季空調(diào)能耗。窗戶是與外界進(jìn)行熱量交換最頻繁、最靈敏的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)部位[2]。相較其他部分，窗戶擁有質(zhì)量輕且薄的優(yōu)點(diǎn)，所以其不易隔絕熱量，保溫性能較差。而且從門或窗戶等部位極易損失熱量，其重要性不言而喻。窗玻璃抵擋陽(yáng)光紫外線與熱能的能力稱為遮陽(yáng)系數(shù)。數(shù)值越高，代表從窗戶照入室內(nèi)的熱輻射越高，可有效降低冬季室內(nèi)采暖能耗。反之，則意味著窗戶對(duì)太陽(yáng)能的抵擋能力越強(qiáng)，傳導(dǎo)進(jìn)室內(nèi)的熱能越少，但也會(huì)使夏季空調(diào)能耗降低。所以建筑節(jié)能需綜合考慮，選擇合適的遮陽(yáng)系數(shù)[3]。另外，太陽(yáng)輻射、熱傳導(dǎo)均通過(guò)窗戶進(jìn)行交換，所以窗戶形、有無(wú)遮陽(yáng)措施、遮陽(yáng)措施類型及外窗材料特性等均會(huì)對(duì)建筑能耗產(chǎn)生影響。圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的其他重要部位還有屋面，屋面熱工性能好壞也對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境有直接的影響作用。屋面保溫隔熱性能較差時(shí)，夏天導(dǎo)致建筑內(nèi)溫度升高，空調(diào)使用率呈上升趨勢(shì)，導(dǎo)致耗能嚴(yán)重[4]。通過(guò)以上分析，在涉及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能耗因素相關(guān)參數(shù)中，最終選取窗墻比、外窗傳熱系數(shù)、外墻傳熱系數(shù)、屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及遮陽(yáng)系數(shù)5個(gè)因素進(jìn)行分析。

1.2 室內(nèi)設(shè)定參數(shù)與空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)

空調(diào)系統(tǒng)的作用在于維持室內(nèi)熱環(huán)境的舒適度，在影響空調(diào)能耗因素中，除設(shè)備因使用年限過(guò)久而造成運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，以及室外機(jī)周圍通風(fēng)順暢程度、安裝質(zhì)量好壞、維護(hù)保養(yǎng)狀況等主觀不可量化的因素外，冬季和夏季的室內(nèi)溫度設(shè)置是影響建筑能耗的重要可控因素。夏季室內(nèi)空調(diào)設(shè)定溫度過(guò)低，但室外溫度過(guò)高，易產(chǎn)生較大溫差，增加室內(nèi)外空氣焓值，導(dǎo)致人們使用空調(diào)的時(shí)間延長(zhǎng)，進(jìn)而增加空調(diào)能耗[5]。

空調(diào)系統(tǒng)采暖和制冷能耗是建筑總能耗占比中最不可忽視的部分。除設(shè)定的冬季和夏季室內(nèi)溫度外，空調(diào)設(shè)備自身的參數(shù)值也直接影響空調(diào)能耗，如冷水機(jī)組能效比（COP值）是一項(xiàng)重要的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能參數(shù)[6]。通常認(rèn)為，能效比越大，節(jié)約的電能也就越多。因此本文在研究空調(diào)系統(tǒng)對(duì)建筑能耗的影響因素中，主要考慮冬季室內(nèi)溫度、夏季室內(nèi)溫度及冷水機(jī)組COP值等因素。

1.3 電器設(shè)備與照明參數(shù)

電器設(shè)備也會(huì)對(duì)既有辦公建筑室內(nèi)的熱量產(chǎn)生影響，包括空調(diào)、照明設(shè)備、辦公設(shè)備等，在不影響室內(nèi)熱環(huán)境的前提下，應(yīng)合理選擇建筑內(nèi)設(shè)備功率，提高設(shè)備利用率[7]。同時(shí)，室內(nèi)照明和電器設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量會(huì)提高室內(nèi)溫度，所以在合適的照明亮度下，提倡使用節(jié)能燈具。在表示單位面積建筑內(nèi)設(shè)備和照明安裝功率時(shí)，一般采用設(shè)備功率密度與照明功率密度，因此本文在研究辦公建筑設(shè)備對(duì)能耗的影響因素時(shí)，主要考慮設(shè)備功率密度和照明功率密度2個(gè)設(shè)定值的影響。

2 各建筑能耗影響因素水平數(shù)選取

此次能耗因素分析共選擇遮陽(yáng)系數(shù)、照明功率密度、冬夏季室內(nèi)溫度等10個(gè)建筑能耗影響因素。為進(jìn)行下一步對(duì)各因素影響建筑能耗程度大小的分析，首先依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，參考上述10個(gè)因素在節(jié)能中的設(shè)計(jì)值，挑選3個(gè)水平值為下一步分析做準(zhǔn)備，各類水平數(shù)的選值如表1所示。

表1 能耗因子及水平數(shù)選取

3 基準(zhǔn)模型建立

首先利用DeST模擬軟件建立能耗模擬基準(zhǔn)模型，本模型以太原市某辦公建筑建立，其平面采用長(zhǎng)方形、中間內(nèi)走廊、兩側(cè)辦公室的辦公建筑基本形制，立面做法、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及材料特性，包括能耗現(xiàn)狀也以該辦公建筑現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置（見圖1）。此次模擬所設(shè)定的氣象參數(shù)源自DeST-c太原市的氣象數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)值輸入、圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。與實(shí)際能耗數(shù)據(jù)對(duì)比之后，模型校驗(yàn)結(jié)果顯示可行。

表2 項(xiàng)目案例圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖1 基準(zhǔn)模型

4 能耗影響因素分析過(guò)程

4.1 分析工具

本文選用SPSS軟件進(jìn)行能耗因素分析。SPSS軟件可進(jìn)行多種統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)分析，其中對(duì)2種或以上變量間的線性關(guān)系進(jìn)行分析的方法稱為多元線性回歸分析法。

4.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為提高分析結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，在涉及多個(gè)因素的關(guān)系分析中，需選擇一定量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本文對(duì)10個(gè)能耗影響因素分別選取3個(gè)不同水平值，由于涉及變量較多，若全部進(jìn)行試驗(yàn)則需要上萬(wàn)次數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，為使結(jié)果可靠的同時(shí)盡量采取較少的試驗(yàn)次數(shù)減少工作量，則需借助正交試驗(yàn)法對(duì)模擬方案進(jìn)行設(shè)計(jì)[8]。

日本統(tǒng)計(jì)學(xué)家田口玄一在此基礎(chǔ)上提出一種將正交試驗(yàn)列成表格的方法，稱為正交表。正交表可更清晰明確地顯示試驗(yàn)組合，正交表最為簡(jiǎn)單的形式為L(zhǎng)n（qp）形式，在這一形式中，L代表的是正交表的符號(hào)；n和p分別代表正交表的行數(shù)和列數(shù)，其中行數(shù)指的是試驗(yàn)方案數(shù)量或試驗(yàn)次數(shù)，列數(shù)指的是試驗(yàn)因素的數(shù)量；q代表正交表的數(shù)碼，即因素的水平數(shù)。根據(jù)本文選取的10個(gè)能耗因素及其水平數(shù)選取，利用SPSS軟件進(jìn)行整合，生成L27（310）的正交試驗(yàn)表格，如表3所示。

表3 正交試驗(yàn)表

此表的L27表示此次試驗(yàn)有27種試驗(yàn)樣本，因要研究各因素與建筑能耗之間的關(guān)系，故根據(jù)該表顯示的試驗(yàn)組合，依次在DeST模擬軟件改變基準(zhǔn)模型設(shè)置參數(shù)得出每一種組合的建筑能耗數(shù)據(jù)。

5 分析結(jié)果

將得出的樣本數(shù)據(jù)輸入到SPSS軟件，根據(jù)回歸分析可得出如下結(jié)果。

1）模型通過(guò)F檢驗(yàn)（P＜0.05），意味著模型具有意義。

2）模型的 R2值為 0.961，表明屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（RT）、外墻傳熱系數(shù)（WT）、外窗傳熱系數(shù)（OT）、遮陽(yáng)系數(shù)（SC）、窗墻面積比（WR）、照明功率密度（LL）、設(shè)備功率密度（EQ）、冷水機(jī)組能效比（COP）、夏季室內(nèi)溫度（SIT）、冬季室內(nèi)溫度（WIT）這10項(xiàng)可解釋建筑能耗96.1%的變化原因，其中照明功率密度、遮陽(yáng)系數(shù)、冬季室內(nèi)溫度對(duì)能耗的影響不顯著。

能耗預(yù)測(cè)公式為：建筑能耗=68 252.85+7 131.47×屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（RT）+12 899.48×外墻傳熱系數(shù)（WT）+1 400.89×外窗傳熱系數(shù) （OT）+10 380.70×窗墻面積比（WR）+296.74×設(shè)備功率密度（EQ）+2 137.91×冷水機(jī)組能效比（COP）+1 554.14×夏季室內(nèi)溫度（SIT）。

根據(jù)分析結(jié)果的各項(xiàng)回歸系數(shù)可知，影響建筑能耗增加的因素中：外墻傳熱系數(shù)（WT）＞屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（RT）＞設(shè)備功率密度（EQ）＞冷水機(jī)組能效比（COP）＞夏季室內(nèi)溫度（SIT）＞窗墻面積比（WR）＞外窗傳熱系數(shù)（OT）＞照明功率密度（LL）＞遮陽(yáng)系數(shù)（SC）＞冬季室內(nèi)溫度（WIT）。

6 結(jié)語(yǔ)

本文首先分析影響既有辦公建筑能耗的各類因素并提取出10個(gè)主要參數(shù)，同時(shí)依據(jù)相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)選出3個(gè)水平數(shù)；并以處于寒冷A區(qū)的太原市既有辦公建筑為研究對(duì)象建立基準(zhǔn)模型，利用正交試驗(yàn)法確立試驗(yàn)次數(shù)，通過(guò)DeST能耗模擬軟件對(duì)各試驗(yàn)進(jìn)行模擬；最后通過(guò)SPSS分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出外墻傳熱系數(shù)、屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、設(shè)備功率密度、冷水機(jī)組能效比、夏季室內(nèi)溫度、窗墻面積比、外窗傳熱系數(shù)、照明功率密度、遮陽(yáng)系數(shù)、冬季室內(nèi)溫度10個(gè)參數(shù)對(duì)既有辦公建筑能耗的影響程度及優(yōu)先級(jí)，對(duì)既有公共建筑節(jié)能研究具有一定參考價(jià)值和借鑒意義。