王云鵬 ，那威 ，田亞鵬 ，田甜

（1. 中國制冷學會，北京，100142；2. 北京建筑大學，北京，100044；3. 北京興創(chuàng)投資有限公司，102600）

0 引言

“十三五”期間國家實行能源消耗總量和強度“雙控”政策，節(jié)能減排成為我國未來發(fā)展的重點解決目標。近年來，國家對超低能耗建筑的建設予以政策支持和資金補貼，“十四五”更是將“碳中和，碳達峰”納入主要實現目標，推動建筑節(jié)能，實現綠色發(fā)展是實現“雙碳”目標的重要技術手段。在全國建筑業(yè)總產值中，建筑能耗占有相對而言比較大的比值，2018年全國建筑全過程能耗為21.47億噸標準煤，約占全國總能源消耗的約35%左右［1］。而其中采暖和空調能耗已占到建筑總能耗的55%左右。面對如此嚴峻的國際能源和環(huán)境問題，如何采用科學的統(tǒng)計分析方法量化特定區(qū)域（某個城市或國家）宏觀集中供熱制冷能耗、規(guī)模及其強度已成為一個迫切需要解決的技術難點，建立起區(qū)域建筑能耗強度統(tǒng)計方法學以及建筑能耗強度基準和定額研究，能夠對核查區(qū)域建筑節(jié)能目標提供定量數據支撐。

如今國內外的許多研究進單方面針對建筑能耗或面積的統(tǒng)計方法和趨勢性分析，又或只針對空調或采暖的單項能耗統(tǒng)計分析。例如，劉兆勇建立“按需求驅動的”MAKRAL模型，然后利用模型對重慶市的空調工程，建筑節(jié)能等問題進行了闡述［2］。蒲清平借助SPSS軟件，建立居住建筑能耗預測的多元線性回歸模型，并進行驗證［3］。王竹通過建立房屋建筑面積預測模型，對我國江蘇省經濟社會發(fā)展和人口及家庭結構規(guī)模等各方面進行研究，得出我國家庭住房套型面積發(fā)展趨勢的影響因素的分析結果［4］。Piotr Benduch提出一種基于建筑物幾何描述的多變量計算房屋使用面積的方法，并研究可以影響其變化的相關影響因素［5］。現缺少對于建筑能耗強度，即單位面積的建筑能耗的動態(tài)研究，針對對象為全國及分省的住宅建筑能耗強度全時間序列的研究。

本文以我國住宅建筑能耗強度為研究對象，結合我國近年來住宅建筑能耗強度特征的變化，采用結構方程模型分析我國經濟基礎、土地供給、人口總量和節(jié)能水平的變化，選取房地產住宅建筑投資額、居住類城市居民消費價格指數、城鎮(zhèn)化率、年末實有人口、能源消費彈性系數作為我國住宅建筑能耗強度特征模型的解釋變量，采用多元線性回歸分析方法建立我國住宅建筑能耗強度特征模型，并進行實證，驗證其可行性，為我國建筑能耗管理提供數據基礎和理論依據。

1 研究方法及特征結果

1.1 住宅建筑能耗強度

住宅建筑能耗強度，即單位面積的住宅能源消費量，

即：

1.2 住宅建筑面積數據來源及計算方法

1.2.1 鎮(zhèn)住宅建筑面積數據來源及計算方法

城鎮(zhèn)住宅建筑面積的數據和計算方法參照文獻［6］和［7］，通過《中國統(tǒng)計年鑒》、《建筑業(yè)企業(yè)統(tǒng)計年鑒》、《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》相關建筑數據得到2001-2006的城鎮(zhèn)住宅建筑面積和城鎮(zhèn)住宅建筑竣工面積的累加值，構建G函數：

將2007-2016年城鎮(zhèn)住宅建筑竣工面積累加值輸入G函數，則可以得到全時間序列的城鎮(zhèn)住宅建筑面積。

1.2.2 農村住宅建筑面積數據來源及計算方法

與城鎮(zhèn)相比，農村住戶調查不存在大量集體戶和租房群體的問題，其調查得到的農村人均居住建筑面積能夠客觀的反映農村建筑總量情況。因此，通過查閱《中國統(tǒng)計年鑒》中的農村住宅建筑面積根據農村人口和人均居住建筑面積計算得到，計算公式為：

農村住宅建筑面積=農村人口總量×農村居住人均住宅建筑面積 （4）

1.3 住宅建筑能耗數據來源及計算方法

住宅建筑能耗的數據來源及計算方法參照文獻［8］，根據歷年《中國統(tǒng)計年鑒》中的能源平衡表中的相關建筑能耗作為基礎量，在此基礎上進行能耗修正，最終得出全時間序列的住宅建筑能耗。修正如下：1）扣除其中交通能耗Etrans，tce；2）供暖能耗修正Eheat， tce；3）加上其他部門建筑能耗Eother， tce。

計算公式如下：

式中E為住宅建筑能耗，tce；Ebase為 住宅建筑能耗基礎量，tce。

1.4 計算結果及能耗強度特征變化

2001-2016年我國住宅建筑能耗特征計算結果如下：

表1 2001-2016我國住宅建筑能耗特征

中國住宅建筑能耗強度存在階段性變化的特點：“十五”期間逐年快速增長，自2001年的7.08kgce/m2上升到2005年的9.06kgce/m2，年平均增長6.34%；在“十一五”前期住宅建筑能耗強度依然維持著加速增長趨勢，而從2007年達到9.99 kgce/m2之后，到2013年都維持在一個相對穩(wěn)定的水平，平均住宅建筑能耗強度為10.00 kgce/m2；“十二五”后期以及“十三五”前期則出現下降趨勢，截止到2016年我國住宅建筑能耗強度為8.95kgce/m2。

圖1 全國住宅建筑能耗強度發(fā)展變化

2 住宅建筑能耗強度特征的解釋變量選取

本文通過國內外相關的研究成果采取結構方程模型著重分析影響我國住宅建筑能耗強度的四大宏觀因素：經濟發(fā)展狀況、土地利用情況、人口總量、住宅建筑節(jié)能水平，然后選取其中合適的解釋變量。

2.1 選取方法

本文采取結構方程模型（Structural Equation Modeling，SEM）分析被解釋變量（我國住宅建筑能耗強度）與解釋變量之間的關系［6］。SEM模型具有同時處理多個相關因變量的特點。住宅建筑能耗強度作為一個涉及多主體、關系復雜的被解釋變量，采用SEM模型對解析其解釋變量是高效且有益的。本文結合國內外能耗特征研究現狀以及“十二五”前后能耗強度特征的變化，采用結構方程模型分析我國經濟發(fā)展狀況、土地利用情況、人口總量、節(jié)能水平對我國住宅建筑能耗強度的影響，選取合適的解釋變量。

2.2 解釋變量選取及分析

圖2 全國住宅建筑能耗強度解釋變量框架分析

（1）經濟基礎。經濟越發(fā)達的地區(qū)，人們對房間舒適性以及空間要求更高，所以需要更多的制冷空調采暖、電子照明以及娛樂設備等等，從而增加建筑能耗強度。

（2）土地供給。土地供給的最直接表現形式體現在城鎮(zhèn)化率上，由于城鎮(zhèn)和農村的土地規(guī)劃不相同，所以對于住宅建筑面積的占比也會出現差異。一般來說，由于城鎮(zhèn)與農村的能源利用率（如表）不同，所以會導致兩者的住宅建筑能耗強度出現差異。因此，推動城鎮(zhèn)化率的行為會使得當地的住宅建筑能耗強度直接發(fā)生變化。

圖3 城鎮(zhèn)住宅建筑總能耗與城鎮(zhèn)人口關系

（3）人口總量：人口總量的增長直接加大了人們對于住宅建筑的需求，從而影響住宅建筑能耗強度。

（4）節(jié)能水平：如今能源緊缺以及全球變暖等問題，使得如今住宅建筑往被動式低能耗建筑發(fā)展。國家還對家用電器的能效標準做了嚴格的限定，并出臺了許多能效補貼政策鼓勵人們購買高能效電器，如一級能效的空調、冰箱等?，F今人們的節(jié)能意識越來越高，愈發(fā)趨向于居住在節(jié)能環(huán)保的住宅里，并且非常關注日常的節(jié)能行為。

結合相關文獻，綜合分析情況，本文就我國經濟基礎、土地供給、人口總量、節(jié)能水平這四項宏觀影響因素分別選取房地產住宅建筑投資額、居住類城市居民消費價格指數、城鎮(zhèn)化率、年末實有人口、能源消費彈性系數作為我國住宅建筑能耗強度特征模型的解釋變量。

3 多元線性回歸分析

3.1 分析方法

多元線性回歸指有多個解釋變量的線性回歸模型，用于揭示被解釋變量與其他多個解釋變量之間的線性關系，數學模型為：

3.2 多元線性回歸計算

選取2001-2016我國住宅建筑能耗強度以及各解釋變量（來源于歷年中國統(tǒng)計年鑒以及國家統(tǒng)計局發(fā)布的歷年數據）進行多元線性回歸分析，結果如下：

表2 解釋變量回歸系數

由表可知，城鎮(zhèn)化率、房地產住宅建筑投資額和年末常住人口的VIF均超過了10，證明三者存在較強的相關性，則該多元線性方程的自變量存在多重共線性?？紤]用主成分分析法解決多重共線性。

3.3 主成分分析法解決多重共線性

（1）對解釋變量進行主成分分析

表3 總方差表

得到了五個主成分的初始特征值，其中數字相對而言比較大的是3.643，最低值是0.001，對于前兩個因子而言，這兩者的累積貢獻率可以達到96.477%，故而，對于該模型造成影響的因素應為前兩個因子之和，故提取前兩個主成分。

（2）利用因子分析結果進行主成分分析

分別計算兩個主成分T1和T2的標準化數據，得到如下方程：

3.4 多元線性回歸分析以及模型的建立

將我國住宅建筑能耗強度與T1和T2進行多元線性回歸分析，得到如下結果：

由表4可知，R的數值為0.984，在其取值范圍（0, 1）內，證明線性回歸關系密切。R2為0.968，表明所建立的回歸模型效果優(yōu)良。調整R2為0.863，小于R2，且數值較大，說明模型擬合度較好。由表5可知F0.05計算值為9.132＞F0.05值，可知方程的回歸效果高度顯著，且 Sig ＜ 0. 05，說明明顯具有統(tǒng)計學意義，可以作為預測方程。

表4 回歸模型匯總

表5 方差分析

表6 我國住宅建筑能耗強度回歸系數

由表可知該住宅建筑能耗強度回歸方程為：

3.5 回歸檢驗

根據2007-2016年各驅動因素計算出住宅建筑能耗強度，并與實際值比較，得出下圖：

圖4 我國住宅建筑能耗強度計算值與實際值

可知，住宅建筑計算能耗強度與實際值的相對偏差值最大在2002年，相對偏差達到了9.40%＜10.00%，2001-2016平均偏差為4.30% <5.00%，證明該模型的準確性。

4 我國住宅建筑能耗強度特征模型的實證

通過《中國統(tǒng)計年鑒2017》以及國家統(tǒng)計局發(fā)布的2017年相關數據，可以得到解釋變量相關值，并應用我國住宅建筑能耗強度特征模型，得出2017我國住宅建筑能耗強度計算值，并利用文中介紹的住宅建筑能耗及面積的計算方法算出2017年住宅建筑能耗強度實際值進行對比。

表7 我國住宅建筑能耗強度回歸系數

由上表可知，通過我國住宅建筑能耗強度預測模型預測的住宅建筑能耗強度計算值為9.15kgce/m2，與實際值相差0.13kgce/m2，相對誤差為1.5%，證明該住宅建筑回歸模型能夠可以準確預測未來的住宅建筑能耗強度，并且可以通過對五類解釋變量的未來發(fā)展情況的預測，掌握住宅建筑能耗強度的未來發(fā)展趨勢以及變化范圍，從而為國家調控住宅建筑宏觀能耗提供數據基礎和理論支持。

5 結論

（1）根據泰勒級數神經網絡方法以及建筑能耗拆分模型闡述了我國住宅建筑面積以及能耗的數據計算方法，以及2001-2016年我國住宅建筑能耗強度特征。

（2）分析了經濟基礎、土地供給、人口總量和節(jié)能水平這四大宏觀因素對我國住宅建筑能耗強度的影響，并選取房地產住宅建筑投資額、居住類城市居民消費價格指數、城鎮(zhèn)化率、年末實有人口、能源消費彈性系數作為我國住宅建筑能耗強度特征模型的解釋變量。

（3）選取2001-2016年全國住宅建筑能耗強度與各解釋變量建立多元線性回歸方程，將主成分分析法作為主要的分析方法，重點解決了各解釋變量的多重共線問題，然后對計算出的主成分進行回歸分析，并根據R、R2、F以及Sig.值，得出該預測模型具備較好的擬合度和可行性。

（4）應用住宅建筑能耗特征模型進行2017年我國住宅建筑能耗強度的實證，得出的計算值與實際值相差1.5%，證明該模型的準確性以及可應用性。

（5）通過該模型對我國住宅建筑能耗強度的測算以及預測，可為我國民用建筑能耗管理、建筑節(jié)能行業(yè)的發(fā)展以及建筑規(guī)劃提供數據基礎和理論支持。