上海市大型公共建筑用能指標(biāo)研究與實踐

文｜上海市建筑科學(xué)研究院（集團）有限公司 徐 強 莊 智 張蓓紅 蔣友娣

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(yīng)加以足夠的重視。目前我國有5億平方米左右的大型公共建筑，其耗電量為 70 ～ 300kWh/（m2?a），為住宅的 10 ～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，是有效控制建筑能耗增長幅度、推進建筑節(jié)能的重要途徑之一[1]。但是目前各類公共建筑用能標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，用能管理水平評價缺乏客觀參考，相關(guān)的激勵和約束政策也難以出臺。迫切需要通過建立用能標(biāo)準(zhǔn)即合理的用能指標(biāo)，以推動能源管理水平的進一步提高。

公共建筑用能指標(biāo)是在采用能源調(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(xué)的方法確定合理的建筑能源消耗水平，作為衡量建筑能源管理水平的基準(zhǔn)。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指標(biāo)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(xué)方法，研究確定政府辦公建筑、旅游飯店建筑、商業(yè)建筑的合理用能指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上形成相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)。

2 大型公共建筑能源調(diào)查概況

上海地區(qū)民用建筑能耗統(tǒng)計工作自2007年起有序開展，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，可從宏觀上對本市大型公共建筑的能耗現(xiàn)狀有了深入的認(rèn)識。然而，大型公共建筑能源消耗情況非常復(fù)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(xué)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(xì)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，如表1所示。

3 大型公共建筑用能指標(biāo)研究方法

3.1 用能指標(biāo)研究方法

文獻(xiàn)2給出了公共建筑制定用能指標(biāo)時的一些考慮：首先，目前建筑能耗模擬技術(shù)仍很難準(zhǔn)確地描述現(xiàn)實，基于建筑實際能耗編制的用能指標(biāo)更容易被社會各界接受和認(rèn)可；其次，公共建筑用能指標(biāo)的制定應(yīng)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，公共建筑用能指標(biāo)制定應(yīng)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)，建筑合理用能指標(biāo)就是尋求某一用能指標(biāo)使其盡可能地接近大多數(shù)建筑的用能水平（即差值最?。⒖紤]對影響建筑能耗的主要因素進行修正?；谟媚苤笜?biāo)的常用研究方法的對比分析結(jié)果，本文選取歸一化法作為上海地區(qū)大型公共建筑用能指標(biāo)的確定方法，并在此基礎(chǔ)上研究得到了各類大型公共建筑（政府辦公建筑、旅游飯店建筑和商業(yè)建筑）的合理用能指標(biāo)，作為政府出臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。

3.2 歸一化法

從“用能合理性”的原則出發(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）。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(dāng)前實際水平，形成某種能耗指標(biāo)。對于能耗指標(biāo)大的建筑，說明該建筑能源利用效率低?！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，從而使其余因素的作用充分顯現(xiàn)在能耗指標(biāo)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(zhǔn)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(biāo)，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(xué)方法建立建筑能耗指標(biāo)模型?；诮ㄖ芎慕y(tǒng)計、能源審計等方式收集得到的建筑能耗樣本數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計學(xué)中的多元線性回歸分析理論，建立如下建筑用能指標(biāo)模型：

式中，Y代表因變量，為建筑能耗；Xk（k=1，2，…n）代表k個自變量，為影響建筑能耗的客觀因素；βK（k =1，2，…，n）稱為偏回歸系數(shù)，分別表示第k個自變量每變化一個單位時，因變量Y平均的增量。

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：

通常采用單位面積建筑能耗指標(biāo)來表征建筑用能水平，即：

當(dāng)XK取值為時，對應(yīng)的為該類建筑單位面積的建筑能耗平均值。

對于任一影響建筑能耗的客觀因素Xj，當(dāng)其他客觀因素取值為樣本平均值時，尋求Xj在范圍內(nèi)取值，使得達(dá)到最大。此時，對應(yīng)的與的差值與的比值定義為因素Xj的能耗指標(biāo)修正系數(shù)Cj，即：

對于同一類型的建筑，其實際用能水平不應(yīng)高于客觀因素修正后的最大單位建筑面積能耗值Eb。同時，考慮到在建筑用能超定額加價措施推行初期，選用寬松的用能指標(biāo)有助于該政策的實施推行，故可選取EUIb作為“單位面積建筑用能指標(biāo)”。

3.3 建筑能耗影響因素的選取

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。在建筑能耗研究中主要考慮的是非可控因素即客觀因素的影響。

在建筑能源調(diào)查過程中收集的項目包括建筑類型、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)特征、空調(diào)、照明、動力系統(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。由于所有建筑均在上海，從而忽略室外氣候?qū)ㄖ芎牡挠绊?。根?jù)歸一化法的計算要求，將不同類型建筑能耗的客觀因素與建筑能耗一起引入建筑能耗模型，并從中篩選出主要的影響因素，如表2所示。

4 大型公共建筑用能指標(biāo)研究結(jié)果

4.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)概況

2011年初，為加快推進本市節(jié)能減排工作，市發(fā)改委會同市質(zhì)量技監(jiān)局、市機管局、市旅游局、市商務(wù)委等部門，提出針對本市政府機關(guān)辦公建筑、星級飯店建筑和大型商業(yè)建筑編制用能指南，并列入了上海市2011年節(jié)能減排和應(yīng)對氣候變化重點工作安排（滬府發(fā)〔2011〕12號）。其中，《市級機關(guān)辦公建筑合理用能指南》DB31/T 550于2011年6月經(jīng)市質(zhì)量技監(jiān)局批準(zhǔn)發(fā)布，于2011年9月1日起實施；《星級飯店建筑合理用能指南》DB31/T 551和《大型商業(yè)建筑合理用能指南》DB31/T 552均于2011年12月經(jīng)市質(zhì)量技監(jiān)局批準(zhǔn)發(fā)布，將于2012年6月1日起實施。

表2 基于歸一化法制定的建筑用能指標(biāo)主要影響因素

4.2 大型公共建筑用能指標(biāo)要求

《市級機關(guān)辦公建筑合理用能指南》DB31/T 550、《星級飯店建筑合理用能指南》DB31/T 551和《大型商業(yè)建筑合理用能指南》DB31/T 552的核心內(nèi)容作為制定不同類型公共建筑的用能指標(biāo)要求，規(guī)定了單位建筑面積年綜合能耗的合理值水平和先進值水平，如表3所示。

5 應(yīng)用案例

5.1 項目概況

本文研究得出的大型公共建筑用能指標(biāo)制定的方法在“本市某低碳實踐區(qū)”得到了應(yīng)用。該低碳實踐區(qū)有數(shù)百棟大型公共建筑，同時在“十二五”期間設(shè)定了明確的節(jié)能目標(biāo)，欲打造全國領(lǐng)先低碳實踐區(qū)之一。由此，該低碳實踐區(qū)建筑節(jié)能的相關(guān)管理部門需要了解該低碳實踐區(qū)的各類既有公共建筑的用能指標(biāo)。

表3 三類建筑用能指標(biāo)要求

5.2 用能指標(biāo)作用

基于該用能指標(biāo)，可判斷該低碳實踐區(qū)既有公共建筑中哪些樓宇具有節(jié)能力空間，為政府制定相關(guān)政策以及推動一批大型公共建筑進行節(jié)能改造提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，對推動高能耗建筑進行節(jié)能改造和節(jié)能運行管理，從而達(dá)到預(yù)期的節(jié)能目標(biāo)。

5.3 用能指標(biāo)建立

基于該低碳實踐區(qū)既有公共建筑用能特點和節(jié)能預(yù)期目標(biāo)導(dǎo)向作用，根據(jù)建筑實際能耗數(shù)據(jù)和建筑主要影響因素，本文采用大型公共建筑用能指標(biāo)研究的方法進行統(tǒng)計分析，建立了該低碳實踐區(qū)旅游飯店建筑和商業(yè)建筑（百貨店及購物中心）用能指標(biāo)建議值，如表4所示。通過用能指標(biāo)建議值的作用，將該低碳實踐區(qū)旅游飯店建筑和商業(yè)建筑（百貨店及購物中心）能耗高且節(jié)能潛力大的建筑挖掘出來，數(shù)量上旅游飯店建筑約75%的建筑需要進行節(jié)能改造，商業(yè)建筑約71%的建筑需要進行節(jié)能改造，再配套相關(guān)節(jié)能約束和激勵政策的實施，該低碳實踐區(qū)“十二五”節(jié)能目標(biāo)是可以實現(xiàn)的。

相比本市三類建筑用能指標(biāo)要求，該低碳實踐區(qū)五星級飯店用能指標(biāo)建議值為66kgce/（m2?a），處于本市用能指標(biāo)要求的合理值（77kgce/（m2?a））和先進值（55kgce/（m2?a））之間；四星級飯店用能指標(biāo)建議值為 44kgce/（m2?a），比本市用能指標(biāo)要求的先進值（48kgce/（m2?a））小 ；一至三星級飯店用能指標(biāo)建議值為32kgce/（m2?a），也比本市用能指標(biāo)要求的先進值（41kgce/m2?a）小。商業(yè)建筑（百貨店及購物中心）用能指標(biāo)建議值為 71kgce/（m2?a），處于本市用能指標(biāo)要求的合理值90kgce/（m2?a）和先進值 65kgce/（m2?a）之間。由此看出，相比本市三類建筑的用能指標(biāo)要求，該低碳實踐區(qū)節(jié)能目標(biāo)更高，節(jié)能力度更大。

表4 某低碳實踐區(qū)建筑用能指標(biāo)建議值

6 結(jié)束語

本文基于大量的建筑能耗調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計學(xué)方法研究制定三類公共建筑，即政府辦公建筑、旅游飯店建筑和商業(yè)建筑的用能指標(biāo)，指標(biāo)的制定綜合考慮了各種類型的公共建筑能耗主要影響因素，研究結(jié)果符合本市大型公共建筑的實際用能狀況和特點，已形成相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)，并將本文用能指標(biāo)研究方法在本市某低碳實踐區(qū)得到了應(yīng)用印證，這對促進本市大型公共建筑節(jié)能減排工作和低碳實踐區(qū)建設(shè)將發(fā)揮重要的作用。通過標(biāo)準(zhǔn)的實施，對大型公共建筑用能指標(biāo)的科學(xué)性、合理性進行檢驗，使得建筑用能指標(biāo)體系更趨完善，為本市進一步制定建筑用能定額標(biāo)準(zhǔn)、推進建筑用能標(biāo)準(zhǔn)化管理提供科學(xué)依據(jù)，有力推動本市大型公共建筑能源管理水平的提高和建筑能效提升。

1 清華大學(xué)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