2019年上海市公共建筑能耗監(jiān)測平臺能耗數(shù)據(jù)分析

支建杰 吳蔚沁 徐 強 馮 君 徐雯嫻

1.上海市建筑科學研究院有限公司

2.上海市建筑建材業(yè)市場管理總站

0 引言

2019 年，上海市堅持以生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為導向，持續(xù)加強生態(tài)環(huán)境保護與改善。在加快生態(tài)文明建設與發(fā)展，踐行創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，全面落實本市“十三五”建筑節(jié)能規(guī)劃目標的同時，深入推進本市公共建筑節(jié)能發(fā)展，進一步加強本市公共建筑能耗監(jiān)測與能效提升工作的監(jiān)督管理，提升平臺運行品質、持續(xù)創(chuàng)新平臺數(shù)據(jù)的應用。利用多年積累的數(shù)據(jù)資源，著手開始研究建筑節(jié)能設計標準體系控制指標，由相對節(jié)能率向節(jié)能絕對值的轉變，在發(fā)揮能耗大數(shù)據(jù)優(yōu)勢方面，又邁出了堅實一步。基于公共建筑能耗監(jiān)測平臺能耗數(shù)據(jù)，通過多維度的數(shù)據(jù)挖掘，從不同層面分析本市公共建筑用能特征，為廣大行業(yè)人員提供數(shù)據(jù)參考。

1 上海市公共建筑能耗監(jiān)測平臺發(fā)展規(guī)模

至 2019 年12 月31 日，全市累計共有1 780棟公共建筑完成用能分項計量裝置的安裝并實現(xiàn)與能耗監(jiān)測平臺的數(shù)據(jù)聯(lián)網，覆蓋建筑面積8 236.1 萬 m2，其中國家機關辦公建筑 206 棟，占監(jiān)測總量的11.6%，覆蓋建筑面積 399.6 萬m2；大型公共建筑1 574 棟，占監(jiān)測總量的88.4%，覆蓋建筑面積7 836.5 萬m2。按建筑功能分類統(tǒng)計情況如表1 所示。

年度新增聯(lián)網量方面，2019 年，能耗監(jiān)測平臺新增聯(lián)網建筑共計93 棟，建筑面積合計403 萬m2。新增聯(lián)網建筑中，辦公建筑數(shù)量最多，達38棟；文化建筑增幅最大，增幅比達34.8%；其次是教育建筑和國家機關辦公建筑，分別達到13.1%和12.0%；其它各類型建筑聯(lián)網量增幅在0 ～7%之間不等。近兩年，由于節(jié)能管理工作的不斷推進，以及相關制度的完善，未聯(lián)網的存量建筑在逐步減少，新建竣工建筑聯(lián)網棟數(shù)在逐年增加。

2 上海市公共建筑能耗總體情況分析

2.1 年度總用電量情況

2019 年，與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的公共建筑年總用電量約為82.9億kWh，其中辦公建筑、商場建筑、綜合建筑與旅游飯店建筑用電總量較大，依然是用電消耗主力，四類建筑用電量占總量的86.1%。各類型建筑年總用電量占比如圖1所示。

圖1 2019年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的建筑年用能量占比情況

表1 2019年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的各類型公共建筑分布情況

2019 年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的公共建筑逐月用電強度見圖2。從圖2 中可以發(fā)現(xiàn)建筑逐月用電強度變化情況與氣溫變化趨勢相符，夏季隨著氣溫不斷升高，空調制冷需求逐漸增大，導致用電量也逐漸增加；冬季隨著氣溫不斷降低，空調采暖需求逐漸增大，導致用電量也逐漸增加。從圖2 中還可以發(fā)現(xiàn)2019 年夏季平均溫度低于2018 年同期，根據(jù)統(tǒng)計，2019 年夏季溫度較常年偏低，因此夏季逐月能耗明顯低于2018 年同期。2019 年梅雨時節(jié)長，高溫日開始時間比往年晚，也導致夏季總體用能減少，由此說明兩年內用電強度變化很大程度上與天氣變化相關。

圖2 2018-2019年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的建筑逐月用電強度

2.2 歷年用電強度變化情況

2019 年聯(lián)網能耗監(jiān)測平臺的公共建筑單位面積年平均用電量為101 kWh/m2，較2018 年用電水平有明顯下降。歷年能耗監(jiān)測平臺建筑年用電強度與總用電量變化情況分析，見圖3，公共建筑用電強度呈平緩波動勢態(tài)，無明顯增長趨勢。

圖3 2014-2019年能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的建筑用電量變化情況

2.3 供熱季、過渡季、制冷季用電量情況

根據(jù)上海市氣候變化規(guī)律及生活用能習慣，本報告設定1月、2月、3月、12月為供熱季，4月、5月、10月、11月為過渡季，6月、7月、8月、9月為制冷季進行分析。

2019 年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的建筑供熱季用電量為26.9億kWh（32.7 kWh/ m2），過渡季用電量為 23.7 億 kWh（28.8 kWh/ m2），制冷季用電量為32.3 億kWh（39.3 kWh/ m2）。制冷季用電量最高，約為過渡季的 1.4 倍。2015-2019 年供熱季、過渡季與制冷季單位面積平均用電量見圖4。

圖4 2015-2019年公共建筑供熱季、過渡季、制冷季用電量情況

相較于2018 年同期情況，2019 年三個時段用電量均有所下降，其中制冷季單耗降低最為明顯，下降了約9.5%，其余時段單耗水平較2018 年下降3%～5%，變化幅度較小。近幾年，隨著節(jié)能工作的推進，很多樓宇進行了節(jié)能改造，以照明系統(tǒng)與空調系統(tǒng)改造為主，改造效果也逐步顯現(xiàn)。

2019 年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的公共建筑主要用能分項，其在供熱季、過渡季、制冷季的用電量情況見圖5。照明與插座用電、動力用電、特殊用電分項在供熱季、制冷季及過渡季用電量基本保持不變，全年用電量比較穩(wěn)定，體現(xiàn)了這些分項用電的非季節(jié)性；空調分項用電量全年變化明顯，體現(xiàn)了空調用電的季節(jié)性，由于部分建筑冬季采用燃氣等非電能源供暖，因此，制冷耗電量多于供熱，是供熱耗電量的1.5倍。

圖5 2019年公共建筑主要用能分項在供熱季、過渡季、制冷季用電量

2019 年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的主要類型公共建筑供熱季、過渡季、制冷季用電強度情況見圖6。所有類型的建筑在制冷季用電強度最高，過渡季用電強度與供熱季差異較小的有旅游飯店建筑和商場建筑，主要由于旅游飯店建筑對室內舒適性要求較高、商場建筑人流密度較大等因素所致，從而需要將制冷及供熱主機保持常年運行，過渡季采用全新風的情況較少。

圖6 2019年主要類型公共建筑在供熱季、過渡季、制冷季用電量情況

2.4 疫情下同期用電情況分析

2020 年，新冠疫情爆發(fā)，本文對疫情期間第一季度能耗及同期情況進行了分析。上海市從1月24日開始1級響應，嚴防國外輸入病例，本地病例已經基本清零。在保障人民安全的前提下，社會各行業(yè)陸續(xù)復工復產。全市主要行業(yè)公共建筑（政府辦公建筑、辦公建筑、旅游飯店建筑、商場建筑）總體用能水平隨著復工復產正在陸續(xù)恢復，由圖7所示，出現(xiàn)了三個增長過程。在復工第一周，隨著政府部門及部分企業(yè)復工，用能水平達到了第一個高峰，恢復到春節(jié)前的65%；復工后的第四周，在部分外企復工、商業(yè)逐步復蘇、醫(yī)院門診恢復正常等多因素下，用能水平達到了第二個高峰，恢復到春節(jié)前的69%；在復工第八周，上海進入二級響應，用能水平迎來了第三次增長，恢復到了春節(jié)前的72%。

圖7 全市主要行業(yè)公共建筑春節(jié)前一周至復工第八周每周日均用電強度

為了防控疫情傳播，從2月開始，空調使用率下降，空調用能較1 月明顯減少，隨著3 月氣候轉暖，空調用能占比再度下降，為了能更好地分析復工情況，通過能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)，將空調用能也進行了單獨統(tǒng)計，并按月與2019年同期用電情況進行了比較，見圖8。從整體看，除政府辦公建筑外，其它建筑用能水平較2019 年同期都有顯著的下降，但隨著社會經濟的恢復，3 月非空調用電強度都較2 月有所提升，除旅游飯店建筑外，其它類的建筑3月的非空調用電強度均恢復到1 月的八成以上，說明復工復產在有序進行中。

圖8 各行業(yè)公共建筑2020年1-3月和2019年同期月用電情況

3 主要類型公共建筑能耗情況分析

3.1 主要類型公共建筑歷年能耗強度情況

過去5年的主要類型建筑用電強度變化情況見圖9，總體變化趨勢一定程度上和氣溫變化有關，5年中2017 年平均氣溫最高，2019 年平均夏季氣溫低于2018 年，因此主要類型建筑逐年用電強度呈緩慢增長趨勢，到2017 年達到最高，而2018 年和2019年略有下降。

圖9 2015-2019年主要類型公共建筑單位面積年平均用電量變化情況

3.2 主要類型公共建筑分項用電情況

從主要類型建筑2019 年分項用電占比看，照明與插座用電、空調用電為主要用電分項，各類型建筑這兩項之和均超過70%，見圖10。其中，空調用電占比最高的為醫(yī)療衛(wèi)生建筑，其原因是醫(yī)院的人員流動性和密度及室內空氣質量要求所導致的全年制冷采暖需求高于其他類型建筑。照明與插座用電占比較高的是辦公建筑、商場建筑和辦公類建筑，主要由于除照明用電外，其辦公設備插座用電也較多；商場類建筑主要因營業(yè)環(huán)境需求，照明功率密度一般高于其他類型建筑。

圖10 2019年主要類型建筑分項用電量占比情況

3.3 主要類型公共建筑峰谷用電情況

根據(jù)本市相關部門數(shù)據(jù)顯示，2019年上海市最高用電負荷出現(xiàn)在7月末，取7月末溫度最高的7月30 日進行峰谷用電情況分析，當日最高氣溫37 ℃。2019年7月30日與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的公共建筑峰時段用電總量與谷時段用電總量比值見表2，其中峰時段與谷時段按照工商業(yè)用電兩部制夏季計算。經統(tǒng)計，各類公共建筑峰谷比與2018年基本相近，全市平均峰谷比與2018年相同，全市公共建筑當日總體用電量峰值在10:00-11:00，谷值在3:00- 4:00。辦公建筑、商場建筑、綜合建筑峰谷比相對較大，均大于3，并且高于聯(lián)網建筑平均值，削峰潛力大于其他類型建筑，這與其間歇性運行模式有關；而旅游飯店建筑與醫(yī)療衛(wèi)生建筑往往全部或部分處于24 小時不間斷運行，峰谷比較小。同時所有建筑谷時均出現(xiàn)在凌晨時段，從而可通過儲電、冰蓄冷等儲能技術將日間用電轉換到夜間，達到削峰填谷的作用。

表2 2019年7月30日與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網的公共建筑峰谷比情況

各主要類型公共建筑2019年7月30日逐時標準化用電曲線見圖11。由圖11可見，各類型建筑主要設備開機時間較為接近，在7:00-9:00之間，而由于運行模式不同，主要設備關機時間相差較大。各類型建筑用能高峰持續(xù)時間一般在8- 9 個小時，旅游飯店建筑由于其營業(yè)特性，高峰持續(xù)時間較長，達12個小時。

圖11 2019年7月30日各主要類型公共建筑逐時標準化用電曲線

4 數(shù)據(jù)應用與展望

2019 年，以“提升平臺運行品質，創(chuàng)新平臺數(shù)據(jù)應用”為工作指導思想，深入開展基于數(shù)據(jù)驅動的技術創(chuàng)新、專項研發(fā)及數(shù)據(jù)應用，幫助廣大建筑業(yè)主和行業(yè)管理人員，持續(xù)提高公共建筑節(jié)能管理水平。開展了上海市“公共建筑用能限額對象分類及指標研究”、“公共建筑用能限額計算方法與模型研究”等市級專項前沿課題研究。完善全市公共建筑合理用能指南標準體系，開展《商務辦公建筑合理用能指南》編制研究并立項。

開展了既有公共建筑能耗監(jiān)測平臺“十四五”發(fā)展規(guī)劃前期研究，在總結本市“十三五”期間能耗監(jiān)測平臺發(fā)展成果基礎上，對標國內外最高標準，進一步深化能耗監(jiān)測平臺面向不同層級的功能和作用，開展未來五年的工作規(guī)劃和保障措施預研究，初步提出建設面向精品樓宇的能源與環(huán)境智能云服務平臺、制定推廣商業(yè)建筑需求側虛擬電廠應用的制度及建立公共建筑能耗強制性對標及能耗信息公示制度等規(guī)劃內容，夯實能耗監(jiān)測平臺成果，指導本市公共建筑能效提升。

5 結語

近年來，從國家到地方，節(jié)能減排降耗的政策力度和廣度前所未有，“節(jié)能、智慧、健康、舒適”的可持續(xù)建筑發(fā)展理念及技術應用深入人心。面向未來，我們將把建筑能源數(shù)據(jù)資源的管理上升到“數(shù)據(jù)治理”的高度，不僅關注數(shù)據(jù)的共享，更要從數(shù)據(jù)的產生、歸集，覆蓋到交換、應用的全過程、全鏈條，基本形成規(guī)范、開放的“大數(shù)據(jù)服務生態(tài)體系”。