上海市中小學(xué)建筑能耗定額研究

余婉璇

上海眾材工程檢測(cè)有限公司

0 引言

上海市中小學(xué)校眾多，目前卻缺乏相應(yīng)的能耗定額標(biāo)準(zhǔn)，建立合理的能耗定額指標(biāo)體系對(duì)推進(jìn)上海市中小學(xué)校節(jié)能減排有著重要的促進(jìn)作用。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多研究人員對(duì)學(xué)校用能情況和能耗定額進(jìn)行了調(diào)查研究。2013 年，薛世海等人采用回歸分析法給出按生均建筑面積分段方法制定的湖北高校能耗定額[1]。2017 年，喻凡等人采用分級(jí)定額分析方法得出夏熱冬暖地區(qū)中小學(xué)校能源和水資源消耗水平[2]。2018 年，唐文龍等人利用統(tǒng)計(jì)定額法計(jì)算南京市中小學(xué)校園建筑能耗定額，并依據(jù)生均建筑面積和班級(jí)人數(shù)對(duì)建筑能耗定額進(jìn)行修正[3]。2020 年，張慈枝等人運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法確定各類高等院校的能耗定額[4]。在此基礎(chǔ)上，本文將通過(guò)對(duì)上海市部分中小學(xué)校能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究相關(guān)能耗影響因素，探究科學(xué)合理的中小學(xué)建筑能耗定額方法。

1 中小學(xué)能源消耗現(xiàn)狀及影響因素分析

1.1 研究對(duì)象

本文基于學(xué)校能源審計(jì)，以上海市多個(gè)區(qū)96 所中小學(xué)校為研究對(duì)象，其中包括36 所小學(xué)，23 所九年制學(xué)校，37 所中學(xué)，對(duì)學(xué)校2019 年建筑能耗賬單、建筑面積、空調(diào)面積、學(xué)生人數(shù)、用能人數(shù)等信息進(jìn)行了收集。學(xué)校建筑用能包括電力、天然氣、柴油等，電力主要用于校內(nèi)各種電器設(shè)備，天然氣、柴油主要用于廚房、鍋爐等燃?xì)庠O(shè)備。

1.2 能源消耗情況

本文將針對(duì)學(xué)校2019 年用能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并按表1 數(shù)據(jù)折算成標(biāo)煤，得到建筑能耗等價(jià)值。

表1 各種能源折標(biāo)系數(shù)

使用Excel 軟件對(duì)中小學(xué)單位面積建筑能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖1 所示。小學(xué)單位面積建筑能耗等價(jià)值位于4.7～14.88 kgce/m2之間，中位數(shù)為10.12 kgce/m2，均值為9.74 kgce/m2。中學(xué)單位面積建筑能耗等價(jià)值位于4.08～11.92 kgce/m2之間，中位數(shù)為7.64 kgce/m2，均值為7.85 kgce/m2。九年制學(xué)校單位面積建筑能耗等價(jià)值位于3.83～15.29 kgce/m2之間，中位數(shù)為8.27 kgce/m2，均值為9.04 kgce/m2?？梢钥闯?，小學(xué)單位面積建筑能耗普遍高于中學(xué)，九年制學(xué)校則分布范圍較寬，均值介于小學(xué)和中學(xué)之間。

圖1 中小學(xué)單位面積建筑能耗等價(jià)值

1.3 建筑能耗影響因素分析

通過(guò)對(duì)學(xué)校建筑用能數(shù)據(jù)的整理分析，相關(guān)因素可能為學(xué)生人數(shù)、建筑面積、空調(diào)面積等。本文將以上三個(gè)因素簡(jiǎn)化為生均建筑面積和生均空調(diào)面積兩個(gè)參數(shù)。從圖2 生均能耗曲線、生均建筑面積曲線、生均空調(diào)面積曲線，可以看出這三個(gè)參數(shù)可能存在相關(guān)性。

圖2 學(xué)校建筑用能數(shù)據(jù)相關(guān)因素分析

使用SPSS 軟件對(duì)生均建筑面積和生均空調(diào)面積這兩個(gè)參數(shù)與單位面積能耗指標(biāo)和生均能耗指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行進(jìn)一步分析，分析結(jié)果見表2。

表2 建筑能耗指標(biāo)與影響因素的相關(guān)系數(shù)

從表2 可以看出，小學(xué)單位面積能耗與生均建筑面積成顯著負(fù)相關(guān)。生均能耗則與生均建筑面積成顯著正相關(guān)。中學(xué)和九年制學(xué)校單位面積能耗與生均建筑面積、生均空調(diào)面積均不相關(guān)。中學(xué)、九年制學(xué)校生均能耗均與生均建筑面積、生均空調(diào)面積則成顯著正相關(guān)。

2 中小學(xué)能耗定額制定

國(guó)內(nèi)學(xué)者已提出一些基于能耗統(tǒng)計(jì)的建筑能耗定額方法[5-6]，本文采用定額分析法確定中小學(xué)能耗定額。使用SPSS 軟件對(duì)單位面積能耗和生均能耗進(jìn)行正態(tài)分析，分析結(jié)果顯示單位面積能耗服從正態(tài)分布，生均能耗則不服從正態(tài)分布。圖3 為不同類型中小學(xué)建筑單位面積能耗正態(tài)分布圖，圖4 為正態(tài)分布檢驗(yàn)結(jié)果。

圖3 不同類型中小學(xué)建筑單位面積能耗正態(tài)分布圖

圖4 不同類型中小學(xué)建筑單位面積能耗正態(tài)分布檢驗(yàn)

式中：Za表示累計(jì)概率為(1-a)時(shí)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率密度值。

對(duì)各分類樣本不同定額水平下的能耗進(jìn)行計(jì)算，得到建筑定額水平表，如表3 至5 所示。

表3 小學(xué)單位面積能耗定額水平表

表4 中學(xué)單位面積能耗定額水平表

表5 九年制學(xué)校單位面積能耗定額水平表

選取累計(jì)概率以20%，50%，80%作為限定值，基準(zhǔn)值和先進(jìn)值，得到上海市中小學(xué)建筑單位面積能耗定額值如表6 所示。限定值表征能耗定額上限，基準(zhǔn)值表征能耗利用平均水平，先進(jìn)值表征能耗利用先進(jìn)水平。

表6 上海市中小學(xué)單位面積能耗定額值

3 建筑能耗定額修正系數(shù)計(jì)算

3.1 單位面積能耗回歸模型

前文分析可知，能耗定額中生均能耗與生均建筑面積和生均空調(diào)面積這兩個(gè)影響因素相關(guān)性更顯著。為了得到更準(zhǔn)確的回歸模型，本文使用SPSS/Excel 軟件針對(duì)生均能耗指標(biāo)進(jìn)行回歸分析，得到回歸模型如表7 所示。表中，Y 表示生均能耗，kgce/生；X1表示生均建筑面積，m2/生；X2表示生均建筑面積，m2/生。

表7 生均能耗回歸模型

根據(jù)單位面積能耗與生均能耗的關(guān)系（見式2），由生均能耗回歸模型得到單位面積能耗回歸模型如表8 所示。

表8 單位面積能耗回歸模型

式中：Y'為單位面積能耗，kgce/m2；X3表示空調(diào)面積占比，%。

3.2 生均建筑面積分段

對(duì)中小學(xué)生均建筑面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，小學(xué)生均建筑面積均值為9.67 m2/生，中學(xué)生均建筑面積均值為21.43 m2/ 生，九年制學(xué)校生均建筑面積均值為13.41 m2/生。依據(jù)生均建筑面積均值及分布情況將其劃分為三個(gè)區(qū)段，如表9 所示。

表9 生均建筑面積分段

3.3 空調(diào)面積占比分段

對(duì)中小學(xué)空調(diào)面積占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，中學(xué)空調(diào)面積占比均值為0.34 m2/生，九年制學(xué)?？照{(diào)面積占比均值為0.36 m2/生。由于小學(xué)能耗與空調(diào)面積不相關(guān)，故不對(duì)小學(xué)進(jìn)行空調(diào)面積占比統(tǒng)計(jì)分析和修正。依據(jù)空調(diào)面積占比均值及分布情況將其劃分為三個(gè)區(qū)段，如表10 所示。

表10 空調(diào)面積占比分段

3.4 建筑能耗定額修正系數(shù)

已知單位面積能耗Y'與兩個(gè)自變量X1、X3相關(guān)，X1為生均建筑面積，X3為空調(diào)面積占比，n 為分段區(qū)間樣本數(shù)，則X1,k在X1,1至X1,n之間取值，X3,k在X3,1至X3,n之間取值，代表自變量X1的樣本平均值,代表自變量X3的樣本平均值。Y0為各自變量取樣本平均值時(shí)的單位面積能耗。當(dāng)其中一個(gè)自變量取平均值時(shí)，計(jì)算因變量Y'與Y0的比值α 。

式中：β1為生均建筑面積修正系數(shù)；β3為空調(diào)面積占比修正系數(shù)。

根據(jù)以上公式計(jì)算得到不同分段區(qū)間修正系數(shù)，相關(guān)因素位于平均值分段區(qū)間時(shí)不予修正，反之則進(jìn)行修正。修正系數(shù)見表11 和表12。

表11 生均建筑面積修正系數(shù)

表12 空調(diào)面積占比修正系數(shù)

用Ea表示單位面積能耗定額，則修正后的能耗定額Ea'為：

使用修正后的能耗定額Ea'對(duì)不同中小學(xué)能耗進(jìn)行判定比修正前能耗定額Ea更加合理。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)上海市多家中小學(xué)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到結(jié)論如下：

1）中小學(xué)能耗指標(biāo)與生均建筑面積和生均空調(diào)面積成顯著相關(guān)。

2）使用單位面積建筑能耗作為中小學(xué)能耗定額指標(biāo)更為合理，同時(shí)使用定額分析法得到不同類型中小學(xué)的能耗定額值。

3）通過(guò)回歸分析法得到能耗回歸模型，同時(shí)使用該模型對(duì)生均建筑面積和空調(diào)面積占比兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行修正，得到不同區(qū)段的修正系數(shù)，建立科學(xué)可行的中小學(xué)建筑能耗定額指標(biāo)體系。