文｜上海市建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司 徐 強(qiáng) 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(hù)，節(jié)能過(guò)程中應(yīng)加以足夠的重視。目前我國(guó)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(duì)公共建筑尤其是大型公共建筑用能進(jìn)行節(jié)能管理，是有效控制建筑能耗增長(zhǎng)幅度、推進(jìn)建筑節(jié)能的重要途徑之一[1]。但是目前各類(lèi)公共建筑用能標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，用能管理水平評(píng)價(jià)缺乏客觀參考，相關(guān)的激勵(lì)和約束政策也難以出臺(tái)。迫切需要通過(guò)建立用能標(biāo)準(zhǔn)即合理的用能指標(biāo)，以推動(dòng)能源管理水平的進(jìn)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(xiàng)計(jì)量等手段對(duì)公共建筑用能水平、使用效率進(jìn)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(kù)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(gè)關(guān)鍵內(nèi)容。本文通過(guò)對(duì)上海地區(qū)大型公共建筑進(jìn)行能耗調(diào)查和分析，并結(jié)合統(tǒng)計(jì)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(jì)工作自2007年起有序開(kāi)展，積累了大量建筑能耗數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可從宏觀上對(duì)本市大型公共建筑的能耗現(xiàn)狀有了深入的認(rèn)識(shí)。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(yùn)行方式、管理水平、使用者節(jié)能意識(shí)等軟件條件息息相關(guān)。為了科學(xué)地評(píng)價(jià)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(kāi)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(shí)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(shí)，基于建筑實(shí)際能耗編制的用能指標(biāo)更容易被社會(huì)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(gè)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(jìn)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(jìn)建筑節(jié)能有效、持續(xù)開(kāi)展。

因此，從現(xiàn)實(shí)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（即差值最小），并考慮對(duì)影響建筑能耗的主要因素進(jìn)行修正?；谟媚苤笜?biāo)的常用研究方法的對(duì)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(lèi)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(tái)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(shí)際過(guò)程中建筑能耗發(fā)生過(guò)程的差異性影響（主要為客觀非可控因素的差異）。為了評(píng)價(jià)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(gè)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(shí)際水平，形成某種能耗指標(biāo)。對(duì)于能耗指標(biāo)大的建筑，說(shuō)明該建筑能源利用效率低。“歸一化”方法實(shí)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。考慮到在實(shí)際中建筑能耗影響因素類(lèi)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(jì)、能源審計(jì)等方式收集得到的建筑能耗樣本數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)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(gè)自變量，為影響建筑能耗的客觀因素；βK（k =1，2，…，n）稱(chēng)為偏回歸系數(shù)，分別表示第k個(gè)自變量每變化一個(gè)單位時(shí)，因變量Y平均的增量。

為了更直觀地表示各客觀因素對(duì)建筑能耗的影響，對(duì)式（1）進(jìn)行下列變換：

通常采用單位面積建筑能耗指標(biāo)來(lái)表征建筑用能水平，即：

當(dāng)XK取值為時(shí)，對(duì)應(yīng)的為該類(lèi)建筑單位面積的建筑能耗平均值。

對(duì)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(shí)，尋求Xj在范圍內(nèi)取值，使得達(dá)到最大。此時(shí)，對(duì)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(duì)于同一類(lèi)型的建筑，其實(shí)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(shí)，考慮到在建筑用能超定額加價(jià)措施推行初期，選用寬松的用能指標(biāo)有助于該政策的實(shí)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(shí)際能耗發(fā)生的過(guò)程中，影響能耗的因素可分為兩類(lèi)：一類(lèi)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(shí)間、人員密度、氣象參數(shù)等；一類(lèi)是可控因素，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能、空調(diào)系統(tǒng)冷熱源形式、末端類(lèi)型、設(shè)備系統(tǒng)性能及運(yùn)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(guò)程中收集的項(xiàng)目包括建筑類(lèi)型、竣工時(shí)間、建筑面積、功能區(qū)域面積、建筑層數(shù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)特征、空調(diào)、照明、動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)、樓宇自控、空調(diào)運(yùn)行時(shí)間、建筑作息時(shí)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(jì)算要求，將不同類(lèi)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(jìn)本市節(jié)能減排工作，市發(fā)改委會(huì)同市質(zhì)量技監(jiān)局、市機(jī)管局、市旅游局、市商務(wù)委等部門(mén)，提出針對(duì)本市政府機(jī)關(guān)辦公建筑、星級(jí)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(duì)氣候變化重點(diǎn)工作安排（滬府發(fā)〔2011〕12號(hào)）。其中，《市級(jí)機(jī)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(shí)施；《星級(jí)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(shí)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(jí)機(jī)關(guān)辦公建筑合理用能指南》DB31/T 550、《星級(jí)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(lèi)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(jìn)值水平，如表3所示。

5 應(yīng)用案例

5.1 項(xiàng)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(shí)踐區(qū)”得到了應(yīng)用。該低碳實(shí)踐區(qū)有數(shù)百棟大型公共建筑，同時(shí)在“十二五”期間設(shè)定了明確的節(jié)能目標(biāo)，欲打造全國(guó)領(lǐng)先低碳實(shí)踐區(qū)之一。由此，該低碳實(shí)踐區(qū)建筑節(jié)能的相關(guān)管理部門(mén)需要了解該低碳實(shí)踐區(qū)的各類(lèi)既有公共建筑的用能指標(biāo)。

表3 三類(lèi)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(shí)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(dòng)一批大型公共建筑進(jìn)行節(jié)能改造提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，對(duì)推動(dòng)高能耗建筑進(jìn)行節(jié)能改造和節(jié)能運(yùn)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(shí)踐區(qū)既有公共建筑用能特點(diǎn)和節(jié)能預(yù)期目標(biāo)導(dǎo)向作用，根據(jù)建筑實(shí)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立了該低碳實(shí)踐區(qū)旅游飯店建筑和商業(yè)建筑（百貨店及購(gòu)物中心）用能指標(biāo)建議值，如表4所示。通過(guò)用能指標(biāo)建議值的作用，將該低碳實(shí)踐區(qū)旅游飯店建筑和商業(yè)建筑（百貨店及購(gòu)物中心）能耗高且節(jié)能潛力大的建筑挖掘出來(lái)，數(shù)量上旅游飯店建筑約75%的建筑需要進(jìn)行節(jié)能改造，商業(yè)建筑約71%的建筑需要進(jìn)行節(jié)能改造，再配套相關(guān)節(jié)能約束和激勵(lì)政策的實(shí)施，該低碳實(shí)踐區(qū)“十二五”節(jié)能目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。

相比本市三類(lèi)建筑用能指標(biāo)要求，該低碳實(shí)踐區(qū)五星級(jí)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(jìn)值（55kgce/（m2?a））之間；四星級(jí)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(jìn)值（48kgce/（m2?a））小 ；一至三星級(jí)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(jìn)值（41kgce/m2?a）小。商業(yè)建筑（百貨店及購(gòu)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(jìn)值 65kgce/（m2?a）之間。由此看出，相比本市三類(lèi)建筑的用能指標(biāo)要求，該低碳實(shí)踐區(qū)節(jié)能目標(biāo)更高，節(jié)能力度更大。

表4 某低碳實(shí)踐區(qū)建筑用能指標(biāo)建議值

6 結(jié)束語(yǔ)

本文基于大量的建筑能耗調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究制定三類(lèi)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(lèi)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(shí)際用能狀況和特點(diǎn)，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(shí)踐區(qū)得到了應(yīng)用印證，這對(duì)促進(jìn)本市大型公共建筑節(jié)能減排工作和低碳實(shí)踐區(qū)建設(shè)將發(fā)揮重要的作用。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對(duì)大型公共建筑用能指標(biāo)的科學(xué)性、合理性進(jìn)行檢驗(yàn)，使得建筑用能指標(biāo)體系更趨完善，為本市進(jìn)一步制定建筑用能定額標(biāo)準(zhǔn)、推進(jìn)建筑用能標(biāo)準(zhǔn)化管理提供科學(xué)依據(jù)，有力推動(dòng)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(guó)建筑節(jié)能2008年度發(fā)展研究報(bào)告[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008

2 莊智，徐強(qiáng).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