吳蔚沁徐強(qiáng)馮君徐雯嫻支建杰

1.上海市建筑科學(xué)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

黨的“十九大”明確指出，中國特色社會主義進(jìn)入新時(shí)代，要堅(jiān)定不移貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，加快實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，大力提升發(fā)展質(zhì)量和效益。我國已將碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型?！渡虾Ｊ袊窠?jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中明確提出，實(shí)施能源消費(fèi)總量和強(qiáng)度雙控，確保在2025年前實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰[1]。2020年，上海市進(jìn)一步加強(qiáng)了公共建筑能耗監(jiān)測與能效提升工作的監(jiān)督管理，不斷提升能耗監(jiān)測平臺運(yùn)行品質(zhì)、創(chuàng)新平臺數(shù)據(jù)應(yīng)用，持續(xù)推動上海市公共建筑節(jié)能發(fā)展。

本文基于上海市國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測平臺（以下簡稱“能耗監(jiān)測平臺”）數(shù)據(jù)，從不同角度分析上海市公共建筑用能現(xiàn)狀和發(fā)展變化趨勢，為樓宇節(jié)能、機(jī)構(gòu)研究、政府決策提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

1 上海市能耗監(jiān)測平臺發(fā)展規(guī)模

至2020年12月31日，上海市累計(jì)共有2 017棟公共建筑完成用能分項(xiàng)計(jì)量裝置的安裝并實(shí)現(xiàn)與能耗監(jiān)測平臺的數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，覆蓋建筑面積9 208.3萬m2，其中國家機(jī)關(guān)辦公建筑200棟，占監(jiān)測總量的9.9%，覆蓋建筑面積369.2萬m2；大型公共建筑1 817棟，占監(jiān)測總量的90.1%，覆蓋建筑面積8 839.1萬m2。按建筑功能分類統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

表1 2020年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的各類型公共建筑分布情況

“十三五”期間，能耗監(jiān)測平臺新增聯(lián)網(wǎng)建筑共計(jì)729棟，新增建筑面積近3 500萬m2，大型公共建筑單體平均面積約為4.6萬m2。

2 上海市公共建筑能耗總體情況分析

2020年，與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的公共建筑年總用電量約為85.5億kWh，按《上海市溫室氣體排放核算與報(bào)告指南（試行）》（SH/MRV-001-2012）中電力排放因子7.88 t CO2/104kWh計(jì)算[2]，折合碳排放量約673.7萬t CO2。按不同類型建筑分別統(tǒng)計(jì)，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82.3%。各類型建筑年總用電量占比如圖1所示。

圖1 2020年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的建筑年用電量占比情況

2020年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的公共建筑逐月用電強(qiáng)度如圖2所示。通過與2019年同期數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析可以發(fā)現(xiàn)兩個特點(diǎn)：一是兩年的建筑逐月用電強(qiáng)度變化情況與氣溫變化趨勢相符，如2020年8月平均溫度高于2019年同期，對應(yīng)8月能耗明顯高于同期，夏季隨著氣溫不斷升高，空調(diào)制冷需求逐漸增大，導(dǎo)致用電量也逐漸增加，同時(shí)冬季隨著氣溫不斷降低，空調(diào)采暖需求逐漸增大，用電量也逐漸增加；二是受疫情期間建筑內(nèi)運(yùn)行時(shí)長縮短及人流減少等因素影響，2020年1-4月份的建筑能耗情況明顯低于2019年同期，但隨著國內(nèi)復(fù)工復(fù)產(chǎn)的推進(jìn)以及疫情得到有效控制，5月份開始，能耗水平有了明顯增長，基本恢復(fù)至上年同期相近水平。

圖2 2019-2020年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的建筑逐月用電強(qiáng)度

根據(jù)上海市氣候變化規(guī)律及生活用能習(xí)慣，本文設(shè)定1、2、3、12月份為供熱季，4、5、10、11月份為過渡季，6、7、8、9月份為制冷季來進(jìn)行分析。

2020年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的建筑供熱季用電量為24.4億kWh（26.5 kWh/m2），過渡季用電量為24.0億kWh（26.1 kWh/m2），制冷季用電量為37.0億kWh（40.2 kWh/m2），制冷季用電量最高，約為過渡季的1.5倍，而供熱季用電與過渡季用電基本持平。經(jīng)綜合分析，與供熱季正值疫情暴發(fā)期，大量公共建筑停止運(yùn)營或關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)有關(guān)，導(dǎo)致2020年制熱季用電量明顯偏低（見圖3）。

圖3 2020年公共建筑供熱季、過渡季、制冷季用電量情況

各主要用能分項(xiàng)在供熱季、過渡季、制冷季用電量情況如圖4所示。從圖中可以看出以下兩個特點(diǎn)：一是空調(diào)分項(xiàng)用電量在三個工況季的變化明顯，體現(xiàn)了空調(diào)用電的季節(jié)性；二是動力用電、特殊用電分項(xiàng)在三個工況季的用電量基本保持不變，全年用電量也比較穩(wěn)定，體現(xiàn)了這些分項(xiàng)用電的非季節(jié)性。照明與插座用電在供熱與制冷季略高于過渡季，這是由于實(shí)際工程中，仍存在部分空調(diào)末端插座能耗被計(jì)入照明插座分項(xiàng)中的現(xiàn)象。

圖4 2020年公共建筑主要用能分項(xiàng)在供熱季、過渡季、制冷季用電量情況

3 主要類型公共建筑能耗情況分析

3.1 用電強(qiáng)度情況

2020年，與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的各類公共建筑逐月用電強(qiáng)度如表2所示，年度用電強(qiáng)度情況如圖5所示。文化建筑、體育建筑和其它建筑因上傳數(shù)據(jù)樣本量有限，用電量數(shù)據(jù)僅供參考。從圖表中可以看出，醫(yī)療衛(wèi)生建筑和商場建筑用電強(qiáng)度明顯高于其余類型公共建筑，這與其服務(wù)量有一定關(guān)系，兩者都具有大人流量的特性。

表2 2020年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的各類型建筑逐月用電強(qiáng)度

圖5 2020年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的各類型公共建筑年用電強(qiáng)度情況

2020年主要類型公共建筑在供熱季、過渡季、制冷季的用電強(qiáng)度如圖6所示。從圖中可以看出，所有類型建筑均表現(xiàn)出制冷季用電強(qiáng)度最高的特征。就供熱季和過渡季而言，國家機(jī)關(guān)辦公建筑在供熱季的用能強(qiáng)度明顯高于過渡季，與疫情期間，政府部門仍正常運(yùn)作息息相關(guān)，其它類型建筑供熱季用電強(qiáng)度與過渡季基本持平甚至略低于過渡季，除去疫情影響外，也與部分建筑冬季采用燃?xì)獾确请娔茉床膳嘘P(guān)。

圖6 2020年主要類型公共建筑在供熱季、過渡季、制冷季用電量情況

3.2 分項(xiàng)用電情況

主要類型建筑2020年分項(xiàng)用電占比情況如圖7所示，可以發(fā)現(xiàn)照明與插座用電、空調(diào)用電為主要用電分項(xiàng)，各類型建筑這兩項(xiàng)之和均超過70%。其中，空調(diào)用電占比最高的為醫(yī)療衛(wèi)生建筑，這是由于其人員流密度、室內(nèi)空氣質(zhì)量要求所導(dǎo)致的全年制冷采暖需求高于其它類型建筑。照明與插座用電占比較高的為辦公建筑、商場建筑，辦公類建筑主要由于除照明用電外，其辦公設(shè)備插座用電也較多。商場類建筑主要由于營業(yè)環(huán)境需求，照明功率密度一般高于其它類型建筑。

圖7 2020年主要類型建筑分項(xiàng)用電量占比情況

3.3 工作日與節(jié)假日用電情況

在2020年制冷季、過渡季、供暖季中分別選取一個自然月，計(jì)算典型類型建筑工作日與節(jié)假日單位面積日平均用電量，并計(jì)算兩者之間的差異率，如表3所示。國家機(jī)關(guān)辦公建筑與辦公建筑工作日用電量大于節(jié)假日，且差異較大，尤其在需要開空調(diào)的制冷季及供暖季，差異率可在60%~90%，體現(xiàn)了辦公類建筑的用電周期性。旅游飯店建筑、商場建筑工作日與節(jié)假日用電量差異較小，體現(xiàn)了商業(yè)建筑的連續(xù)營業(yè)特性。醫(yī)療衛(wèi)生建筑工作日用電量略多于非工作日，但相比于辦公建筑，其差異率明顯較小，且在不同季節(jié)差異率基本一致，反映了醫(yī)療類建筑運(yùn)營的特殊性，節(jié)假日仍有部分區(qū)域持續(xù)運(yùn)營（如急診、病房、周六門診等）。

表3 2020年工作日與節(jié)假日主要類型建筑用電量差異情況

3.4 峰谷用電情況

根據(jù)相關(guān)報(bào)道，2020年全上海市最高用電負(fù)荷為3 311萬kW，出現(xiàn)在8月14日12∶45[3]，因此取該日逐時(shí)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行峰谷用電情況分析。2020年8月14日與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的公共建筑峰時(shí)段用電總量與谷時(shí)段用電總量比值如表4所示。主要類型公共建筑峰時(shí)、谷時(shí)、平時(shí)用電量情況如圖8所示。從圖表可以看出，商場建筑谷時(shí)用電量占比最少，因此峰谷比最高，說明其具有較強(qiáng)的削峰填谷潛力。旅游飯店建筑、醫(yī)療衛(wèi)生建筑峰時(shí)、谷時(shí)、平時(shí)用電量較為均衡，與其24 h運(yùn)營特性有關(guān)。根據(jù)能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，公共建筑低谷用電均出現(xiàn)在凌晨時(shí)段，從而可通過儲電、冰蓄冷等儲能技術(shù)將日間用電轉(zhuǎn)換到夜間，達(dá)到削峰填谷的作用。

圖8 2020年8月14日主要類型公共建筑峰時(shí)、谷時(shí)、平時(shí)用電量占比

表4 2020年8月14日與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的公共建筑峰谷比情況

4 “十三五”期間公共建筑能耗情況分析

“十三五”期間能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)建筑的年總用電量與用電強(qiáng)度變化情況體現(xiàn)出兩個特點(diǎn)：一是2020年全年的用電強(qiáng)度即單位面積用電量受疫情影響，單位面積年平均用電量為93 kWh/m2，雖不具有代表性，但呈下降趨勢，仍符合近三年公共建筑用電強(qiáng)度下降的預(yù)期，如圖9所示；二是由于聯(lián)網(wǎng)建筑總量不斷增加，公共建筑用電總量逐年遞增，但用電強(qiáng)度呈平緩波動態(tài)勢，無明顯的增長趨勢，這與上海市在能耗監(jiān)測、能源審計(jì)、節(jié)能改造、能效提升等監(jiān)管工作的持續(xù)推進(jìn)以及廣大樓宇業(yè)主節(jié)能意識的提高不無關(guān)系。

圖9 2016-2020年與能耗監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)的建筑歷年用電量變化情況

“十三五”期間，主要類型建筑用電強(qiáng)度變化情況如圖10所示。除2020年因?yàn)橐咔橛绊憣?dǎo)致用電情況有異，其它幾年用電強(qiáng)度主要受氣溫影響出現(xiàn)波動，但總體無明顯增長趨勢，說明“十三五”期間，各主要類型公共建筑單耗均得到了較有效的控制。

圖10 2016-2020年主要類型建筑單位面積年平均用電量變化情況

5 能耗監(jiān)測平臺未來發(fā)展與展望

能耗監(jiān)測平臺自2010年開始建設(shè)以來，已歷時(shí)10年，累積了大量公共建筑運(yùn)行能耗數(shù)據(jù)，并持續(xù)深入地開展基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的技術(shù)創(chuàng)新、專項(xiàng)研發(fā)及應(yīng)用研究，在推進(jìn)上海市公共建筑節(jié)能工作中發(fā)揮了重要作用。未來，在“一網(wǎng)統(tǒng)管”的大背景下，結(jié)合建筑節(jié)能和綠色建筑管理需求以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展方向，能耗監(jiān)測平臺需要進(jìn)一步升級改造。在上海市建筑能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與高度整合的基礎(chǔ)上，精準(zhǔn)識別公共建筑能效提升、建筑碳排放全過程監(jiān)管、城市能源安全保障、樓宇精細(xì)化運(yùn)行管理的細(xì)分需求，深入挖掘多維度、多層次能耗數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值，引入先進(jìn)可靠、安全適用的新一代信息技術(shù)，對能耗監(jiān)測平臺實(shí)施技術(shù)架構(gòu)、功能、界面的全面升級改造，建成服務(wù)功能更強(qiáng)、用戶體驗(yàn)更優(yōu)、數(shù)據(jù)應(yīng)用更智能、開發(fā)技術(shù)自主可控的建筑能耗監(jiān)測新平臺，為城市綠色可持續(xù)發(fā)展提供重要的技術(shù)支撐。