上海市大型公共建筑用能指標研究與實踐

文｜上海市建筑科學研究院（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，節能過程中應加以足夠的重視。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能管理，是有效控制建筑能耗增長幅度、推進建筑節能的重要途徑之一[1]。但是目前各類公共建筑用能標準尚未建立，用能管理水平評價缺乏客觀參考，相關的激勵和約束政策也難以出臺。迫切需要通過建立用能標準即合理的用能指標，以推動能源管理水平的進一步提高。

公共建筑用能指標是在采用能源調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上，采用科學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。建立豐富、完善的建筑能耗數據庫和選擇合理的建筑能耗數據分析方法，是制定公共建筑用能指標的兩個關鍵內容。本文通過對上海地區大型公共建筑進行能耗調查和分析，并結合統計學方法，研究確定政府辦公建筑、旅游飯店建筑、商業建筑的合理用能指標，并在此基礎上形成相關地方標準。

2 大型公共建筑能源調查概況

上海地區民用建筑能耗統計工作自2007年起有序開展，積累了大量建筑能耗數據。通過對能耗統計數據進行分析，可從宏觀上對本市大型公共建筑的能耗現狀有了深入的認識。然而，大型公共建筑能源消耗情況非常復雜，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、設備系統性能等硬件條件影響外，還與運行方式、管理水平、使用者節能意識等軟件條件息息相關。為了科學地評價和判斷大型公共建筑用能水平的合理性，仍需要深入調查分析，收集更為詳細的記錄和參數。為此，課題組開展了大量的公共建筑能源調查工作，如表1所示。

3 大型公共建筑用能指標研究方法

3.1 用能指標研究方法

文獻2給出了公共建筑制定用能指標時的一些考慮：首先，目前建筑能耗模擬技術仍很難準確地描述現實，基于建筑實際能耗編制的用能指標更容易被社會各界接受和認可；其次，公共建筑用能指標的制定應考慮到建筑個體用能之間差異性的影響，保證大多數建筑能耗水平低于或接近控制線，體現合理性要求；最后，公共建筑用能指標制定應體現先進性要求，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能有效、持續開展。

因此，從現實狀態出發，建筑合理用能指標就是尋求某一用能指標使其盡可能地接近大多數建筑的用能水平（即差值最小），并考慮對影響建筑能耗的主要因素進行修正。基于用能指標的常用研究方法的對比分析結果，本文選取歸一化法作為上海地區大型公共建筑用能指標的確定方法，并在此基礎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建筑）的合理用能指標，作為政府出臺相關標準的重要依據。

3.2 歸一化法

從“用能合理性”的原則出發，考慮到在實際過程中建筑能耗發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）的基礎上，可控因素取當前實際水平，形成某種能耗指標。對于能耗指標大的建筑，說明該建筑能源利用效率低。“歸一化”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在能耗指標中的方法。考慮到在實際中建筑能耗影響因素類型繁多、數據獲取的難易及準確性等客觀約束，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，需要根據建筑能耗調查樣本數據，采取有效的數學方法建立建筑能耗指標模型。基于建筑能耗統計、能源審計等方式收集得到的建筑能耗樣本數據，采用統計學中的多元線性回歸分析理論，建立如下建筑用能指標模型：

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，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來表征建筑用能水平，即：

當XK取值為時，對應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，當其他客觀因素取值為樣本平均值時，尋求Xj在范圍內取值，使得達到最大。此時，對應的與的差值與的比值定義為因素Xj的能耗指標修正系數Cj，即：

對于同一類型的建筑，其實際用能水平不應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”。

3.3 建筑能耗影響因素的選取

在建筑實際能耗發生的過程中，影響能耗的因素可分為兩類：一類是非可控的客觀因素（不以節能的意愿而轉移），包括建筑規模、使用時間、人員密度、氣象參數等；一類是可控因素，包括圍護結構性能、空調系統冷熱源形式、末端類型、設備系統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、功能區域面積、建筑層數、圍護結構特征、空調、照明、動力系統參數、樓宇自控、空調運行時間、建筑作息時間、建筑用電量及油氣消耗量、特殊功能設備情況等。由于所有建筑均在上海，從而忽略室外氣候對建筑能耗的影響。根據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研究結果

4.1 相關標準概況

2011年初，為加快推進本市節能減排工作，市發改委會同市質量技監局、市機管局、市旅游局、市商務委等部門，提出針對本市政府機關辦公建筑、星級飯店建筑和大型商業建筑編制用能指南，并列入了上海市2011年節能減排和應對氣候變化重點工作安排（滬府發〔2011〕12號）。其中，《市級機關辦公建筑合理用能指南》DB31/T 550于2011年6月經市質量技監局批準發布，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《大型商業建筑合理用能指南》DB31/T 552均于2011年12月經市質量技監局批準發布，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主要影響因素

4.2 大型公共建筑用能指標要求

《市級機關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《大型商業建筑合理用能指南》DB31/T 552的核心內容作為制定不同類型公共建筑的用能指標要求，規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制定的方法在“本市某低碳實踐區”得到了應用。該低碳實踐區有數百棟大型公共建筑，同時在“十二五”期間設定了明確的節能目標，欲打造全國領先低碳實踐區之一。由此，該低碳實踐區建筑節能的相關管理部門需要了解該低碳實踐區的各類既有公共建筑的用能指標。

表3 三類建筑用能指標要求

5.2 用能指標作用

基于該用能指標，可判斷該低碳實踐區既有公共建筑中哪些樓宇具有節能力空間，為政府制定相關政策以及推動一批大型公共建筑進行節能改造提供科學依據和數據支撐，對推動高能耗建筑進行節能改造和節能運行管理，從而達到預期的節能目標。

5.3 用能指標建立

基于該低碳實踐區既有公共建筑用能特點和節能預期目標導向作用，根據建筑實際能耗數據和建筑主要影響因素，本文采用大型公共建筑用能指標研究的方法進行統計分析，建立了該低碳實踐區旅游飯店建筑和商業建筑（百貨店及購物中心）用能指標建議值，如表4所示。通過用能指標建議值的作用，將該低碳實踐區旅游飯店建筑和商業建筑（百貨店及購物中心）能耗高且節能潛力大的建筑挖掘出來，數量上旅游飯店建筑約75%的建筑需要進行節能改造，商業建筑約71%的建筑需要進行節能改造，再配套相關節能約束和激勵政策的實施，該低碳實踐區“十二五”節能目標是可以實現的。

相比本市三類建筑用能指標要求，該低碳實踐區五星級飯店用能指標建議值為66kgce/（m2?a），處于本市用能指標要求的合理值（77kgce/（m2?a））和先進值（55kgce/（m2?a））之間；四星級飯店用能指標建議值為 44kgce/（m2?a），比本市用能指標要求的先進值（48kgce/（m2?a））小 ；一至三星級飯店用能指標建議值為32kgce/（m2?a），也比本市用能指標要求的先進值（41kgce/m2?a）小。商業建筑（百貨店及購物中心）用能指標建議值為 71kgce/（m2?a），處于本市用能指標要求的合理值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要求，該低碳實踐區節能目標更高，節能力度更大。

表4 某低碳實踐區建筑用能指標建議值

6 結束語

本文基于大量的建筑能耗調查統計數據，采用統計學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建筑的用能指標，指標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，已形成相關地方標準，并將本文用能指標研究方法在本市某低碳實踐區得到了應用印證，這對促進本市大型公共建筑節能減排工作和低碳實踐區建設將發揮重要的作用。通過標準的實施，對大型公共建筑用能指標的科學性、合理性進行檢驗，使得建筑用能指標體系更趨完善，為本市進一步制定建筑用能定額標準、推進建筑用能標準化管理提供科學依據，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 清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能2008年度發展研究報告[M].北京：中國建筑工業出版社，2008

2 莊智，徐強.公共建筑用能定額研究現狀及思考[J].城市發展研究，2010（1）:388-391