上海市大型公共建筑用能指标研究与实践

文｜上海市建筑科学研究院（集团）有限公司 徐 强 庄 智 张蓓红 蒋友娣

1 引言

大型公共建筑是公共建筑中的耗能大户，节能过程中应加以足够的重视。目前我国有5亿平方米左右的大型公共建筑，其耗电量为 70 ～ 300kWh/（m2•a），为住宅的 10 ～20倍，是建筑能源消耗的高密度领域，消耗民用建筑总用电量的30%以上。对公共建筑尤其是大型公共建筑用能进行节能管理，是有效控制建筑能耗增长幅度、推进建筑节能的重要途径之一[1]。但是目前各类公共建筑用能标准尚未建立，用能管理水平评价缺乏客观参考，相关的激励和约束政策也难以出台。迫切需要通过建立用能标准即合理的用能指标，以推动能源管理水平的进一步提高。

公共建筑用能指标是在采用能源调查或分项计量等手段对公共建筑用能水平、使用效率进行客观考察和定量分析的基础上，采用科学的方法确定合理的建筑能源消耗水平，作为衡量建筑能源管理水平的基准。建立丰富、完善的建筑能耗数据库和选择合理的建筑能耗数据分析方法，是制定公共建筑用能指标的两个关键内容。本文通过对上海地区大型公共建筑进行能耗调查和分析，并结合统计学方法，研究确定政府办公建筑、旅游饭店建筑、商业建筑的合理用能指标，并在此基础上形成相关地方标准。

2 大型公共建筑能源调查概况

上海地区民用建筑能耗统计工作自2007年起有序开展，积累了大量建筑能耗数据。通过对能耗统计数据进行分析，可从宏观上对本市大型公共建筑的能耗现状有了深入的认识。然而，大型公共建筑能源消耗情况非常复杂，影响建筑能耗的因素繁多。建筑的用能水平除受自身热工特征、设备系统性能等硬件条件影响外，还与运行方式、管理水平、使用者节能意识等软件条件息息相关。为了科学地评价和判断大型公共建筑用能水平的合理性，仍需要深入调查分析，收集更为详细的记录和参数。为此，课题组开展了大量的公共建筑能源调查工作，如表1所示。

3 大型公共建筑用能指标研究方法

3.1 用能指标研究方法

文献2给出了公共建筑制定用能指标时的一些考虑：首先，目前建筑能耗模拟技术仍很难准确地描述现实，基于建筑实际能耗编制的用能指标更容易被社会各界接受和认可；其次，公共建筑用能指标的制定应考虑到建筑个体用能之间差异性的影响，保证大多数建筑能耗水平低于或接近控制线，体现合理性要求；最后，公共建筑用能指标制定应体现先进性要求，能够遴选能耗水平高、用能不合理的建筑，这样才能促进建筑节能有效、持续开展。

因此，从现实状态出发，建筑合理用能指标就是寻求某一用能指标使其尽可能地接近大多数建筑的用能水平（即差值最小），并考虑对影响建筑能耗的主要因素进行修正。基于用能指标的常用研究方法的对比分析结果，本文选取归一化法作为上海地区大型公共建筑用能指标的确定方法，并在此基础上研究得到了各类大型公共建筑（政府办公建筑、旅游饭店建筑和商业建筑）的合理用能指标，作为政府出台相关标准的重要依据。

3.2 归一化法

从“用能合理性”的原则出发，考虑到在实际过程中建筑能耗发生过程的差异性影响（主要为客观非可控因素的差异）。为了评价建筑能耗水平的合理性，在理想情况下需要将影响建筑能耗各个客观因素值置于同一水平线（即“归一化”处理）的基础上，可控因素取当前实际水平，形成某种能耗指标。对于能耗指标大的建筑，说明该建筑能源利用效率低。“归一化”方法实际上是有选择性的把部分能耗影响因素的作用消除，从而使其余因素的作用充分显现在能耗指标中的方法。考虑到在实际中建筑能耗影响因素类型繁多、数据获取的难易及准确性等客观约束，在分析中选用便于获得的、重要的影响因素。

为了获取“归一化”的建筑能耗指标，需要根据建筑能耗调查样本数据，采取有效的数学方法建立建筑能耗指标模型。基于建筑能耗统计、能源审计等方式收集得到的建筑能耗样本数据，采用统计学中的多元线性回归分析理论，建立如下建筑用能指标模型：

式中，Y代表因变量，为建筑能耗；Xk（k=1，2，…n）代表k个自变量，为影响建筑能耗的客观因素；βK（k =1，2，…，n）称为偏回归系数，分别表示第k个自变量每变化一个单位时，因变量Y平均的增量。

为了更直观地表示各客观因素对建筑能耗的影响，对式（1）进行下列变换：

通常采用单位面积建筑能耗指标来表征建筑用能水平，即：

当XK取值为时，对应的为该类建筑单位面积的建筑能耗平均值。

对于任一影响建筑能耗的客观因素Xj，当其他客观因素取值为样本平均值时，寻求Xj在范围内取值，使得达到最大。此时，对应的与的差值与的比值定义为因素Xj的能耗指标修正系数Cj，即：

对于同一类型的建筑，其实际用能水平不应高于客观因素修正后的最大单位建筑面积能耗值Eb。同时，考虑到在建筑用能超定额加价措施推行初期，选用宽松的用能指标有助于该政策的实施推行，故可选取EUIb作为“单位面积建筑用能指标”。

3.3 建筑能耗影响因素的选取

在建筑实际能耗发生的过程中，影响能耗的因素可分为两类：一类是非可控的客观因素（不以节能的意愿而转移），包括建筑规模、使用时间、人员密度、气象参数等；一类是可控因素，包括围护结构性能、空调系统冷热源形式、末端类型、设备系统性能及运行控制策略等。在建筑能耗研究中主要考虑的是非可控因素即客观因素的影响。

在建筑能源调查过程中收集的项目包括建筑类型、竣工时间、建筑面积、功能区域面积、建筑层数、围护结构特征、空调、照明、动力系统参数、楼宇自控、空调运行时间、建筑作息时间、建筑用电量及油气消耗量、特殊功能设备情况等。由于所有建筑均在上海，从而忽略室外气候对建筑能耗的影响。根据归一化法的计算要求，将不同类型建筑能耗的客观因素与建筑能耗一起引入建筑能耗模型，并从中筛选出主要的影响因素，如表2所示。

4 大型公共建筑用能指标研究结果

4.1 相关标准概况

2011年初，为加快推进本市节能减排工作，市发改委会同市质量技监局、市机管局、市旅游局、市商务委等部门，提出针对本市政府机关办公建筑、星级饭店建筑和大型商业建筑编制用能指南，并列入了上海市2011年节能减排和应对气候变化重点工作安排（沪府发〔2011〕12号）。其中，《市级机关办公建筑合理用能指南》DB31/T 550于2011年6月经市质量技监局批准发布，于2011年9月1日起实施；《星级饭店建筑合理用能指南》DB31/T 551和《大型商业建筑合理用能指南》DB31/T 552均于2011年12月经市质量技监局批准发布，将于2012年6月1日起实施。

表2 基于归一化法制定的建筑用能指标主要影响因素

4.2 大型公共建筑用能指标要求

《市级机关办公建筑合理用能指南》DB31/T 550、《星级饭店建筑合理用能指南》DB31/T 551和《大型商业建筑合理用能指南》DB31/T 552的核心内容作为制定不同类型公共建筑的用能指标要求，规定了单位建筑面积年综合能耗的合理值水平和先进值水平，如表3所示。

5 应用案例

5.1 项目概况

本文研究得出的大型公共建筑用能指标制定的方法在“本市某低碳实践区”得到了应用。该低碳实践区有数百栋大型公共建筑，同时在“十二五”期间设定了明确的节能目标，欲打造全国领先低碳实践区之一。由此，该低碳实践区建筑节能的相关管理部门需要了解该低碳实践区的各类既有公共建筑的用能指标。

表3 三类建筑用能指标要求

5.2 用能指标作用

基于该用能指标，可判断该低碳实践区既有公共建筑中哪些楼宇具有节能力空间，为政府制定相关政策以及推动一批大型公共建筑进行节能改造提供科学依据和数据支撑，对推动高能耗建筑进行节能改造和节能运行管理，从而达到预期的节能目标。

5.3 用能指标建立

基于该低碳实践区既有公共建筑用能特点和节能预期目标导向作用，根据建筑实际能耗数据和建筑主要影响因素，本文采用大型公共建筑用能指标研究的方法进行统计分析，建立了该低碳实践区旅游饭店建筑和商业建筑（百货店及购物中心）用能指标建议值，如表4所示。通过用能指标建议值的作用，将该低碳实践区旅游饭店建筑和商业建筑（百货店及购物中心）能耗高且节能潜力大的建筑挖掘出来，数量上旅游饭店建筑约75%的建筑需要进行节能改造，商业建筑约71%的建筑需要进行节能改造，再配套相关节能约束和激励政策的实施，该低碳实践区“十二五”节能目标是可以实现的。

相比本市三类建筑用能指标要求，该低碳实践区五星级饭店用能指标建议值为66kgce/（m2•a），处于本市用能指标要求的合理值（77kgce/（m2•a））和先进值（55kgce/（m2•a））之间；四星级饭店用能指标建议值为 44kgce/（m2•a），比本市用能指标要求的先进值（48kgce/（m2•a））小 ；一至三星级饭店用能指标建议值为32kgce/（m2•a），也比本市用能指标要求的先进值（41kgce/m2•a）小。商业建筑（百货店及购物中心）用能指标建议值为 71kgce/（m2•a），处于本市用能指标要求的合理值90kgce/（m2•a）和先进值 65kgce/（m2•a）之间。由此看出，相比本市三类建筑的用能指标要求，该低碳实践区节能目标更高，节能力度更大。

表4 某低碳实践区建筑用能指标建议值

6 结束语

本文基于大量的建筑能耗调查统计数据，采用统计学方法研究制定三类公共建筑，即政府办公建筑、旅游饭店建筑和商业建筑的用能指标，指标的制定综合考虑了各种类型的公共建筑能耗主要影响因素，研究结果符合本市大型公共建筑的实际用能状况和特点，已形成相关地方标准，并将本文用能指标研究方法在本市某低碳实践区得到了应用印证，这对促进本市大型公共建筑节能减排工作和低碳实践区建设将发挥重要的作用。通过标准的实施，对大型公共建筑用能指标的科学性、合理性进行检验，使得建筑用能指标体系更趋完善，为本市进一步制定建筑用能定额标准、推进建筑用能标准化管理提供科学依据，有力推动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 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能2008年度发展研究报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2008

2 庄智，徐强.公共建筑用能定额研究现状及思考[J].城市发展研究，2010（1）:388-391