内蒙古公共机构能耗定额中与气候相关的区域划分研究

张维化，师 磊

(1.内蒙古财经大学 职业学院，内蒙古 呼和浩特 010070；2.内蒙古财经大学 大数据服务中心，内蒙古 呼和浩特 010070)

一、公共机构能耗定额

(一)能耗定额与公共机构能耗定额

能耗定额指在一定技术与组织条件下，为生产某单位产品或完成某项任务所必须消耗的能源数量标准[1]。能耗定额是社会生产中能耗管控的重要措施。公共机构能耗定额是能耗定额概念在公共机构节能降耗工作中的延伸与应用。公共机构能耗定额是指适用于某行政辖区内全部或者部分使用财政性资金的国家机关、事业单位和团体组织在运行阶段能耗的计算、评价、考核、节能量交易、信息机房电源使用效率及对新建项目的能耗管控的能耗定额[2]。公共机构能耗定额标准是用于公共机构节能评价考核的标准。

(二)公共机构能耗定额的意义

公共机构能耗定额工作是国家“十三五”节能减排、“十四五”转变公共机构节能目标管理方式的重要组成部分，它能从源头上降低全国公共机构能源消耗，提高能源利用效率，减少能源消费支出。公共机构节能工作将为社会节能起到良好的示范作用，产生巨大的社会效益。内蒙古公共机构能耗定额工作是全国各省(市、自治区)公共机构能耗定额工作中的重要组成部分。内蒙古公共机构能耗定额标准为制定自治区公共机构用能计划提供可靠依据，具有重要意义。

(三)公共机构能耗定额中区域划分的必要性

公共机构能耗定额中，区域划分是能耗定额的关键，关系着公共机构能耗综合评定体系的公正与合理。区域划分的主要目的是解决不同区域之间存在的差异。如果不进行区域划分，则有失公允。例如，在同一标准下，两个有明显区域差别特征的同类型单位(呼伦贝尔的小学和呼和浩特的小学)进行比较时，就会导致衡量结果有失公正和合理。尤其内蒙古地区各区域气候特征不同，差别明显，因此在标准衡量中，必须采用合理的区域划分来保证标准的公正性。

(四)公共机构能耗定额中区域划分的多样性

目前全国各省(市、自治区)公共机构能耗定额工作均采用了区域划分的方法。但没有统一的具体划分方法，各省(市、自治区)有各自的做法。从国家机关事务管理局关于公共机构能耗定额的指导文件来看，国家仅指示了需要按照气候区域选取定额标准，气候区域也只粗略的划为严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区几大类，并未规定更细的气候划分方法与详细分类[3]。在标准的制定中，各省(市、自治区)也都按照自己的方法对气候区域进行细节划分。如黑龙江按不同的寒冷程度，将严寒区划分为两个部分；海南省按城市特征和地理环境将海南省划分为四个区域部分。在气候方面，内蒙古自治区涵盖高原、山地、丘陵、平原、沙漠、河流、湖泊等多种不同的气候类型，情况尤为复杂。因此内蒙古公共机构能耗定额区域划分工作中需要寻找合理的区域划分方法。

二、内蒙古公共机构能耗定额中区域划分的关键因素

(一)区域划分的精度取舍

从理论上讲，内蒙古公共机构能耗定额中区域划分精度越细，选取的区域粒度(样本区域的范围，如：盟市级粒度，旗县级粒度)越小，标准越贴近当前的现实情况。但实际上区域划分越细，标准越多，具体执行的时候可能因为客观条件不具备而无法执行。

(二)区域划分的可执行性

除精度外，在区域划分当中，还要考虑到公共机构能耗定额标准的可执行性，即区域划分后不会因为行政区划分不同而影响标准正常执行。

(三)区域划分中的气候特点

按气候因素对内蒙古自治区进行区域划分,需要考虑内蒙古自治区的不同区域气候特征对内蒙古公共机构能耗的影响。内蒙古自治区地处中国北疆，呈狭长形，横跨多个经度，不同区域气候差别明显(如兴安盟和阿拉善盟)。不同的气候类型对能耗的影响也不相同。

(四)区域划分方法的探索

目前尚未有适合内蒙古自治区公共机构能耗定额的区域划分法。由前述可知，国家对于公共机构能耗按气候区域进行划分只做了粗略性指导，而各省(市、自治区)公共机构能耗定额区域划分目前还没有统一方法。

可参考的其他领域区域划分方法与自治区公共机构能耗定额的区域划分法关注点不同。由于目前尚无统一区域划分方法。其他省(市、自治区)公共机构能耗定额区域划分时最常参考的是以气候温度划分区域的方法(以下简称温度区划分法)。但温度区划分法主要针对的是户外工农业生产。关注点主要是室外温度对农作物生长的影响。

从内蒙古公共机构能源使用状况汇总数据来看，采暖能耗占总能耗的一半以上。参考温度区划分法时自治区公共机构能耗定额区域划分法应主要关注室外温度对能耗结构的影响。

由此，可以得出一种温度区域划分的方法，通过选取不同区域的室外温度Ti(i代表不同的区域)，可得到区域i全年日最高温度小于该室外温度Ti的天数Di。然后寻求并验证天数Di与区域i对应的公共机构能耗Ei的相关性。最终得到与能耗相关性最高的室外温度。将这些天数作为特征值带入聚类算法进行区域划分，然后根据行政区域再进行微调。

三、内蒙古公共机构能耗定额的区域划分方法研究

(一)研究数据

本研究的参考数据是内蒙古自治区公共机构能耗数据和内蒙古自治区各盟市旗县的气候数据。

1.能耗数据部分。能耗数据主要源自内蒙古机关事务管理局，是内蒙古机关事务管理局整理2016至2019年内蒙古2万多家公共机构单位能源使用状况统计报表后得来的汇总表(对此表有兴趣者可联系本文作者)。此处仅展示经过数据清洗和综合后的部分表中数据项(见表1)。

2.气候数据部分。气候数据主要来自内蒙古气象局119个气象台站，涵盖内蒙古103个旗县12个盟市的气象数据，从爬虫工具中得到了23万多条关于2010年以来各地区的温度数据。在气象数据的清洗中，剔除了城镇区域以外的温度数据。清洗后的温度气候数据由各城镇区域的温度数据组成。

(二)研究方法

寻找相关性最高的室外温度和该温度所对应的特征值组。选取多个日最高温度以获得样本总体中对应的温度特征值Di将温度特征值Di与能耗特征值Ei(各区域平均单位面积综合能耗)进行比较验证，对其相关性进行研究。

文章选了研究中8种不同温度特征值的数据集作展示。

表2为这8种温度特征值组与对应各盟市能耗特征值组的相关系数比对表。

表2 相关系数成果展示表

图1为温度特征值与对应各盟市能耗特征值的回归曲线变化图。

由关联度验证可以看到随着室外最高温度 T值的下降，样本区温度特征值与各盟市对应的能耗特征值的相关系数随之增长，回归曲线的拟合优度随之变高。可见室外温度和公共机构单位面积综合能耗有较强的相关性。

选取日最高温度0℃作为特定温度，随机选取样本区域中的部分温度特征值如表3。

方案一 方案二

方案七 方案八续图1 回归曲线变化图

表3 温度特征值节选表

以温度特征值为主线进行聚类。以相关度最好的那一组的温度特征值为主线，将对应的数据集代入K-Means算法(大数据中一种快速聚类的方法)对内蒙古各旗县(市、区)进行聚类分析。

内蒙古自治区地形的特性、经济的特征以及现有统计条件决定了过于细致的划分不利于形成有效的统计数列

以大多数公共机构所在城镇的温度特征值为主线进行聚类，具体步骤如下。

第一步，随机选取3个聚类中心点。第二步， 根据聚类中心点，将数据分为3类。分类的原则是计算中心点与各样本点之间的欧几里得距离，根据距离排序将样本点归入最近的类。 第三步， 聚类完成后，计算每一类的平均值，以该平均值为新中心点。重新计算每个样本点与新中心点的欧几里的距离，根据新的间距值排列，重新将样本归类，将样本归入距其距离值最小的类。第四步，不断地重复第三步，直到中心点不再变化。第五步，对分类结果进行微调。由于研究目标是制定符合内蒙古自治区公共机构能耗定额标准的温度区域模型。模型不光要考虑到其数学意义，还要考虑到其实用性。因为分类中最小粒度为旗县，考虑到在标准的执行过程中，将同一盟市管辖下的旗县划至不同温度区域，会导致管理上的混乱，所以需要进行微调。譬如，克什克腾旗隶属赤峰市，就其温度而言，未能和赤峰大部分地区划为同一温度区域，出于行政管理的需要，又不得不将克什克腾旗划入赤峰市所在的温度区域，予以另行特殊处理。如此，既不失公平，又易于管理。这就是我们所说的微调。一般微调量小于20%，对整体影响不大，故方法是合理的。最终目的是使归并后的温度区域划分以盟市为单位，以便能耗定额标准可以量化、可以考核。

四、结语与展望

由以上所述，依据本研究做出的温度区域划分将为内蒙古自治区公共机构能耗定额标准的制定带来更可靠的科学依据，使能耗定额标准精确度更好，更易于接受，更有利于执行。在内蒙古公共机构能耗定额中，在气候相关的区域划分研究里，不仅要考虑数学模型(划分模式)建立的是否合适，也要考虑该数学模型(划分模式)在实际应用中是否实用。而区域划分后考虑到了行政执行的因素，因此该区域划分不仅具有学术性价值，也具有实用性价值。

除此以外，在探索温度气候和公共机构能源消耗相关性影响的基础上，开展不同区域温度对公共机构能耗影响度的研究，将有利于解决区域划分，不同区域的同类型单位的统计比较则有利于进一步推进标准的制定与修订工作。随着内蒙古自治区公共机构能耗数据的统计环境、统计质量的提升；计量器具的安装与联网工作的进一步展开；各类型计量器具到位后，气候与能耗的相关性研究将更加深入，继而与温度有关的系数将进一步得到修正和收集；在标准发布后，根据执行单位和被执行单位对于标准的数据反馈信息，可促进本研究的下一次探索。