廈門市公共建筑能耗影響因素與節(jié)能潛力分析

秦旋，劉倩昆

（華僑大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 廈門361021）

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2013－2017年中國(guó)智能建筑行業(yè)市場(chǎng)前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》數(shù)據(jù)［1］顯示：我國(guó)建筑能耗的總量逐年上升，在能源總消費(fèi)量中所占的比例已從20世紀(jì)70年代末的10%，上升到27.45%，逐漸接近三成.隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的改善，我國(guó)建筑耗能比例最終還將上升至35%左右.建筑耗能的快速上漲已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的軟肋，而公共建筑又是我國(guó)建筑能源消耗的主體.因此，在資源枯竭和環(huán)境日益惡化的今天，探究公共建筑能耗影響因素與節(jié)能潛力，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義.目前，已有學(xué)者針對(duì)辦公建筑將能耗影響因素歸類為氣候條件、建筑形態(tài)、維護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備系統(tǒng)調(diào)節(jié)和人員行為等方面［2－4］.廈門市公共建筑能耗的研究情況僅初步分析了各類公共建筑能耗規(guī)律［5－6］，對(duì)能耗影響因素與節(jié)能潛力進(jìn)一步深入研究.因此，本文將基于實(shí)證調(diào)研，從微觀層面上分析廈門地區(qū)公共建筑能耗的影響因素，尋求有顯著節(jié)能效果的節(jié)能技術(shù).

1 研究方法

以已建成的廈門市公共建筑為樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，收集2008－2013年廈門市國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能源審計(jì)公示數(shù)據(jù)［7］，并持單位介紹信走訪廈門市建設(shè)與管理局，獲取研究所需的進(jìn)一步數(shù)據(jù)；同時(shí)，跟隨廈門市建科院走訪物業(yè)單位，展開現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和發(fā)放問卷，歷時(shí)半年共獲得130棟公共建筑的能源審計(jì)賬單（即130份有效問卷）.

1.1 公共建筑能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

分析130棟建筑物的樣本數(shù)據(jù)，從建筑物類型來看，政府辦公建筑27棟，占樣本數(shù)量的21%；非政府辦公建筑58棟，占45%；商場(chǎng)建筑16棟，占12%；酒店建筑17棟，占13%；醫(yī)療、科教文衛(wèi)等其他類型12棟，占9%.從建筑面積來看，大型公共建筑（建筑面積大于2 萬m2）占總數(shù)的75%，占樣本總體的絕大部分.從年能耗來看（由于廈門地區(qū)公共建筑的能耗主要表現(xiàn)為電能，其他形式能源所占比例非常小，故不予考慮），年能耗超過500 萬kW·h的建筑有28棟，所占比重為22%；年能耗在200～500 萬kW·h的建筑有50棟，占樣本數(shù)量38%；年能耗在100～200 萬kW·h的建筑有37棟，占28%.由此可知：調(diào)研的樣本數(shù)據(jù)具有較好的代表性，并且數(shù)據(jù)真實(shí)可靠.

1.2 公共建筑能耗影響因素分類

以住建部印發(fā)的建筑能源審計(jì)賬單為依據(jù)，參考相關(guān)文獻(xiàn)將公共建筑影響因素分成建筑形態(tài)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、用能設(shè)備及能源管理4個(gè)類別.每個(gè)類別包含的子因素，如表1所示.

表1 公共建筑能耗影響因素分類Tab.1 Classification of influence factors in energy consumption in public building

在35項(xiàng)能耗影響因素中，29項(xiàng)為定性影響因素，6項(xiàng)為定量影響因素，節(jié)能不是該類因素的主要出發(fā)點(diǎn).為降低建筑能耗而專門采用的先進(jìn)設(shè)備或特殊設(shè)計(jì)即為節(jié)能技術(shù)［4］，29項(xiàng)定性影響因素分成14項(xiàng)客觀因素和15項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，定量影響因素暫不研究.

2 客觀因素的統(tǒng)計(jì)分析

2.1 一維組間方差分析

對(duì)14項(xiàng)客觀因素進(jìn)行初步的描述分析，如表2所示.但目前并不清楚哪些因素對(duì)公共建筑能耗有影響及影響程度有多大，為了進(jìn)一步探究這個(gè)問題，利用SPSS（statistical product and service solutions）一維組間方差分析的方法尋求對(duì)公共建筑能耗具有顯著性影響的因素［4］.一維組間方差分析常用來研究不同水平的控制變量是否對(duì)觀測(cè)變量產(chǎn)生顯著影響［8］.如果ANOVA 不顯著（Sig.＞0.05），表明各因素組間無明顯差異；如果ANOVA 顯著（Sig.≤0.05），表明各因素組間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.表2中：為各水平能耗均值；A，B，C，D是能源管理水平的分級(jí).

由表2可知：變量建筑類型、建筑朝向、建筑層數(shù)、建筑面積、外墻材料、窗框類型、空調(diào)末端形式、冷源設(shè)備形式、能源管理組織、能源系統(tǒng)分項(xiàng)計(jì)量及能源管理實(shí)踐等因素的Sig.值均小于0.05，表明這10個(gè)因素對(duì)建筑能耗差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.按照各因素對(duì)能耗的影響程度排序?yàn)椋航ㄖ愋停灸茉垂芾斫M織＞冷源設(shè)備形式＞空調(diào)末端形式＞能源管理實(shí)施＞能源系統(tǒng)分項(xiàng)計(jì)量＞窗框材料＞建筑層數(shù)＞外墻材料＞建筑朝向.

假定1985年以前的建筑共有n棟，每棟的能耗值為x1，…，xn，那么，這n棟建筑的能耗均值為＝.10項(xiàng)顯著影響因素中有7項(xiàng)發(fā)生在建筑設(shè)計(jì)階段，表明設(shè)計(jì)階段是影響建筑節(jié)能的重要階段，其中，建筑類型、冷源設(shè)備及空調(diào)末端形式的影響非常明顯；其次，窗框材料、建筑層數(shù)、外墻材料和建筑朝向等影響明顯.在建筑運(yùn)行階段，對(duì)能耗具有顯著影響的因素有能源管理組織、能源管理的實(shí)施和能源系統(tǒng)分項(xiàng)計(jì)量3項(xiàng).由此可知，科學(xué)的管理體系、有效的能源管理制度和措施可以有效降低建筑物運(yùn)營(yíng)期間的能耗［9］.

表2 客觀因素統(tǒng)計(jì)分析及one－way ANOVA 檢驗(yàn)Tab.2 Statistical analysis and one－way ANOVA test of objective factors

2.2 顯著性差異的進(jìn)一步檢驗(yàn)

10項(xiàng)顯著影響因素盡管對(duì)原假設(shè)拒絕，但是對(duì)立假設(shè)并不明確（各客觀因素的哪個(gè)類型和其他類型具有顯著性差異暫不明確）.因此，為了進(jìn)一步找出差異，采用檢驗(yàn)配對(duì)比較Tukey′s Post Hoc方法對(duì)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的處理，結(jié)果如表3所示.

2.3 結(jié)論分析

如果在Tukey HSD 表中組間共享一列，表明這些組間的差異結(jié)果不顯著；如果表中組間不共享同一列，則表明這些組間的差異顯著.僅以建筑類型差異分析為例，由表3可知：建筑類型各水平被分成了3列，“alpha＝0.05的子集”的第1列包括非政府辦公建筑、其他建筑、政府辦公建筑，建筑能耗量最?。坏?列分別由非政府辦公建筑、商場(chǎng)建筑組成，能耗依次增高；第3列由酒店建筑、商場(chǎng)建筑組成，能耗量最高.由此可知：酒店建筑能耗最高，其次是商場(chǎng)建筑，政府辦公建筑的能耗最低.

同樣分析，可得以下8點(diǎn)結(jié)果.

1）建筑朝向差異主要體現(xiàn)在東西朝向與其他朝向之間，對(duì)各水平建筑能耗均值進(jìn)行比較可得出，東西朝向＞東南朝向＞西南朝向＞南北朝向，因此，南北朝向的建筑能耗最小.

表3 5項(xiàng)顯著客觀因素Tukey′s Post Hoc檢驗(yàn)Tab.3 Tukey′s Post Hoc on five objective factors

2）建筑層數(shù)差異主要體現(xiàn)在20層以下與30層以上之間，由于層數(shù)的增加使建筑垂直交通系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)以及通風(fēng)系統(tǒng)的能耗越大，同時(shí)，造成潛在的空調(diào)冷凍水、冷卻水系統(tǒng)的輸配能耗增加.

3）外墻材料差異主要體現(xiàn)在混凝土砌塊與粘土磚之間，混凝土砌塊的耗能最小，是替代粘土磚的理想材料.

4）窗框材料差異主要體現(xiàn)在鋼窗材料與木窗材料之間，對(duì)各水平建筑能耗大致是鋼窗材料＞鋁合金材料＞木窗材料，鋁合金與鋼窗材料的能耗相差不大，木窗的耗能最小.

5）空調(diào)末端形式顯著差異主要體現(xiàn)在分體式或局部VRV 空調(diào)與新風(fēng)系統(tǒng)加集中式全空氣系統(tǒng)之間.對(duì)各水平建筑能耗均值進(jìn)行比較可得出，新風(fēng)系統(tǒng)加集中式全空氣系統(tǒng)＞集中式全空氣系統(tǒng)＞新風(fēng)系統(tǒng)加分體式或VRV 局部空調(diào)機(jī)組＞風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)＞分體式或局部VRV 空調(diào)，這表明集中式空調(diào)系統(tǒng)能耗高于分體空調(diào)系統(tǒng)能耗.

6）冷源設(shè)備形式顯著差異主要體現(xiàn)在離心式加螺桿式機(jī)組與分體式或局部VRV 空調(diào)，這表明冷水機(jī)組的能耗最大，其次是風(fēng)冷式模塊機(jī)組，而分體式空調(diào)的能耗最低.

7）能源管理包括能源管理的組織、能源系統(tǒng)分項(xiàng)計(jì)量及能源管理的實(shí)施.

8）顯著差異均集中在D與A，B，C等級(jí)之間，即能源管理水平越高，意味著建筑物運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)擁有科學(xué)和有效的能源管理體系，因而建筑物的能耗將越低.

3 節(jié)能技術(shù)的統(tǒng)計(jì)分析

3.1 獨(dú)立樣本T 檢驗(yàn)分析

對(duì)130棟公共建筑樣本中15項(xiàng)節(jié)能技術(shù)按有無采取該項(xiàng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分類，但是對(duì)于廈門市公共建筑而言，哪些節(jié)能技術(shù)具有顯著的節(jié)能效果，是推廣的重點(diǎn)目前尚不清楚.利用SPSS獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)分析的方法尋求具有顯著節(jié)能效果的節(jié)能技術(shù)［10］.獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)常用來檢驗(yàn)一個(gè)樣本平均數(shù)與一個(gè)已知的總體平均數(shù)的差異是否顯著［8］.公共建筑能耗量的T檢驗(yàn)結(jié)果，如表4所示.表4中：T表示有無某項(xiàng)節(jié)能技術(shù)對(duì)廈門市公共建筑能耗的差異程度，T的絕對(duì)值越接近于0，表示有無實(shí)施該項(xiàng)節(jié)能技術(shù)對(duì)建筑能耗的影響差異性越小；Sig.值表示有無實(shí)施節(jié)能技術(shù)對(duì)建筑能耗影響的差異顯著性水平.從表4可知：各項(xiàng)技術(shù)均有一定的節(jié)能效果，其中有顯著節(jié)能效果的技術(shù)11項(xiàng)，變風(fēng)量系統(tǒng)＞冷水機(jī)組變頻技術(shù)＞冷卻塔采用變速風(fēng)機(jī)＞照明自動(dòng)控制＞設(shè)置電梯聯(lián)動(dòng)＞熱水回收技術(shù)＞采用節(jié)能鎮(zhèn)流器＞室內(nèi)照明采用LED 燈＞采用Low－e玻璃＞外遮陽(yáng)措施＞屋面安裝太陽(yáng)能集熱器.

表4 實(shí)施各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)的能耗均值數(shù)據(jù)T 檢驗(yàn)Tab.4 T－test of energy consumption for the group with and without energy－saving technology

3.2 結(jié)論分析

在11項(xiàng)具有顯著效果的節(jié)能技術(shù)中，有9項(xiàng)屬于用能設(shè)備節(jié)能技術(shù)，說明建筑用能設(shè)備具有較大的節(jié)能潛力.空調(diào)系統(tǒng)的能耗主要為冷水機(jī)組能耗、水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)能耗及空調(diào)末端能耗.將空調(diào)末端定風(fēng)量系統(tǒng)更換為變風(fēng)量系統(tǒng)、使用冷水機(jī)組變頻技術(shù)和冷卻塔，以及用變速風(fēng)機(jī)可使能耗平均下降50%，照明自動(dòng)控制、采用節(jié)能鎮(zhèn)流器和室內(nèi)照明采用LED 燈可使能耗降低約40%，可見對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造的效果僅次于空調(diào)系統(tǒng).動(dòng)力系統(tǒng)方面節(jié)能效果最顯著的是設(shè)置聯(lián)動(dòng)電梯.維護(hù)結(jié)構(gòu)方面由于門窗的能耗占圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗比重較大，因而門窗是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能重點(diǎn)［11］.

由表4可知：外窗使用Low－e玻璃和外遮陽(yáng)措施均有顯著的節(jié)能效果；外墻保溫技術(shù)、屋面保溫技術(shù)、玻璃幕墻和水泵節(jié)能效果一般.就外墻保溫技術(shù)而言，廈門市冬季供暖能耗非常低，外墻的保溫隔熱和屋面保溫層對(duì)降低廈門地區(qū)公共建筑能耗的作用十分有限.目前常見的一些外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，如多孔磚，混凝土砌塊等做成自保溫體系已基本能夠滿足節(jié)能需求.

另外，外遮陽(yáng)措施采用Low－e玻璃、變風(fēng)量系統(tǒng)、冷卻塔采用變速風(fēng)機(jī)及屋面安裝太陽(yáng)能集熱器這幾項(xiàng)具有顯著節(jié)能效果的節(jié)能技術(shù)，目前尚未得到廣泛應(yīng)用.樣本數(shù)據(jù)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)僅有23%的建筑做了外遮陽(yáng)措施.因此，努力推廣這些節(jié)能效果顯著的技術(shù)在廈門公共建筑節(jié)能改造中的應(yīng)用，將會(huì)實(shí)現(xiàn)事半功倍的效果.

4 結(jié)束語(yǔ)

基于能源審計(jì)賬單識(shí)別出35項(xiàng)能耗影響因素，并劃分為29項(xiàng)定性影響因素和6項(xiàng)定量影響因素，進(jìn)一步將29項(xiàng)定性影響因素分成14項(xiàng)客觀因素和15項(xiàng)節(jié)能技術(shù).對(duì)14項(xiàng)客觀因素進(jìn)行一維組間方差分析發(fā)現(xiàn)：建筑類型、能源管理組織、冷源設(shè)備形式、空調(diào)末端形式、能源管理實(shí)施等因素對(duì)廈門地區(qū)公共建筑的能耗影響顯著；對(duì)15項(xiàng)節(jié)能改造技術(shù)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)變風(fēng)量系統(tǒng)、冷水機(jī)組變頻技術(shù)、冷卻塔采用變速風(fēng)機(jī)、照明自動(dòng)控制和設(shè)置電梯聯(lián)動(dòng)等用能設(shè)備方面的節(jié)能技術(shù)具有良好的節(jié)能效果，維護(hù)結(jié)構(gòu)中采用Low－e玻璃和外遮陽(yáng)措施也有明顯的節(jié)能效果.

［1］前瞻產(chǎn)業(yè)研究院.2013～2017年中國(guó)智能建筑行業(yè)市場(chǎng)前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告［R］.北京：清華大學(xué)，2013：2－3.

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