摘要：通過比較單位建筑面積年能耗與人均年能耗，選用后者作為編制公共建筑能耗定額的基礎(chǔ)?；诮y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)編制公共建筑能耗定額的方法包括參數(shù)估計(jì)法、回歸分析法、定額水平法，定額水平法具有普遍性。不同能耗定額編制方法代表了不同的定額水平，定額水平的確定須謹(jǐn)慎選擇，因?yàn)樗枪步ㄖ芎氖欠窈侠淼慕缍ㄒ罁?jù)。
關(guān)鍵詞：公共建筑；建筑節(jié)能；能耗指標(biāo)；能耗定額
Establishment of Energy Consumption Quota for Public Buildings Based on Statistical Data
ZHOU Zhi-yong，F(xiàn)U Xiang-zhao，LIU Jun-yue，HE Hua
Abstract：After comparing annual energy consumption per unit floor area with that Per capita，the latter is selected as a basis for establishment of energy consumption quota for public buildings. The methods for establishment of energy consumption quota for public buildings based on statistical data include parameter evaluation method，regression analysis method and quota level method，among which the quota level method is more universal than the others. Each of the methods means different quota level， so it should be cautious to choose a quota for energy consumption which would give a baseline for appropriate energy consumption.
Key words：public building；building energy saving；energy consumption index；energy consumption quota
1 概述
得益于各級政府的重視，我國的節(jié)能減排工作取得了明顯的成效，建筑領(lǐng)域的節(jié)能工作正逐步走向常態(tài)化，各部門也對建筑節(jié)能進(jìn)行了大量研究和實(shí)踐[1～9]。但是建筑節(jié)能領(lǐng)域存在片面追求節(jié)能率、高技術(shù)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了建筑節(jié)能的健康發(fā)展。建筑節(jié)能工作的成效應(yīng)以建筑消耗掉的能源作為依據(jù)，而建筑能耗定額的引入將會使得人們更加關(guān)注實(shí)實(shí)在在的能源賬單，從而打破人們對節(jié)能率、高技術(shù)的盲目追求，開始以科學(xué)務(wù)實(shí)的態(tài)度進(jìn)行技術(shù)甄別，將建筑節(jié)能工作引入正常發(fā)展的軌道。本文對基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的公共建筑能耗定額編制的理論和方法進(jìn)行探討。
2 建筑能耗指標(biāo)的選取
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于廣東省某市的公共建筑，樣本建筑共51幢，能耗數(shù)據(jù)為2007年全年數(shù)據(jù)。樣本建筑均采用電驅(qū)動空調(diào)，燃?xì)庵幌抻诖妒掠茫虼藢⒔ㄖ旰碾娏恳暈榻ㄖ昴芎?，能耗單位采用kW·h。目前，常用的公共建筑能耗指標(biāo)有人均年能耗、單位建筑面積年能耗，而且后者的使用更加廣泛，究竟哪個指標(biāo)更合理，下面基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。
① 相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析
基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到51幢樣本建筑的人均建筑面積、人均年能耗、單位建筑面積年能耗，為便于分析，對這3項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化處理。將51幢公共建筑按歸一化處理后的人均建筑面積由大到小進(jìn)行編號，三者的關(guān)系曲線見圖1。由圖1可知，隨著人均建筑面積的增加，人均年能耗呈現(xiàn)上升的趨勢，而單位建筑面積年能耗呈現(xiàn)下降的趨勢。
② 建筑能耗指標(biāo)合理性分析
若以單位建筑面積年能耗作為建筑能耗指標(biāo)，隨著人均建筑面積的增加，建筑能耗會被逐漸稀釋，從而導(dǎo)致單位建筑面積年能耗下降，但此時人均年能耗卻在攀升。結(jié)果就是：建筑能效高的建筑是人均年能耗高而單位建筑面積年能耗低的建筑，這顯然是不公平的。
建筑能耗是人類活動的產(chǎn)物，但是單位建筑面積年能耗卻選用建筑面積這個物理參數(shù)進(jìn)行判斷，這顯然不合理。人均年能耗則不同，它選用了服務(wù)人數(shù)這個帶有社會價值判斷的指標(biāo)進(jìn)行建筑能耗判斷，具有明顯的內(nèi)在合理性，這個合理性也說明了這樣一個事實(shí)：即合理的人均建筑面積是建筑能耗合理必然的內(nèi)在要求，不合理的人均建筑面積必然會導(dǎo)致不合理的建筑能耗。
3 基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)編制的能耗定額
3.1 能耗定額的編制方法
多數(shù)人認(rèn)為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)容易失真，掩蓋了實(shí)際使用中存在的能源浪費(fèi)，因此特別強(qiáng)調(diào)統(tǒng)計(jì)資料的真實(shí)性，這只有通過規(guī)范統(tǒng)計(jì)方法與提高統(tǒng)計(jì)工作水平來解決。計(jì)劃定額是在假設(shè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)真實(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際能耗的統(tǒng)計(jì)特性編制的適應(yīng)性定額，它只分析實(shí)際能耗的規(guī)律，不對實(shí)際能耗的真實(shí)性進(jìn)行判斷。基于建筑實(shí)際能耗編制的能耗定額，比較容易被大家接受和認(rèn)可，這是其顯著的優(yōu)點(diǎn)。但是受到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的失真會嚴(yán)重影響能耗定額的質(zhì)量，這又是其不可回避的缺陷?；诮y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)編制公共建筑能耗定額的方法包括參數(shù)估計(jì)法、回歸分析法、定額水平法。
3.2 參數(shù)估計(jì)法
參數(shù)估計(jì)法是利用抽樣統(tǒng)計(jì)的方法得到樣本建筑的能耗數(shù)據(jù)，然后通過對樣本建筑參數(shù)的計(jì)算來估計(jì)總體建筑能耗水平的方法，常用的方法有平均值法、二次平均法。
① 平均值法
平均值法也可稱為簡單算術(shù)平均法，是以樣本建筑的人均年能耗的簡單算術(shù)平均數(shù)作為能耗定額的方法，計(jì)算式為：
式中Qq,a——采用平均值法計(jì)算得到的能耗定額，kW·h/(人·a)
Qav——人均年能耗平均值，kW·h/(人·a)
n——樣本建筑的數(shù)量
Qi——第i幢樣本建筑的人均年能耗，kW·h/(人·a)
由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可計(jì)算得到Qq,a=4226.7kW·h/(人·a)，人均年能耗的概率分布為右偏和尖峰分布。
② 二次平均法
首先求取人均年能耗平均值，然后對小于人均年能耗平均值的數(shù)據(jù)求平均值，最后求兩者的平均值，計(jì)算式為：
式中Qq,q——采用二次平均法計(jì)算得到的能耗定額，kW·h/(人·a)
Qm——先進(jìn)平均值，即小于Qav樣本建筑的人均年能耗的平均值，kW·h/(人·a)
m——人均年能耗小于Qav的樣本建筑數(shù)量
Qj——小于Qav的第j幢樣本建筑人均年能 耗，kW·h/(人·a)
由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可計(jì)算得到Qm=2688.6kW·h/(人·a)，最終計(jì)算得到Qq,q=3457.7kW·h/(人·a)。
3.3 回歸分析法
回歸分析法是利用實(shí)際能耗的變化與影響之間的聯(lián)系，建立相應(yīng)的回歸模型，編制能耗定額的方法。在運(yùn)用回歸分析法時，各種影響因素是自變量，能耗定額是因變量。由分析可知，單位建筑面積年能耗不能合理反映建筑能耗的根本原因在于沒有考慮人均建筑面積的影響，因此引入人均建筑面積標(biāo)準(zhǔn)的概念。人均建筑面積標(biāo)準(zhǔn)采用樣本建筑人均建筑面積平均值表征，由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算求得人均建筑面積平均值為63.48m2/人，其概率分布為右偏和尖峰分布。采用回歸分析法，能耗定額的計(jì)算式為：
Qq,r=AQ (3)
式中Qq,r——采用回歸分析法計(jì)算得到的能耗定額，kW·h/(人·a)
A——人均建筑面積標(biāo)準(zhǔn)，m2/人
Q——對應(yīng)人均建筑面積標(biāo)準(zhǔn)的單位建筑面積年能耗，kW·h/(m2·a)
由圖1可知，單位建筑面積年能耗與人均建筑面積呈負(fù)相關(guān)，且變量之間并非線性關(guān)系，因此采用曲線回歸建立兩者的函數(shù)關(guān)系。將樣本建筑中變量關(guān)系明顯與負(fù)相關(guān)相悖的數(shù)據(jù)剔除后剩余22幢樣本建筑，采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS(Statistical Product and Service Solutions，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案)進(jìn)行曲線回歸，得到各種回歸形式的相關(guān)數(shù)據(jù)(見表1)。
表1 各種回歸形式的相關(guān)數(shù)據(jù)
|
回歸形式
|
判定系數(shù)
|
F檢驗(yàn)
|
常數(shù)
|
系數(shù)1
|
系數(shù)2
|
|
線性函數(shù)
|
0.226
|
0.025
|
77.390
|
-0.300
|
—
|
|
對數(shù)函數(shù)
|
0.425
|
0.001
|
169.183
|
-28.137
|
—
|
|
二次曲線
|
0.393
|
0.009
|
108.261
|
-1.267
|
0.005
|
|
增長曲線
|
0.338
|
0.005
|
4.218
|
-0.005
|
—
|
|
逆函數(shù)
|
0.660
|
0.000
|
21.514
|
1532.000
|
—
|
|
復(fù)合函數(shù)
|
0.338
|
0.005
|
72.285
|
0.995
|
—
|
|
冪函數(shù)
|
0.532
|
O.000
|
262.111
|
-0.403
|
—
|
|
S形函數(shù)
|
0.689
|
0.000
|
3.498
|
20.034
|
—
|
|
邏輯函數(shù)
|
0.338
|
0.005
|
0.014
|
1.005
|
—
|
回歸曲線與各觀測點(diǎn)的接近程度稱為擬合優(yōu)度，判定系數(shù)越高則擬合優(yōu)度越高，即回歸曲線與各觀測點(diǎn)的擬合越好。由表1可知，逆函數(shù)和S形函數(shù)的擬合優(yōu)度最好。為了便于直觀分析函數(shù)關(guān)系，選用逆函數(shù)。由表1逆函數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)，可得到對應(yīng)人均建筑面積標(biāo)準(zhǔn)的單位建筑面積年能耗的計(jì)算式為：
將A=63.48m2/人代入式(4)，計(jì)算得到Q=45.65kW·h/(m2·a)。將上述計(jì)算結(jié)果代入式(3)，計(jì)算得到Qq,r=2897.9kW·h/(人·a)。
3.4 定額水平法
① 定額水平的概念
定額水平是指各類建筑為實(shí)現(xiàn)其功能，對應(yīng)該消耗的能源數(shù)量要求的嚴(yán)格程度。定額水平是能耗定額的質(zhì)量指標(biāo)，可以分為絕對水平和相對水平。能耗定額數(shù)值即其絕對水平，但是這個數(shù)值本身很難說明對應(yīng)該消耗能源數(shù)量要求的嚴(yán)格程度。能耗定額只有與實(shí)際能耗數(shù)值對比，才能說明其嚴(yán)格程度，因此定額水平一般指其相對水平。
② 基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的定額水平
在編制能耗定額時，定額水平實(shí)際上就是人均年能耗的概率分布。若能夠得到所有人均年能耗的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性修正后建立其概率分布，則這樣的定額水平參照系將是非常理想和完善的，但是在實(shí)際工作中這顯然是不可行的。這是由于能耗定額涉及的建筑總體數(shù)量往往非常龐大，進(jìn)行普查將是一項(xiàng)很大的工程，勢必投入巨大的時間和成本，實(shí)際工作中往往只能選擇抽樣調(diào)查的方法。即使能夠進(jìn)行普查，建筑能耗的修正也將是海量的工作，因此只能用樣本建筑的統(tǒng)計(jì)量來推斷總體的參數(shù)。而且為了進(jìn)一步簡化工作，樣本建筑的能耗數(shù)據(jù)也不作修正，直接用來計(jì)算概率分布，然后用樣本數(shù)據(jù)的概率分布來表示總體的概率分布。
③ 定額水平表的編制
編制定額水平表即計(jì)算樣本數(shù)據(jù)的概率，然后以表格或圖形的方式表示出來，以便編制定額時查找，定額水平樣表見表2。
表2 定額水平樣表
|
累積概率
|
對應(yīng)能耗定額/
(kW·h·人-1·a-1)
|
累積概率
|
對應(yīng)能耗定額/(kW·h·人-1·a-1)
|
|
0.10
|
1663
|
0.55
|
4477
|
|
O.15
|
2163
|
0.60
|
4733
|
|
0.20
|
2543
|
0.65
|
4997
|
|
0.25
|
2877
|
0.70
|
5277
|
|
0.30
|
3177
|
0.75
|
5577
|
|
0.35
|
3457
|
0.80
|
5911
|
|
0.40
|
3721
|
0.85
|
6291
|
|
0.45
|
3977
|
0.90
|
6791
|
|
0.50
|
4227
|
0.95
|
7517
|
④ 定額水平法編制流程
選定樣本建筑；收集樣本建筑的能耗數(shù)據(jù)；編制定額水平表；選定適宜的定額水平；根據(jù)選定的定額水平查找定額水平表，最后確定能耗定額。
4 各種編制方法的分析
4.1 各種編制方法的定額水平值
以定額水平表作為參照，分析由各種編制方法得到的能耗定額，可以發(fā)現(xiàn)不同的編制方法實(shí)際上代表了不同的定額水平值：平均值法的定額水平值為0.5；二次平均法的定額水平值為0.35，其中先進(jìn)平均值的定額水平值為0.22；回歸分析法的定額水平值接近0.25。
4.2 各種編制方法的實(shí)質(zhì)
① 平均值法代表“平均合理”的定額水平。平均值法采用平均值計(jì)算能耗定額，這是其“平均”的內(nèi)涵；基于平均的內(nèi)涵，一般建筑都應(yīng)該并且可能達(dá)到該能耗定額，這是其“合理”的內(nèi)涵。
② 二次平均法代表“平均先進(jìn)”的定額水平。采用二次平均法計(jì)算能耗定額是基于平均值與先進(jìn)平均值求得，即介于“平均合理”與“先進(jìn)水平”之間，這是其“平均先進(jìn)”的內(nèi)涵。
③ 回歸分析法代表了“先進(jìn)合理”的定額水平。采用回歸分析法計(jì)算能耗定額時，設(shè)置了人均建筑面積標(biāo)準(zhǔn)，這是其“先進(jìn)”的內(nèi)涵，即反映了社會公平；回歸結(jié)果顯示，其能耗定額水平仍低于先進(jìn)平均值，這是其“合理”的內(nèi)涵。
4.3 各種編制方法的適用性
① 各種編制方法的關(guān)系
定額水平越高則能夠達(dá)到能耗定額要求的建筑數(shù)量越少，即要求越嚴(yán)格。與定額水平不同，定額水平值是反映定額水平的具體數(shù)值，定額水平值越高則定額水平越低，能夠達(dá)到能耗定額要求的建筑數(shù)量越多，即要求越寬松。由分析可知，定額水平法是通用方法，平均值法、二次平均法和回歸分析法實(shí)際上是定額水平法的特例。在該案例中，由于引入了人均建筑面積標(biāo)準(zhǔn)，回歸分析法的定額水平高于二次平均法但低于先進(jìn)平均值，這表明選用人均建筑面積標(biāo)準(zhǔn)的正確性。由于各類建筑的影響因素不同，因此二次平均法、回歸分析法的定額水平相對關(guān)系不確定，但是二次平均法的定額水平一定高于平均值法。
② 決策者應(yīng)選定合適的定額水平
由分析可知，能耗定額編制方法的選擇，實(shí)際上就是定額水平的選擇，一旦選定了定額水平則相應(yīng)的能耗定額也就確定了，而能耗定額是建筑能耗合理與否的界限，因此決策部門在選用定額水平時必須綜合考慮各種影響因素。影響因素一般包括：實(shí)施能耗定額制度預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)；實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的階段目標(biāo)分解；合理建筑能耗的技術(shù)分析；社會預(yù)期的承受能力；定額水平的公平與效率權(quán)衡。
5 結(jié)論
① 公共建筑宜選用人均年能耗作為建筑能耗指標(biāo)。
② 不同能耗定額編制方法代表了不同的定額水平。
③ 定額水平法具有普遍性。
④ 定額水平的確定須謹(jǐn)慎，因?yàn)樗墙ㄖ芎暮侠砼c否的界定。
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(本文作者：周智勇1、2 付祥釗1 劉俊躍2 何華1 1.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院重慶 400045；2.深圳市建筑科學(xué)研究院有限公司 廣東深圳 518049)
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