厦门市公共建筑能耗影响因素与节能潜力分析

秦旋，刘倩昆

（华侨大学 土木工程学院，福建 厦门361021）

据前瞻产业研究院《2013－2017年中国智能建筑行业市场前景与投资战略规划分析报告》数据［1］显示：我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从20世纪70年代末的10%，上升到27.45%，逐渐接近三成.随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右.建筑耗能的快速上涨已经成为我国经济发展的软肋，而公共建筑又是我国建筑能源消耗的主体.因此，在资源枯竭和环境日益恶化的今天，探究公共建筑能耗影响因素与节能潜力，对实现节能减排的发展目标具有一定的现实意义.目前，已有学者针对办公建筑将能耗影响因素归类为气候条件、建筑形态、维护结构、设备系统调节和人员行为等方面［2－4］.厦门市公共建筑能耗的研究情况仅初步分析了各类公共建筑能耗规律［5－6］，对能耗影响因素与节能潜力进一步深入研究.因此，本文将基于实证调研，从微观层面上分析厦门地区公共建筑能耗的影响因素，寻求有显著节能效果的节能技术.

1 研究方法

以已建成的厦门市公共建筑为样本进行数据采集，收集2008－2013年厦门市国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计公示数据［7］，并持单位介绍信走访厦门市建设与管理局，获取研究所需的进一步数据；同时，跟随厦门市建科院走访物业单位，展开现场调研和发放问卷，历时半年共获得130栋公共建筑的能源审计账单（即130份有效问卷）.

1.1 公共建筑能耗数据统计分析

分析130栋建筑物的样本数据，从建筑物类型来看，政府办公建筑27栋，占样本数量的21%；非政府办公建筑58栋，占45%；商场建筑16栋，占12%；酒店建筑17栋，占13%；医疗、科教文卫等其他类型12栋，占9%.从建筑面积来看，大型公共建筑（建筑面积大于2 万m2）占总数的75%，占样本总体的绝大部分.从年能耗来看（由于厦门地区公共建筑的能耗主要表现为电能，其他形式能源所占比例非常小，故不予考虑），年能耗超过500 万kW·h的建筑有28栋，所占比重为22%；年能耗在200～500 万kW·h的建筑有50栋，占样本数量38%；年能耗在100～200 万kW·h的建筑有37栋，占28%.由此可知：调研的样本数据具有较好的代表性，并且数据真实可靠.

1.2 公共建筑能耗影响因素分类

以住建部印发的建筑能源审计账单为依据，参考相关文献将公共建筑影响因素分成建筑形态、围护结构、用能设备及能源管理4个类别.每个类别包含的子因素，如表1所示.

表1 公共建筑能耗影响因素分类Tab.1 Classification of influence factors in energy consumption in public building

在35项能耗影响因素中，29项为定性影响因素，6项为定量影响因素，节能不是该类因素的主要出发点.为降低建筑能耗而专门采用的先进设备或特殊设计即为节能技术［4］，29项定性影响因素分成14项客观因素和15项节能技术，定量影响因素暂不研究.

2 客观因素的统计分析

2.1 一维组间方差分析

对14项客观因素进行初步的描述分析，如表2所示.但目前并不清楚哪些因素对公共建筑能耗有影响及影响程度有多大，为了进一步探究这个问题，利用SPSS（statistical product and service solutions）一维组间方差分析的方法寻求对公共建筑能耗具有显著性影响的因素［4］.一维组间方差分析常用来研究不同水平的控制变量是否对观测变量产生显著影响［8］.如果ANOVA 不显著（Sig.＞0.05），表明各因素组间无明显差异；如果ANOVA 显著（Sig.≤0.05），表明各因素组间差异不具有统计学意义.表2中：为各水平能耗均值；A，B，C，D是能源管理水平的分级.

由表2可知：变量建筑类型、建筑朝向、建筑层数、建筑面积、外墙材料、窗框类型、空调末端形式、冷源设备形式、能源管理组织、能源系统分项计量及能源管理实践等因素的Sig.值均小于0.05，表明这10个因素对建筑能耗差异具有统计学意义.按照各因素对能耗的影响程度排序为：建筑类型＞能源管理组织＞冷源设备形式＞空调末端形式＞能源管理实施＞能源系统分项计量＞窗框材料＞建筑层数＞外墙材料＞建筑朝向.

假定1985年以前的建筑共有n栋，每栋的能耗值为x1，…，xn，那么，这n栋建筑的能耗均值为＝.10项显著影响因素中有7项发生在建筑设计阶段，表明设计阶段是影响建筑节能的重要阶段，其中，建筑类型、冷源设备及空调末端形式的影响非常明显；其次，窗框材料、建筑层数、外墙材料和建筑朝向等影响明显.在建筑运行阶段，对能耗具有显著影响的因素有能源管理组织、能源管理的实施和能源系统分项计量3项.由此可知，科学的管理体系、有效的能源管理制度和措施可以有效降低建筑物运营期间的能耗［9］.

表2 客观因素统计分析及one－way ANOVA 检验Tab.2 Statistical analysis and one－way ANOVA test of objective factors

2.2 显著性差异的进一步检验

10项显著影响因素尽管对原假设拒绝，但是对立假设并不明确（各客观因素的哪个类型和其他类型具有显著性差异暂不明确）.因此，为了进一步找出差异，采用检验配对比较Tukey′s Post Hoc方法对数据做进一步的处理，结果如表3所示.

2.3 结论分析

如果在Tukey HSD 表中组间共享一列，表明这些组间的差异结果不显著；如果表中组间不共享同一列，则表明这些组间的差异显著.仅以建筑类型差异分析为例，由表3可知：建筑类型各水平被分成了3列，“alpha＝0.05的子集”的第1列包括非政府办公建筑、其他建筑、政府办公建筑，建筑能耗量最小；第2列分别由非政府办公建筑、商场建筑组成，能耗依次增高；第3列由酒店建筑、商场建筑组成，能耗量最高.由此可知：酒店建筑能耗最高，其次是商场建筑，政府办公建筑的能耗最低.

同样分析，可得以下8点结果.

1）建筑朝向差异主要体现在东西朝向与其他朝向之间，对各水平建筑能耗均值进行比较可得出，东西朝向＞东南朝向＞西南朝向＞南北朝向，因此，南北朝向的建筑能耗最小.

表3 5项显著客观因素Tukey′s Post Hoc检验Tab.3 Tukey′s Post Hoc on five objective factors

2）建筑层数差异主要体现在20层以下与30层以上之间，由于层数的增加使建筑垂直交通系统、给排水系统以及通风系统的能耗越大，同时，造成潜在的空调冷冻水、冷却水系统的输配能耗增加.

3）外墙材料差异主要体现在混凝土砌块与粘土砖之间，混凝土砌块的耗能最小，是替代粘土砖的理想材料.

4）窗框材料差异主要体现在钢窗材料与木窗材料之间，对各水平建筑能耗大致是钢窗材料＞铝合金材料＞木窗材料，铝合金与钢窗材料的能耗相差不大，木窗的耗能最小.

5）空调末端形式显著差异主要体现在分体式或局部VRV 空调与新风系统加集中式全空气系统之间.对各水平建筑能耗均值进行比较可得出，新风系统加集中式全空气系统＞集中式全空气系统＞新风系统加分体式或VRV 局部空调机组＞风机盘管加新风系统＞分体式或局部VRV 空调，这表明集中式空调系统能耗高于分体空调系统能耗.

6）冷源设备形式显著差异主要体现在离心式加螺杆式机组与分体式或局部VRV 空调，这表明冷水机组的能耗最大，其次是风冷式模块机组，而分体式空调的能耗最低.

7）能源管理包括能源管理的组织、能源系统分项计量及能源管理的实施.

8）显著差异均集中在D与A，B，C等级之间，即能源管理水平越高，意味着建筑物运营环节拥有科学和有效的能源管理体系，因而建筑物的能耗将越低.

3 节能技术的统计分析

3.1 独立样本T 检验分析

对130栋公共建筑样本中15项节能技术按有无采取该项节能技术进行分类，但是对于厦门市公共建筑而言，哪些节能技术具有显著的节能效果，是推广的重点目前尚不清楚.利用SPSS独立样本T检验分析的方法寻求具有显著节能效果的节能技术［10］.独立样本T检验常用来检验一个样本平均数与一个已知的总体平均数的差异是否显著［8］.公共建筑能耗量的T检验结果，如表4所示.表4中：T表示有无某项节能技术对厦门市公共建筑能耗的差异程度，T的绝对值越接近于0，表示有无实施该项节能技术对建筑能耗的影响差异性越小；Sig.值表示有无实施节能技术对建筑能耗影响的差异显著性水平.从表4可知：各项技术均有一定的节能效果，其中有显著节能效果的技术11项，变风量系统＞冷水机组变频技术＞冷却塔采用变速风机＞照明自动控制＞设置电梯联动＞热水回收技术＞采用节能镇流器＞室内照明采用LED 灯＞采用Low－e玻璃＞外遮阳措施＞屋面安装太阳能集热器.

表4 实施各项节能技术的能耗均值数据T 检验Tab.4 T－test of energy consumption for the group with and without energy－saving technology

3.2 结论分析

在11项具有显著效果的节能技术中，有9项属于用能设备节能技术，说明建筑用能设备具有较大的节能潜力.空调系统的能耗主要为冷水机组能耗、水泵和冷却塔风机能耗及空调末端能耗.将空调末端定风量系统更换为变风量系统、使用冷水机组变频技术和冷却塔，以及用变速风机可使能耗平均下降50%，照明自动控制、采用节能镇流器和室内照明采用LED 灯可使能耗降低约40%，可见对照明系统进行节能改造的效果仅次于空调系统.动力系统方面节能效果最显著的是设置联动电梯.维护结构方面由于门窗的能耗占围护结构总能耗比重较大，因而门窗是围护结构的节能重点［11］.

由表4可知：外窗使用Low－e玻璃和外遮阳措施均有显著的节能效果；外墙保温技术、屋面保温技术、玻璃幕墙和水泵节能效果一般.就外墙保温技术而言，厦门市冬季供暖能耗非常低，外墙的保温隔热和屋面保温层对降低厦门地区公共建筑能耗的作用十分有限.目前常见的一些外围护结构，如多孔砖，混凝土砌块等做成自保温体系已基本能够满足节能需求.

另外，外遮阳措施采用Low－e玻璃、变风量系统、冷却塔采用变速风机及屋面安装太阳能集热器这几项具有显著节能效果的节能技术，目前尚未得到广泛应用.样本数据调研中发现仅有23%的建筑做了外遮阳措施.因此，努力推广这些节能效果显著的技术在厦门公共建筑节能改造中的应用，将会实现事半功倍的效果.

4 结束语

基于能源审计账单识别出35项能耗影响因素，并划分为29项定性影响因素和6项定量影响因素，进一步将29项定性影响因素分成14项客观因素和15项节能技术.对14项客观因素进行一维组间方差分析发现：建筑类型、能源管理组织、冷源设备形式、空调末端形式、能源管理实施等因素对厦门地区公共建筑的能耗影响显著；对15项节能改造技术进行独立样本T检验发现变风量系统、冷水机组变频技术、冷却塔采用变速风机、照明自动控制和设置电梯联动等用能设备方面的节能技术具有良好的节能效果，维护结构中采用Low－e玻璃和外遮阳措施也有明显的节能效果.

［1］前瞻产业研究院.2013～2017年中国智能建筑行业市场前景与投资战略规划分析报告［R］.北京：清华大学，2013：2－3.

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