廈門市公共建筑能耗影響因素與節能潛力分析

秦旋，劉倩昆

（華僑大學 土木工程學院，福建 廈門361021）

據前瞻產業研究院《2013－2017年中國智能建筑行業市場前景與投資戰略規劃分析報告》數據［1］顯示：我國建筑能耗的總量逐年上升，在能源總消費量中所占的比例已從20世紀70年代末的10%，上升到27.45%，逐漸接近三成.隨著城市化進程的加快和人民生活質量的改善，我國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成為我國經濟發展的軟肋，而公共建筑又是我國建筑能源消耗的主體.因此，在資源枯竭和環境日益惡化的今天，探究公共建筑能耗影響因素與節能潛力，對實現節能減排的發展目標具有一定的現實意義.目前，已有學者針對辦公建筑將能耗影響因素歸類為氣候條件、建筑形態、維護結構、設備系統調節和人員行為等方面［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律［5－6］，對能耗影響因素與節能潛力進一步深入研究.因此，本文將基于實證調研，從微觀層面上分析廈門地區公共建筑能耗的影響因素，尋求有顯著節能效果的節能技術.

1 研究方法

以已建成的廈門市公共建筑為樣本進行數據采集，收集2008－2013年廈門市國家機關辦公建筑和大型公共建筑能源審計公示數據［7］，并持單位介紹信走訪廈門市建設與管理局，獲取研究所需的進一步數據；同時，跟隨廈門市建科院走訪物業單位，展開現場調研和發放問卷，歷時半年共獲得130棟公共建筑的能源審計賬單（即130份有效問卷）.

1.1 公共建筑能耗數據統計分析

分析130棟建筑物的樣本數據，從建筑物類型來看，政府辦公建筑27棟，占樣本數量的21%；非政府辦公建筑58棟，占45%；商場建筑16棟，占12%；酒店建筑17棟，占13%；醫療、科教文衛等其他類型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）占總數的75%，占樣本總體的絕大部分.從年能耗來看（由于廈門地區公共建筑的能耗主要表現為電能，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，占樣本數量38%；年能耗在100～200 萬kW·h的建筑有37棟，占28%.由此可知：調研的樣本數據具有較好的代表性，并且數據真實可靠.

1.2 公共建筑能耗影響因素分類

以住建部印發的建筑能源審計賬單為依據，參考相關文獻將公共建筑影響因素分成建筑形態、圍護結構、用能設備及能源管理4個類別.每個類別包含的子因素，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項能耗影響因素中，29項為定性影響因素，6項為定量影響因素，節能不是該類因素的主要出發點.為降低建筑能耗而專門采用的先進設備或特殊設計即為節能技術［4］，29項定性影響因素分成14項客觀因素和15項節能技術，定量影響因素暫不研究.

2 客觀因素的統計分析

2.1 一維組間方差分析

對14項客觀因素進行初步的描述分析，如表2所示.但目前并不清楚哪些因素對公共建筑能耗有影響及影響程度有多大，為了進一步探究這個問題，利用SPSS（statistical product and service solutions）一維組間方差分析的方法尋求對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觀測變量產生顯著影響［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計學意義.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.

由表2可知：變量建筑類型、建筑朝向、建筑層數、建筑面積、外墻材料、窗框類型、空調末端形式、冷源設備形式、能源管理組織、能源系統分項計量及能源管理實踐等因素的Sig.值均小于0.05，表明這10個因素對建筑能耗差異具有統計學意義.按照各因素對能耗的影響程度排序為：建筑類型＞能源管理組織＞冷源設備形式＞空調末端形式＞能源管理實施＞能源系統分項計量＞窗框材料＞建筑層數＞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項顯著影響因素中有7項發生在建筑設計階段，表明設計階段是影響建筑節能的重要階段，其中，建筑類型、冷源設備及空調末端形式的影響非常明顯；其次，窗框材料、建筑層數、外墻材料和建筑朝向等影響明顯.在建筑運行階段，對能耗具有顯著影響的因素有能源管理組織、能源管理的實施和能源系統分項計量3項.由此可知，科學的管理體系、有效的能源管理制度和措施可以有效降低建筑物運營期間的能耗［9］.

表2 客觀因素統計分析及one－way ANOVA 檢驗Tab.2 Statistical analysis and one－way ANOVA test of objective factors

2.2 顯著性差異的進一步檢驗

10項顯著影響因素盡管對原假設拒絕，但是對立假設并不明確（各客觀因素的哪個類型和其他類型具有顯著性差異暫不明確）.因此，為了進一步找出差異，采用檢驗配對比較Tukey′s Post Hoc方法對數據做進一步的處理，結果如表3所示.

2.3 結論分析

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，建筑能耗量最小；第2列分別由非政府辦公建筑、商場建筑組成，能耗依次增高；第3列由酒店建筑、商場建筑組成，能耗量最高.由此可知：酒店建筑能耗最高，其次是商場建筑，政府辦公建筑的能耗最低.

同樣分析，可得以下8點結果.

1）建筑朝向差異主要體現在東西朝向與其他朝向之間，對各水平建筑能耗均值進行比較可得出，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項顯著客觀因素Tukey′s Post Hoc檢驗Tab.3 Tukey′s Post Hoc on five objective factors

2）建筑層數差異主要體現在20層以下與30層以上之間，由于層數的增加使建筑垂直交通系統、給排水系統以及通風系統的能耗越大，同時，造成潛在的空調冷凍水、冷卻水系統的輸配能耗增加.

3）外墻材料差異主要體現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在鋼窗材料與木窗材料之間，對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）空調末端形式顯著差異主要體現在分體式或局部VRV 空調與新風系統加集中式全空氣系統之間.對各水平建筑能耗均值進行比較可得出，新風系統加集中式全空氣系統＞集中式全空氣系統＞新風系統加分體式或VRV 局部空調機組＞風機盤管加新風系統＞分體式或局部VRV 空調，這表明集中式空調系統能耗高于分體空調系統能耗.

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

7）能源管理包括能源管理的組織、能源系統分項計量及能源管理的實施.

8）顯著差異均集中在D與A，B，C等級之間，即能源管理水平越高，意味著建筑物運營環節擁有科學和有效的能源管理體系，因而建筑物的能耗將越低.

3 節能技術的統計分析

3.1 獨立樣本T 檢驗分析

對130棟公共建筑樣本中15項節能技術按有無采取該項節能技術進行分類，但是對于廈門市公共建筑而言，哪些節能技術具有顯著的節能效果，是推廣的重點目前尚不清楚.利用SPSS獨立樣本T檢驗分析的方法尋求具有顯著節能效果的節能技術［10］.獨立樣本T檢驗常用來檢驗一個樣本平均數與一個已知的總體平均數的差異是否顯著［8］.公共建筑能耗量的T檢驗結果，如表4所示.表4中：T表示有無某項節能技術對廈門市公共建筑能耗的差異程度，T的絕對值越接近于0，表示有無實施該項節能技術對建筑能耗的影響差異性越小；Sig.值表示有無實施節能技術對建筑能耗影響的差異顯著性水平.從表4可知：各項技術均有一定的節能效果，其中有顯著節能效果的技術11項，變風量系統＞冷水機組變頻技術＞冷卻塔采用變速風機＞照明自動控制＞設置電梯聯動＞熱水回收技術＞采用節能鎮流器＞室內照明采用LED 燈＞采用Low－e玻璃＞外遮陽措施＞屋面安裝太陽能集熱器.

表4 實施各項節能技術的能耗均值數據T 檢驗Tab.4 T－test of energy consumption for the group with and without energy－saving technology

3.2 結論分析

在11項具有顯著效果的節能技術中，有9項屬于用能設備節能技術，說明建筑用能設備具有較大的節能潛力.空調系統的能耗主要為冷水機組能耗、水泵和冷卻塔風機能耗及空調末端能耗.將空調末端定風量系統更換為變風量系統、使用冷水機組變頻技術和冷卻塔，以及用變速風機可使能耗平均下降50%，照明自動控制、采用節能鎮流器和室內照明采用LED 燈可使能耗降低約40%，可見對照明系統進行節能改造的效果僅次于空調系統.動力系統方面節能效果最顯著的是設置聯動電梯.維護結構方面由于門窗的能耗占圍護結構總能耗比重較大，因而門窗是圍護結構的節能重點［11］.

由表4可知：外窗使用Low－e玻璃和外遮陽措施均有顯著的節能效果；外墻保溫技術、屋面保溫技術、玻璃幕墻和水泵節能效果一般.就外墻保溫技術而言，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降低廈門地區公共建筑能耗的作用十分有限.目前常見的一些外圍護結構，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能需求.

另外，外遮陽措施采用Low－e玻璃、變風量系統、冷卻塔采用變速風機及屋面安裝太陽能集熱器這幾項具有顯著節能效果的節能技術，目前尚未得到廣泛應用.樣本數據調研中發現僅有23%的建筑做了外遮陽措施.因此，努力推廣這些節能效果顯著的技術在廈門公共建筑節能改造中的應用，將會實現事半功倍的效果.

4 結束語

基于能源審計賬單識別出35項能耗影響因素，并劃分為29項定性影響因素和6項定量影響因素，進一步將29項定性影響因素分成14項客觀因素和15項節能技術.對14項客觀因素進行一維組間方差分析發現：建筑類型、能源管理組織、冷源設備形式、空調末端形式、能源管理實施等因素對廈門地區公共建筑的能耗影響顯著；對15項節能改造技術進行獨立樣本T檢驗發現變風量系統、冷水機組變頻技術、冷卻塔采用變速風機、照明自動控制和設置電梯聯動等用能設備方面的節能技術具有良好的節能效果，維護結構中采用Low－e玻璃和外遮陽措施也有明顯的節能效果.

［1］前瞻產業研究院.2013～2017年中國智能建筑行業市場前景與投資戰略規劃分析報告［R］.北京：清華大學，2013：2－3.

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［7］廈門市建設管理局.廈門市國家機關辦公建筑和大型公共建筑能效公示［EB／OL］.［2012－12－11］.http：∥www.xmjs.gov.cn／gsgg／201212／t20121211＿71388.htm.

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