政府機關用能定額管理方法研究探討

文_朱益丹 秦蓉 李婷

1.北京節能環保中心 2.清華大學建筑節能研究中心

2016年，北京市公共機構能源消費總量159.4萬tce，公共機構能耗約占全市規模以上調查單位能源消費總量的4.4%，占第三產業規模以上調查單位能耗的7.6%。政府機關、事業單位和團體組織的能耗分別占全市公共機構能源消費總量的24.6%、75.0%和0.4%。對公共機構制定用能定額，進行節能管理，是推進公共機構節能的重要途徑之一。政府機關帶頭節約能源資源，可以起到重要的示范引導作用。但由于各政府機關的建筑特點和使用特點不同，合理用能定額應有所差別，因此，通過科學的方法確定不同政府機關的合理用能定額十分必要。

1 國內外研究進展

目前國內外用能定額評價方法一般分為兩種：統計調研法和模擬分析法。其中，統計調研法（如美國Energy Star和德國VDI 3807標準）需要大量實際調研數據為基礎，獲得的數據普適性強且不斷完善；模擬分析法（如美國LEED和德國DGNB）無需大批量調研，數據只針對單個建筑建立單獨模型，對計算者的能力要求高，在進行批量分析時工作量較大。

近年來，我國多個省市陸續開展了對建筑能耗基準定額的研究。2016年頒布的《民用建筑能耗標準》（GB/T 51161-2016），根據氣候區、建筑功能及分類，分別給出了各類型公共建筑能耗指標的約束值和引導值，但目前的各類標準均偏向于采用通用定額的方式給出社會平均狀態，未能建立根據建筑自身特點給出針對性定額的用能定額評價體系。

2 技術路線

本研究以北京市政府機關能源審計報告或填報能耗數據的104家單位作為數據分析的樣本庫。 各單位的電耗在23.4～200.7 kWh/m2·a范圍內，均值為70 kWh/m2·a，超過均值線的單位共36家。

因樣本量不足、數據較分散且影響建筑能耗的因素眾多，本課題研究采用統計調研與模擬分析相結合的方法。在實際的建筑信息、能耗數據的基礎上，采用模擬的手段加以補充，建立一套適用于北京市政府機關的能耗數據庫。這種方法可以在一定程度上解決樣本不足的問題，并且由于建筑模型具有物理意義，可以進一步分析建筑能耗差異的具體原因。根據上述思路，確定的工作內容主要包括建立典型模型、建立用能定額管理平臺、用能定額管理平臺應用幾個方面。

3 基準能耗模型建立

3.1 基準能耗模型建立方法

根據樣本數據質量情況，選取具有代表性的單位，利用能耗模擬軟件DeST建立政府機關能耗模型，結合代表性單位的實際參數對模型進行參數設定并模擬計算，得到建筑的全年模擬能耗，將其與實際的建筑能耗進行對比，以驗證該模型的準確性。若二者對應程度較低，則需要對模型進行修正，直到符合或者偏差度在5%以內。

3.2 具體案例分析

本次研究初步選取北京市某政府機關作為典型單位進行建模及模擬計算分析。

通過建立包括制冷空調系統（冷機、水泵、冷卻塔、末端等）、供熱系統（鍋爐、供熱循環泵、末端等）、照明系統、插座設備系統、電梯、給排水等多個能耗計算模型，計算得到該單位的能耗模擬結果。將模擬結果與實際能耗對比（圖1）基本一致。

圖1 分項能耗模型校核

4 用能定額管理平臺的建立

4.1 能耗數據庫建立方法

模擬能耗數據庫通過對能耗模型不同參數進行遍歷計算得到（圖2）。根據已確定的典型能耗模型，對模型輸入參數如建筑面積、工作時間、人員密度、功能性設備、照明功率密度、空調系統形式、圍護結構K值、外窗遮陽系數、系統運行模式等因素設定不同的參數，來模擬不同的情況下建筑的能耗數據。本課題遍歷計算約30萬個工況的建筑能耗，組成北京市政府機關能耗數據庫。

圖2 模擬能耗數據庫建立方法示意

4.2 能耗敏感因素分析

能耗主要敏感因素的分析方法如圖3所示，根據前一階段建立的典型模型，分別修改某項單一參數，從而得到能耗與該參數變化的對應關系。當能耗的變化隨該參數變化幅度超過一定數值時，則認為該參數類型為主要敏感因素。

圖3 能耗敏感因素分析方法

在典型模型的基礎上，分別選取輸入參數類型，并按不同取值計算能耗，分析輸入參數與能耗直接的關系。最終確定主要敏感因素類型見表1。

表1 建筑能耗主要敏感因素

4.3 用能定額管理平臺的建立

根據能耗數據庫及已確定的敏感因素類型，建立用能定額管理平臺，平臺計算界面如圖4。

圖4 用能定額管理平臺

4.4 基準能耗模型驗證

初步建立用能定額管理平臺之后，通過多個實際樣本對其進行驗證和完善。在樣本庫中，選取建筑特點、使用特點、能耗水平差別較大的若干樣本，進行深入調研，得到該樣本敏感因素的實際參數和能耗水平，并將其代入能耗數據庫。對比相同參數下能耗數據庫中的模擬能耗數據，若兩者基本一致，就可以判定現有數據庫合理，否則需要建立新的能耗模型，進一步修正完善現有數據庫。圖5為16家樣本的驗證結果，模擬計算結果和實測數據基本一致。

5 用能定額管理平臺應用

在搭建用能定額管理平臺之后，該平臺即可以作為用能定額制定、能耗水平評價的工具。確定用能定額的方法為：根據實際需求，將能耗敏感因素分為合理因素和不合理因素。其中合理因素（如單位人數、工作時間等）按照實際情況；不合理因素（如低效率冷機或其他低效設備等）則采用標準值。將所有敏感因素的參數按照上述方法進行取值后，在用能定額管理平臺中尋找對應參數進行匹配，得到的能耗值即為該單位的用能定額。在此基礎上，可以進一步對其能耗水平進行評價。

5.1 敏感因素取值確定

根據現有各單位的實際情況，以保障敏感因素信息獲取的準確、快捷、可實施性為原則，確定影響政府機關能耗的敏感因素類型。此外，為方便對各能耗水平的梯度管理，按照設備性能要求及管理運行水平，分為合理值和目標值兩檔。詳見表2。

表2 敏感因素的取值原則

5.2 典型單位用能定額對標

從樣本庫中選取典型單位，按照敏感因素取值原則，計算得到用能定額。該單位有4棟建筑，總建筑面積為6800m2，夏季供冷方式為分體空調，冬季熱源為燃煤鍋爐（能源審計期，現已改為空氣源熱泵）。通過用能定額管理平臺計算得到分項用能定額的合理值與目標值如圖5。

圖5 典型單位能耗對標結果

根據分項對比結果，該單位地處山區，夏季供冷時間短，冬季供熱時間長，整體空調能耗絕對值較低，但仍有一定的節能空間。而采暖系統實際用電能耗遠高于合理值，考慮到采暖用電設備主要為熱水循環泵，應重點排查是否存在其他供暖方式（如冬季開分體空調補充采暖）或測試熱水循環泵運行效率。此外，照明、辦公設備、給排水系統等其他用能系統實際值與合理值偏差不大，可認為設備性能良好，運行方式合理。

5.3 典型單位能耗水平分析

通過用能定額管理平臺對各典型單位的用能定額進行計算后，可利用該定額對實際能耗水平進行評價。

目前除《民用建筑能耗標準》以外，我國還陸續出臺過《公共機構辦公建筑用電和采暖用熱定額》、《北京市政府機關辦公建筑合理用能指南》等一系列用能定額規范，各單位與上述規范對標結果如表3。

表3 典型單位對標 （單位：kWh/m2·a）

從表3可以看出：①單位2和單位5實際能耗比合理值偏大20%以上，其用能系統可能存在計量范圍不明確、設備運行效率低、系統運行管理方式不合理等問題，建議對上述問題進行排查，有條件時可將性能淘汰產品進行更換。②單位1和單位3的實際能耗與合理值相比，偏差在20%以內，有條件時可采取一定的節能措施，對系統運行能效及運行方式進行優化。③單位4實際運行能耗低于合理值，各用能系統運行良好，有條件時可考慮進一步優化控制策略達到目標值。④與《民用建筑能耗標準》（GB/T 51161-2016）相比，單位2和單位5的實際能耗已超過標準中規定的政府辦公建筑約束值，單位4已達到標準引導值的要求。

6 研究成果和意義

在現有能源審計工作的基礎上，建立了適用于北京市政府機關的用能定額模型數據庫，完成了適用于政府機關的用能定額管理方法研究，并通過分項定額給出了對各政府機關節能管理、運行維護的建議。通過用能定額管理平臺的搭建，各用能單位可根據敏感因素取值及用能定額值，初步了解本單位的用能現狀水平，并以此為依據，積極制定節能改造的辦法；節能主管部門進行政府機關能耗水平評價時，可依據實際能耗與用能定額的偏差，監督檢查和評價考核各單位的節能工作成效。除此之外，通過對樣本庫能耗數據的詳細梳理和比較，為未來其他領域節能工作的開展提供了有價值的基礎資料，為繼續深化公共機構用能定額研究奠定了基礎。