我國城鎮居住建筑能耗強度定量分析與預測

何正旭, 高　浪

(清華四川能源互聯網研究院, 四川成都 610041)

建筑是我國三大終端能源消費主體之一(工業之后)[1]，我國建筑部門的能耗約占全社會終端能耗的三分之一，而發達國家的這一數據高達40 %。在未來相當長的一段時間內，我國建筑能耗仍將隨經濟的發展而持續增長，建筑節能減排不僅緩解我國能源供需矛盾的關鍵所在，也是確保2030年碳排放達標的關鍵之一。1997年國務院頒布《中華人民共和國節約能源法》將節約資源確立為我國的基本國策，正式將建筑節能和公共機構節能作為節能減排的工作重點。此后，發改委、住建部、國管局、工信部、經信委等機構陸續展開一系列節能專項工作，節能建筑(設計和建造達到或優于國家有關節能標準的建筑)面積快速增長。

建筑能耗強度，也即單位面積的能源消費量，是衡量建筑節能政策實際成效的重要指標。目前有大量研究工作集中在建筑能耗統計方法、建筑能耗總量及其占全社會能源消費總量的比例變化趨勢分析[1-7、10]。部分研究基于住建部統計的大型公共建筑和國家機關辦公建筑能耗數據，開展了年度能耗水平、能源構成、地區對比和建筑類型對比分析[8]。有關建筑節能政策的成效研究較少，對建筑節能工作的評價較為單一[9]。本文基于《中國建筑能耗研究報告》和住房和城鄉建設部發布的建筑節能數據開展研究；首先回顧了過去十五年的建筑節能政策的歷程，介紹節能建筑標準的演變過程；然后分析城鎮居住建筑非采暖部分能耗強度的變化，提出有限能效基準，用來衡量建筑節能成效；最后提出一種數學解析法來預測2020年城鎮居住建筑能耗強度。

1　建筑能耗數據來源

廣義的建筑能耗包括建材生產能耗、建筑物建造和拆除過程中的能耗以及運行階段的能耗，而狹義層面的建筑能耗指建筑在運行階段的能耗。本文討論狹義層面的建筑能耗。由于目前建筑在運行階段的能耗缺乏直接統計渠道，目前研究大都在已有統計年鑒數據[2-5]、能源平衡表數據[1、6]、或抽樣調查統計數據的基礎上[7]，通過數學換算獲取建筑能耗數據。前兩種方法都以現行能源統計數據為基礎，計算結果大同小異，差異主要源于建筑能耗的邊界定義不同。相比之下，抽樣調查法的計算結果差異較大[6]，因為受到樣本量、樣本代表性和數據質量等因素的影響；此外抽樣調查法存在地域局限性[10]，無法用于衡量全國范圍的建筑能耗。中國建筑節能協會能耗統計專業委員會自2016年起，借鑒多種數據處理方法，結合統計年鑒和能源平衡表數據計算了2001～2015年全國建筑(非采暖部分)能耗強度數據，并在《中國建筑能耗研究報告》中公開發布。該數據具有較好的代表性和權威性，本文在此基礎上，結合住房和城鄉建設部發布的建筑節能數據(年度建筑節能與綠色建筑工作進展情況報告)開展研究。

2　節能建筑標準逐步提高

我國建筑節能標準的發展歷程可以歸納為三個階段：

(1)1986～1995年為第一個階段，首先提出了建筑節能30 %的目標，即采暖居住建筑物能耗水平在1980年標準的基礎上節能30 %，頒布了《民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)》(1986)，然而該標準僅為試行標準，且氣候區域僅包含嚴寒和寒冷地區，試行對象僅限采暖居住建筑，實施情況并不理想。

(2)1996～2010年為第二個階段，提出在第一個階段的基礎上再節能30 %，實施節能50 %節能標準，修訂《民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)》且要求強制性執行。2001年到2005年又相繼頒布《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》、《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》以及《公共建筑節能設計標準》等標準，初步建立覆蓋全國范圍的節能50 %的標準體系，部分地區率先啟動建筑節能65 %的標準。

(3)2011～2015全面第三個階段，提出在第二個階段的基礎上再節能30 %，實施節能65 %的目標，大規模修訂城鎮新建民用建筑標準，并于2015年全部完成修訂并頒布實施，其中北京、天津、河北、山東、新疆等地開始在城鎮新建居住建筑中實施節能75 %強制性標準。

建筑節能走完第二個階段耗時約十五年，其中前十年進展緩慢，截止2000年我國節能建筑面積僅1.8×108m2，發改委在2004年11月頒布的《節能中長期規劃》中提及2003年以前“節能50 %的標準執行率不到5 %”。情況在2004年有所好轉(圖1)，設計階段和施工階段執行強制性標準比例分別達到50 %和23 %，2005年仍然較低。因此，1996～2005年仍被歸為建筑的“高能耗時期”(圖1)。

圖1　民用建筑節能強制性標準執行比例及節能建筑比例(數據來源：住建部公布的年度建筑節能專項檢查情況通報)

“十一五”期間，節能標準執行比例實現大幅提升，施工階段的執行比例從24.4 %提升至95.4 %，并在“十二五”期間達到100 %。城鎮節能建筑占既有民用建筑的比例從2009年的16.1 %快速上升至2016年的47.2 %，節能建筑對總體建筑能耗的影響也隨之增加。

3.城鎮居住建筑能耗強度量化分析

3.1　城鎮居住建筑能耗強度變化趨勢

圖2顯示了城鎮居住建筑(非采暖部分)能耗強度在2001～2015年的變化趨勢，首先對2001～2005年(“高能耗時期”)的城鎮居住建筑能耗強度進行趨勢擬合，趨勢線如藍色虛線所示。該趨勢線代表了非節能建筑呈現出的能效變化趨勢，本文稱之為“有限能效基準”。可以看出，有限能效基準的能耗水平較高，且得益于技術進步，其呈現出緩慢下降的趨勢，年均下降約0.16 kgce/m2a。隨著節能建筑的比例大幅上升，城鎮居住建筑能耗強度實際值開始偏離有限能效基準，偏離的幅度表征了建筑節能的成效。

自2006年起，《民用建筑節能條例》、《公共機構節能條例》、節能減排工作方案、專項資金等系列政策條例和標準先后頒布，能耗動態監測平臺建設試點、公共建筑節能改造重點城市、節約型校園建設試點、節能綜合改造示范高校、綠色建筑、節約型公共機構、能效“領跑者”等示范項目陸續鋪開，節能成果突飛猛進。城鎮居住建筑能耗強度從2005年的12.40 kgce/m2a下降至2015年的7.43 kgce/m2a，下降40.08 %；對比有限能效基準可以發現，過去十年中建筑節能專項工作成效顯著，貢獻了69 %的降幅(圖2)。

圖2　城鎮居住建筑能耗變化趨勢

3.2　2020年城鎮居住建筑能耗強度預測

按節能效果分類，城鎮居住建筑分為非節能建筑和節能建筑，因此，城鎮居住建筑總能耗由非節能建筑的能耗E1和節能建筑的能耗E2構成，如式(1)，

E=E1+E2

(1)

其中，E表示城鎮居住建筑年度能耗，kgce/ a。

建筑能耗可由式(2)計算：

E=EI·A

(2)

式中：EI表示城鎮居住建筑能耗強度，kgce/m2a；A表示城鎮居住建筑的建筑面積，m2。設節能建筑占比為α(單位%)，則城鎮居住建筑中節能建筑面積為Aα，非節能建筑面積為A(1-α)。

于是，將式(2)代入式(1)，可得，

EI·A=EI1·A·(1-α)+EI2·A·α

(3)

式(3)進一步化解如下：

EI=EI1·(1-α)+EI2·α

(4)

式中：EI表示城鎮居住建筑的能耗強度，EI1表示非節能型城鎮居住建筑的能耗強度，α表示城鎮居住建筑中節能建筑占比，α無直接統計數據，可參照圖 1中既有城鎮民用建筑中的節能建筑占比(綠色曲線)數值，EI2表示節能型城鎮居住建筑的能耗強度。

過去十五年，城鎮居住建筑中非采暖部分的能源需求變化主要源于用電需求的變化。考慮到2005年之后能效標識體系所覆蓋的用能產品也應用于非節能建筑，因此其同樣影響非節能建筑的能耗水平，能效標識體系覆蓋用能設備絕大部分為電器，盡管隨著人民生活逐步改善，家用電器的種類會增加，但隨著能效標識覆蓋家用電器品類逐步增加、能效標準逐步升級，對沖了一部分用電負荷。《中國建筑能耗研究報告(2016)》提出城鎮居住建筑單位面積的用電量在2002年以來呈現先增長后下降的趨勢，轉折點出現在2007年，此后持續顯著下降，七年之間下降了20%，2013年的單位面積用電量低于2005年的水平，年均降速達3.2 %。顯著高于有限能效基準線的年均降速(0.16 %)，表明2013年之后非節能建筑的能耗強度低于有限能效基準線。

用EIb表示有限能效基準，非節能建筑能耗強度如式(5)所示，

EI1=EIb·β

(5)

按照上述分析，2013年之后，非節能建筑能耗強度應比有限能效基準值更低，因此2013年之后，修正系數β應為0到1之間的常數。

將式(5)代入式(4)可得，

EI=EIb·β·(1-α)+EI2·α

(6)

2015年全國城鎮居住建筑非采暖部分能耗強度低至7.43 kgce/m2a，僅為2001年的55.61 %。經前文(第3節)分析，2015年末的節能建筑標準相比2001年前后的水平提升了約50 %，以2001年的城鎮居住建筑能耗水平(13.36 kgce/m2a)為參照基準，測算出2015年的節能建筑能耗強度EI2, 2015約為6.68 kgce/m2a，如圖 3中綠色方形標記所示。考慮到2015年居住建筑中節能建筑占α2015比約為40 %(參照圖 1既有城鎮民用建筑中的節能建筑占比)，有限能效基準EIb為11.54 kgce/m2a(參照圖 2有限能效基準線)。根據公式(6)可以推算出β2015為0.68；根據公式(5)可以推算出2015年的EI1, 2015約為7.85 kgce/m2a，如圖 2深灰色方形標記所示。

2020年有望全面貫徹實施節能75 %的標準，也即在2001年前后的水平上節能65 %左右，由此測算出2020年節能建筑能耗強度EI2, 2020將有望低于4.67 kgce/m2a。住建部印發的《建筑節能與綠色建筑發展“十三五”規劃》提出了“2020年城鎮既有居住建筑中節能建筑占比達到60 %”的目標，依據式(6)可以預測，2020年城鎮居住建筑的能耗強度將低于5.56 kgce/m2a(如圖2雙圈圓點標記所示)，在2015年的基礎上下降25 %。

4　結論

近二十年來，我國建筑節能工作取得了顯著成效。全國城鎮新建建筑全面執行節能強制性標準，全國范圍內建筑設計及施工階段的節能標準強制執行率均達到100 %，既有居住建筑中的節能建筑比例大幅上升，從2009年的21.7 %快速上升至2016年的47.2 %。同時，建筑節能設計標準從節能50 %穩步邁向節能65 %，部分地區率先執行節能75 %的標準，跨出了建筑節能“第四步”；能效標識實施產品覆蓋范圍逐步擴大，能效標準逐級提升；多重因素綜合作用使得節能建筑能效強度持續降低。

隨著節能建筑占比逐年提高、節能建筑本身的能耗強度逐年下降以及非節能建筑的緩慢下降，最終使得城鎮居住建筑能耗強度在2005～2015年出現大幅降低，從12.40 kgce/m2a降至7.43 kgce/m2a，節能重點專項工作貢獻了其中69 %的降幅。此外，預測2020年城鎮居住建筑能耗強度將有望低于5.56 kgce/m2a，在2015年的基礎上降低25 %。