合理分类对公共建筑能耗定额编制的重要性分析

　　摘要：统计定额法是建筑能耗定额编制中最重要的方法，研究发现，目前标准中对公共建筑的分类体系不能满足统计定额法对样本数据的要求。本文以大型商场及酒店建筑为例，分析了建筑分类对能耗定额编制的影响。结果表明，对建筑进行适当的细分可以使能耗数据样本的频数分布趋向于正态分布，满足统计定额法对样本数据的要求，从而保证了能耗定额编制的准确性。
　　
　　关键词：公共建筑；能耗定额；建筑分类
　　
　　1引言
　　随着能源问题与可持续发展之间的矛盾不断加剧，节约能源的概念已经被广泛认可和推广。建筑能耗是社会三大能耗之一，因此建筑节能是节能工作的一个重要方面，而针对公共建筑的节能工作则是重中之重。我国的能耗统计结果显示，大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%，但年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%，其单位面积年耗电量达到70～300kWh，为普通居民住宅的5～15倍。
　　建筑节能的目标是在满足建筑使用功能的前提下，将建筑能耗控制在一定的合理水平上，清华大学的江亿院士就曾经表示，“建筑的实际能耗量应该是检验建筑是否实现节能的唯一标准”。目前推进建筑节能工作的其中一种主要思路就是对建筑能耗作出限制，即建立能耗定额制度，针对不同使用功能的建筑类型，制定能耗的上限值，保证建筑能耗处在一个节约且合理的水平上。然而国内现在鲜有成熟的建筑能耗定额制度出台，因此制定符合我国国情的、切实可行的能耗定额体系，是今后建筑节能工作中需要解决的首要问题。
　　2能耗定额的编制方法
　　目前，建筑能耗定额的制定方法主要有两种，一种是以建筑能耗的实际统计数据为依据制定能耗定额，称为统计定额法，另一种是通过数值模拟的方法确定标准建筑的用能基准值作为能耗定额，称为技术定额法。鉴于技术定额法中标准建筑的物理条件难以核定以及数值模拟的准确度难以保证，因此较为常用的能耗定额编制方法是统计定额法。
　　统计定额法首先对建筑的能耗数据统计样本进行分析整理，当能耗数据样本的统计分布符合正态分布函数特征时，可求出样本数据的平均值V和标准差S，则能耗定额值定义为：Q=V+ZσS，其中：Zσ表示累积概率为(1-σ)时所对应的标准正态分布概率密度值，σ为给定的定额水平。通过上述方法，可以计算出不同定额水平下对应的定额取值，并观察这些定额取值下不满足要求的样本情况，通过分析定额实现的可能性后，确定定额值。
　　3当前公共建筑分类存在的问题
　　从上述可以看出，统计定额值的计算公式是以正态分布函数为基础，因此使用统计定额法有一个重要的前提，即统计样本数据的概率分布应该基本符合正态分布，这就对统计的建筑样本中个体的能耗差异有了相应的要求。建筑的能耗与建筑功能和类型有密切的关系，在《<公共建筑节能设计标准>广东省实施细则》（DBJ15-51-2007）中，对现有的公共建筑作了分类，如表3-1所示。
　　表3-1标准中对公共建筑的分类
　　序号 建筑类别 代表建筑
　　1 教育建筑 中小学校、中等专业学校、高等院校、职业学校、特殊教育学校等
　　2 办公建筑 行政办公楼、专业办公楼、商务办公楼等
　　3 科学研究建筑 实验室、科研楼、天文台等
　　4 文化、娱乐建筑 图书馆、博物馆、档案馆、文化馆、展览馆、纪念馆、影剧院、音乐厅、歌舞厅等
　　5 商业服务建筑 商场、超级市场、旅馆、餐馆、洗浴中心、美容中心、银行、邮政、电信楼等
　　6 体育建筑 体育馆、游泳馆、健身房等
　　7 医疗建筑 综合医院、专科医院、社区医疗所、康复中心、急救中心、疗养院等
　　8 交通建筑 汽车客运站、港口客运站、铁路旅客站、空港航站楼、城市轨道客运站等
　　从表3-1可以看到，标准中仅仅是根据功能的不同对公共建筑进行了简单的，总体的分类，但对于能耗定额的编制而言，这样的分类明显不够细致，例如在商业服务建筑中，商场、超级市场、旅馆等等建筑的能耗水平显然不在同一个水平上，即便是同一种建筑，也会由于建筑规模、建筑质素等因素的差异而引起建筑能耗的巨大差别。下面以大型旅馆（即酒店）和大型商场两类建筑的能耗统计情况为例说明同种建筑的能耗差异性。
　　首先，以2010年广州市51栋大型商场的电耗（公共建筑的能耗主要是电耗）统计数据为样本分析其电耗频数的分布情况。这里，电耗频数是指处于等值间隔的电耗数值区间中的建筑数量，用于分析建筑电耗的分布情况，分析结果如图3-1所示。从图中可以看到，大型商场建筑的电耗频数分布有3个主要的起伏，与正态分布函数曲线相比较可以发现，大型商场建筑的电耗分布明显不符合正态分布。
　　
　　图3-1大型商场建筑电耗频数分布图
　　同理，对2010年广州市60栋酒店建筑的年平均单位面积电耗数据进行频数统计分析，结果如图3-2所示。从图中可以看到，尽管酒店建筑的电耗频数分布不像大型商场的分布一样出现多个起伏，但其峰值的位置明显偏向于电耗值较小的区间，属于偏移的正态分布。
　　
　　图3-2酒店建筑电耗频数分布图
　　从上述分析可知，无论是大型商场建筑还是酒店建筑的电耗频数分布，都不符合正态分布的特征，如果在这样的数据基础上运用统计定额法编制能耗定额，则对建筑能耗的数学描述显然不符合实际的情况，所产生的分析结果必然存在很大的误差，因此在这中建筑分类的基础上，不能运用统计定额法编制建筑能耗定额，也就是说，目前标准中对公共建筑的分类，对于运用统计定额法编制能耗定额而言是不合适的，必须考虑对建筑类型进行新的划分或者对某种类型的建筑进行进一步细化分类。
　　4公共建筑细化分类举例
　　仍然以大型商场和酒店这两类建筑为例分析在能耗定额编制中对建筑进行合理分类的重要性。
　　4.1大型商场建筑
　　对上述51栋大型商场的统计样本的建筑规模、建筑结构、经营状况、能耗设备使用情况等等因素进行仔细的横向对比和分析发现，可以将这些大型商场分为两大类，一类是专业商场，即某一类商品的集中卖场，例如电脑城、服装城、建材市场等，另一类为综合商场，即综合销售多种商品的百货商场，例如各种大型商业广场等。以这个分类标准对51栋大型商场的电耗统计数据样本进行聚类分析，结果如图4-1所示。
　　
　　图4-1大型商场电耗统计数据样本聚类分析图
　　从图中可以看到，除了3个数据点外，综合商场的电耗数据与专业商场相比较出现了一条明显的分水岭，说明两者的电耗不在同一个水平上，综合商场的电耗要大于专业商场的电耗。考虑到综合商场人流量较大，空调负荷较重，而且一般来说档次较高，照明和机电能耗也相对较高，而专业商场一般档次较低，能耗设备相对较少，因此综合商场的单位面积电耗高于专业商场是完全可能的，对大型商场进行这样的分类也是合情合理的。
　　为了进一步验证分类的合理性，对分类后两种商场的电耗数据分别进行频数分布统计，统计结果如图4-2（a）和4-2（b）所示。
　　
　　图4-2（a）专业商场电耗频数分布图
　　
　　图4-2（b）综合商场电耗频数分布图
　　从图4-2（a）和图4-2（b）中可以看到，专业商场和综合商场的电耗数据频数统计都基本上符合正态分布，尽管专业商场的电耗频数分布稍微有点向数值较小的方向偏移，但正态分布的特征依然比较明显。因此，把大型商场按照专业商场和综合商场进行分类后，解决了电耗频数分布出现多个起伏，不符合正态分布函数特征的问题（见图3-1），即可以运用统计定额法对这两类商场进行能耗定额的编制。
　　4.2酒店建筑
　　对于酒店建筑，较为直观的分类方法便是按照酒店提供的服务水平，即俗称的“酒店星级”进行分类，因为酒店的服务水平越高，对建筑本体及室内环境的要求就越高，能耗设备的数量与规格也就越高，理论上能耗就越大。本次统计的60栋酒店建筑全部为三星级以上，可以按照星级不同将酒店分为三类：五星级酒店、四星级酒店和三星级酒店。对三类酒店的电耗统计数据样本进行聚类分析，结果如图4-3所示。
　　
　　图4-3酒店建筑电耗统计数据样本聚类分析图
　　从图中可以看到，3类酒店的电耗数据不像商场建筑一样出现明显的分水岭，电耗水平的覆盖范围较为平均，但是仔细分析可以发现，3类酒店建筑电耗数据集中的区间各不相同，三星级酒店的单位面积电耗基本集中在100kwh/m2•a，四星级酒店的单位面积电耗则集中在150kwh/m2•a左右，而五星级酒店的单位面积电耗集中在200kwh/m2•a左右，由此可见，不同星级的酒店其电耗水平的差异还是比较明显的。
　　按照星级水平对酒店建筑进行分类后，统计3类酒店的电耗数据频数分布，统计结果如图4-4（a）、4-4（b）和4-4（c）所示。
　　
　　图4-4（a）三星级酒店电耗频数分布图
　　
　　图4-4（b）四星级酒店电耗频数分布图
　　
　　图4-4（c）五星级酒店电耗频数分布图
　　从图4-4（a）、4-4（b）和4-4（c）中可以看到，分类后各星级酒店的电耗数据频数统计规律都符合正态分布，与未分类前的酒店电耗频数分布情况（见图3-2）相比，分类后各酒店的电耗频数分布更加符合正态分布的特征，因此在对酒店进行分类的基础上运用统计定额法进行能耗定额的编制将更为准确。
　　5结论
　　如前所述，在建筑能耗定额编制中最主要的方法是统计定额法，该方法对建筑统计样本的能耗数据有一定的要求，即其频数分布应基本符合正态分布特点，然而通过研究发现，在目前对公共建筑的分类体系下，能耗数据无法满足这一要求。本文以大型商场建筑及酒店建筑为例，分析了建筑分类对能耗定额编制的影响，结果表明，对建筑进行适当的细分可以使能耗数据样本的频数分布趋向于正态分布，满足统计定额法对样本数据的要求，从而保证了能耗定额编制的准确性。另外从合理性的角度分析，不同能耗水平的同类建筑也不应该使用统一的能耗定额，因此，对建筑的分类在能耗定额的编制中是十分重要的。至于以何种标准对建筑进行分类，则需要对建筑能耗的影响因子进行详细分析才能确定，本文对大型商场建筑及酒店建筑的分类仅代表了其中一种方法，不同功能的公共建筑分类方法可能不同。值得注意的是，对建筑的分类也不宜过细，虽然理论上越细化的建筑分类对运用统计定额法编制能耗定额而言越合理，但过细的分类大大增加了能耗定额的执行难度，将使能耗定额制度的可执行性大打折扣。
　　
　　参考文献
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