上海地區(qū)綠色辦公建筑使用者用能行為特征研究

張改景，王利珍，楊建榮 （上海市建筑科學(xué)研究院有限公司， 上海 201108）

綠色辦公建筑是重要的公共建筑之一，也是能耗大戶。綠色建筑使用者行為會(huì)影響建筑的能耗，深入了解其影響能源消費(fèi)模式，有助于實(shí)現(xiàn)改善建筑能源的目標(biāo)性能和減少溫室氣體排放建筑能耗。因此，對于綠色辦公建筑使用者的用能特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)用能規(guī)律特征，找出建筑終端消費(fèi)的特征，對于行為節(jié)能和需求者用能響應(yīng)都具有重要意義。但當(dāng)前鮮有對綠色辦公建筑內(nèi)的用能行為特征及其節(jié)能潛力的量化分析研究。

目前對建筑使用者的研究主要集中在居住建筑和高校建筑。近年來也有學(xué)者關(guān)注辦公建筑用能行為研究，張劍[1]對廣州兩棟辦公建筑內(nèi)人員開展了開窗頻率調(diào)研，研究發(fā)現(xiàn)建筑高度和朝向?qū)﹂_窗率產(chǎn)生影響。于新巧等[2]通過問卷調(diào)研的方法對北京、廣州和深圳三地的辦公建筑調(diào)研，總結(jié)了用能行為特征。虞洋等[3]通過對杭州某辦公建筑的空調(diào)行為進(jìn)行測試，提出了夏季空調(diào)開啟率的預(yù)測模型。針對辦公建筑用能行為相關(guān)研究，學(xué)者主要是針對一項(xiàng)或幾項(xiàng)行為進(jìn)行問卷或測試，還缺乏對綠色辦公建筑的使用者用能行為調(diào)研和測試以及較為全面的研究。因此，本文以夏熱冬冷地區(qū)上海綠色辦公建筑為例，對使用者的用能行為進(jìn)行問卷調(diào)研和測試，分析綠色辦公建筑使用者的用能行為特征；并運(yùn)用 K- 均值聚類分析方法，分析了綠色辦公建筑內(nèi)長期工作者的用能行為特征。該特征分析將為綠色辦公建筑的用能管理政策的制定和綠色辦公建筑的能耗預(yù)測等提供數(shù)據(jù)支持。

1 研究方法

本研究采用使用者問卷和室內(nèi)環(huán)境測試的方法分析建筑內(nèi)使用者的用能行為特征。

1.1 問卷調(diào)研

選取夏熱冬冷地區(qū)—上海，對綠色辦公建筑使用者行為進(jìn)行問卷調(diào)研，調(diào)研內(nèi)容包括人員的性別、年齡段、所在辦公室類型。問卷包括了使用者使用主要耗能設(shè)備的習(xí)慣，如空調(diào)、照明燈具和辦公設(shè)備等。

1.2 室內(nèi)環(huán)境測試

選取綠色辦公建筑的標(biāo)準(zhǔn)層，在人員工位的桌面上安裝了室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測儀，進(jìn)行夏季、冬季和過渡季的室內(nèi)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括熱濕環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境和空氣品質(zhì)參數(shù),通過監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)分析挖掘，以照度數(shù)據(jù)為主參考其他環(huán)境參數(shù)，來剖析建筑使用者的行為模式。

2 研究結(jié)果分析

2.1 綠色辦公建筑人員的使用習(xí)慣

2.1.1 使用者情況

課題組對建筑內(nèi)使用者行為模式開展問卷調(diào)研。問卷共設(shè)置 24 個(gè)大類、61 個(gè)小類的問題，其中連續(xù)變量 9 個(gè)，分類變量 52 個(gè)。在上?？傆?jì)收到問卷約 241 份，通過信度、效度兩個(gè)指標(biāo)，對調(diào)研結(jié)果的科學(xué)合理性進(jìn)行了評價(jià)，確認(rèn)可滿足研究需求。問卷人員年齡、性別分布和使用者所在辦公室類型分布見圖 1。使用者的男女比例基本為 1∶1，被調(diào)研者以 18～28 歲居多，占比為 50.4%；其次是 29～39 歲，約29.3%。使用者所處的辦公類型分布較為合理，以封閉式公共辦公室為主，占比為 29.3%，其次為封閉式私人辦公室和開放式公共辦公室或格子間，比例分別為 16.1%、8.7%。

圖 1 問卷人員特征

2.1.2 問卷調(diào)研結(jié)果

（1）空調(diào)。通過問卷詢問了人員在夏季和冬季進(jìn)入辦公區(qū)和離開辦公區(qū)時(shí)使用空調(diào)的行為習(xí)慣。圖 2 反映了上海地區(qū)的使用者進(jìn)入辦公室和離開辦公室時(shí)的開關(guān)空調(diào)的行為模式。由圖 2 可知，上海在制冷季和采暖季一進(jìn)辦公室就開的行為比例約 50%，下班時(shí)關(guān)閉的比例在 53% 左右。

（2）照明。通過問卷詢問了人員在進(jìn)入辦公區(qū)和離開辦公區(qū)時(shí)開關(guān)照明燈具的行為習(xí)慣。圖 3 反映了上海地區(qū)的使用者對于照明燈具的開關(guān)行為習(xí)慣。從圖 3 可知，在照明行為中，上海地區(qū)一直開著照明的比例為 65.1%，上海地區(qū)使用者室外光線充足時(shí)關(guān)、暫時(shí)離開辦公室時(shí)關(guān)閉照明的比例分別為 15.6%、8.7%。

（3）辦公設(shè)備。圖 4 反映了上海地區(qū)的使用者進(jìn)入辦公室和離開辦公室時(shí)的辦公室電腦的開關(guān)行為模式。上海地區(qū)的使用者在使用辦公電腦方面上班工作時(shí)開啟和下班時(shí)關(guān)閉的比例分別為 73.6%、68.1%。

圖 2 空調(diào)使用特征

圖 3 照明行為模式對比

圖 4 辦公電腦行為模式對比

2.2 綠色辦公建筑內(nèi)使用者工作環(huán)境測試

在上海地區(qū)選取了綠色辦公建筑案例的室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)層，安裝了室內(nèi)環(huán)境長期監(jiān)測儀。儀器可以監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境溫濕度、CO2、PM2.5和照度及在夏季、冬季和過渡季的辦公區(qū)照度數(shù)據(jù)。選取布置在辦公區(qū)遠(yuǎn)離窗戶的測點(diǎn)結(jié)果，獲得空間照度數(shù)據(jù)結(jié)果。根據(jù)照明開啟和關(guān)閉時(shí)間，由此可從照度監(jiān)測數(shù)據(jù)中近似得到人員的上班和下班時(shí)間規(guī)律。

2.2.1 照度

通過對上海地區(qū) 6 棟綠色辦公建筑的室內(nèi)照度監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，可以得到如圖 5 所示的綠色辦公建筑工作日的照度曲線圖。

圖 5 綠色辦公建筑照度曲線圖

由圖 5 可知，6 棟建筑的上班時(shí)間較規(guī)律，上午 8:00左右打開照明燈具開始上班。建筑工作日照明的關(guān)閉時(shí)間不同，下午 18:00 正常下班關(guān)閉照明，有的建筑到晚上20:00、22:00 和 24:00 關(guān)閉照明，有的建筑有中午離開辦公室關(guān)閉照明燈具的習(xí)慣。由圖 5 綠色辦公建筑的照度曲線可以看出，照明燈具的開關(guān)可以分析使用者上下班的工作時(shí)間。

2.2.2 工作時(shí)間

選擇布置在建筑室內(nèi)內(nèi)區(qū)的照度測點(diǎn)，以減少天然采光對照度的影響。根據(jù)照度實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果和數(shù)據(jù)特征，依據(jù)公式（1）對每個(gè)工作日照度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理，得到 6 棟建筑工作日的照明燈具的開啟時(shí)刻和關(guān)閉時(shí)刻結(jié)果。

進(jìn)一步分析這 6 棟建筑早上照明開啟時(shí)刻和下午照明關(guān)閉時(shí)刻，可以獲得詳細(xì)圖如圖 6 所示，獲得下班時(shí)間區(qū)間的分布密集程度。

圖 6 照明開啟和關(guān)閉的時(shí)間規(guī)律

如圖 6 所示，由（a）和（c）可知這些建筑的上班時(shí)間集中在 7：00～9：30，6 棟建筑的早上上班時(shí)間平均值為8:10；由（b）和（d）可知這些建筑的下班時(shí)間比較分散，存在加班現(xiàn)象，初步分析加班時(shí)間主要在兩個(gè)時(shí)間段（18:43,21:50）（ 21:50,0:57）。

對上海 6 棟建筑的下班時(shí)刻數(shù)據(jù)分別進(jìn)行箱線圖分析，得到結(jié)果如圖 7 所示。

圖 7 上海 6 棟綠色辦公建筑的下班時(shí)間段分布

對 6 棟建筑的下班時(shí)間用 SPSS 軟件進(jìn)行 K-均值聚類分析，下班時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 1 。

表 1 各建筑人員下班時(shí)間聚類結(jié)果

從表 1 統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，不同建筑具有不同的照明開關(guān)習(xí)慣和人員工作模式。建筑人員作息可分為 3 類，其中綠色辦公建筑 3 和建筑 2 加班情況較少，建筑 4 下班時(shí)間較晚，存在 21:00 和 0:05 兩個(gè)加班時(shí)間點(diǎn)，建筑 5 和建筑 6 還有部分人員加班到 0:00 左右。正常下班時(shí)間介于17:00～19:00 之間，加班時(shí)間則在 19:40～0:30，可以分為21:30 和 0:00 兩種加班模式。該結(jié)果對于建筑能耗預(yù)測和建筑末端用電模式分析都有借鑒意義。對于建筑的能耗模擬也可以提供更實(shí)際的人員作息時(shí)間表。

3 結(jié) 語

通過問卷調(diào)研和室內(nèi)測試的方法開展了使用者用能行為特征研究。為分析綠色辦公建筑使用者用能行為特征，對夏熱冬冷地區(qū)上海的綠色辦公建筑使用者開展了問卷調(diào)研，獲取了使用者關(guān)于空調(diào)、照明和辦公設(shè)備的使用習(xí)慣。進(jìn)一步對上海地區(qū) 6 棟綠色辦公建筑的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行照度測試，采用 K- 均值聚類分析方法，獲得上海地區(qū)使用者的加班模式。本文使用者用能行為特征分析將為綠色辦公建筑的用能管理政策的制定和綠色辦公建筑的能耗預(yù)測等都提供支持。