建筑節(jié)能改造項(xiàng)目節(jié)能效果核定方法及案例分析

夏 嬋 卜 震 蔣友娣

上海市建筑科學(xué)研究院

建筑節(jié)能改造項(xiàng)目節(jié)能效果核定方法及案例分析

夏 嬋 卜 震 蔣友娣

上海市建筑科學(xué)研究院

公共建筑節(jié)能改造項(xiàng)目的節(jié)能效果除與節(jié)能措施相關(guān)外，與室外天氣、建筑使用頻率和運(yùn)行管理等主要影響因素密切相關(guān)，通過(guò)調(diào)研及分析，提出適宜上海市改造項(xiàng)目的節(jié)能效果核定方法。采用本核定方法，選取2個(gè)不同建筑類型節(jié)能改造項(xiàng)目的節(jié)能效果進(jìn)行了實(shí)例分析。結(jié)果表明，對(duì)節(jié)能改造項(xiàng)目進(jìn)行節(jié)能效果核定時(shí)，主要影響因素對(duì)能耗的影響有著舉足輕重的影響。尤其對(duì)于有財(cái)政補(bǔ)貼的節(jié)能改造項(xiàng)目，必須充分全面地考慮這些關(guān)鍵因素的影響。

建筑節(jié)能；節(jié)能效果；核定方法；財(cái)政補(bǔ)貼

Fund Item: Shanghai Municipal Scientific Technology Committee Science Research Plan Topic（16DZ1202401）and Shanghai Architecture Science and Research Institute(Group)Co.,Ltd Science Technology Innovation Topic（HT0216049E605）

為實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)單位生產(chǎn)總產(chǎn)值能耗“十一五”期間降低20%、“十二五”期間降低16%的約束性指標(biāo)，國(guó)家和上海市制定了節(jié)能技術(shù)改造、合同能源管理、可再生能源發(fā)展等主要政策[1]。其中，節(jié)能技術(shù)改造政策主要是通過(guò)鼓勵(lì)和引導(dǎo)企業(yè)加大節(jié)能技術(shù)改造的投入、提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的總體目標(biāo)。上海市財(cái)政對(duì)企業(yè)實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造和合同能源管理項(xiàng)目的專項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)資金是與項(xiàng)目完工后年節(jié)能效果（年節(jié)能量或節(jié)能率）相掛鉤的，因此項(xiàng)目改造后實(shí)際節(jié)能效果的準(zhǔn)確核定是關(guān)鍵。眾所周知，公共建筑節(jié)能改造項(xiàng)目的實(shí)際節(jié)能效果除與節(jié)能技術(shù)措施相關(guān)以外，還與室外天氣、建筑使用頻率及運(yùn)行管理等因素密切相關(guān)。重慶某酒店節(jié)能改造項(xiàng)目，改造前年能耗運(yùn)行費(fèi)用為90萬(wàn)元，而節(jié)能改造后第一年能耗運(yùn)行費(fèi)用卻達(dá)100萬(wàn)元，節(jié)能效果無(wú)法正常體現(xiàn)，導(dǎo)致節(jié)能服務(wù)公司和業(yè)主出現(xiàn)矛盾糾紛。后經(jīng)調(diào)查，這主要是因?yàn)楦脑旌蟮谝荒甑臉O端氣溫天氣比改造前多一倍，導(dǎo)致能耗空調(diào)費(fèi)用增加[2]。由此慮及上?，F(xiàn)有的計(jì)算方法，實(shí)際靜態(tài)而缺乏一定靈活性，對(duì)改造項(xiàng)目節(jié)能效果與主要影響因素的關(guān)系研究較少。故，通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外已有節(jié)能量計(jì)算方法現(xiàn)狀和分析上海市不同建筑類型節(jié)能措施的節(jié)能效果核定案例，給出了相對(duì)準(zhǔn)確的節(jié)能量（率）核定方法，同時(shí)，針對(duì)節(jié)能效果與主要影響因素的關(guān)系也給出了計(jì)算模型。最后，選取2個(gè)不同建筑類型節(jié)能改造項(xiàng)目的節(jié)能效果進(jìn)行了實(shí)例分析，得出除節(jié)能技術(shù)措施外，主要影響因素對(duì)建筑節(jié)能改造項(xiàng)目的實(shí)際節(jié)能效果影響的重要性，尤其對(duì)于申報(bào)財(cái)政補(bǔ)貼資金的節(jié)能改造項(xiàng)目。

1 節(jié)能效果的核定方法

1.1 國(guó)際現(xiàn)狀

目前，國(guó)際節(jié)能量計(jì)算的主要依據(jù)為《國(guó)際節(jié)能效果測(cè)量和驗(yàn)證規(guī)程》（簡(jiǎn)稱IPMVP），其以M&V為基礎(chǔ)，給出了4種通用節(jié)能量驗(yàn)證方法[3]，具體如下：

方法A：隔離改造部分，測(cè)量部分關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量部分關(guān)鍵參數(shù)確定節(jié)能量；

方法B：隔離改造部分，測(cè)量所有參數(shù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所有關(guān)鍵參數(shù)確定節(jié)能量；

方法C：測(cè)量整體耗能設(shè)施。通過(guò)測(cè)量耗能設(shè)施整體或部分來(lái)確定節(jié)能量，需進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；

方法D：經(jīng)校準(zhǔn)的模擬。規(guī)程中給出的這些方法是通用性的原則和概念，缺乏針對(duì)具體的節(jié)能技術(shù)項(xiàng)目的節(jié)能量核算方法。

1.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)改造項(xiàng)目的節(jié)能量計(jì)算依據(jù)主要為國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部于2008年印發(fā)的《節(jié)能項(xiàng)目節(jié)能量審核指南》、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院聯(lián)合中國(guó)節(jié)能協(xié)會(huì)等單位2012年發(fā)布的《節(jié)能量測(cè)量與驗(yàn)證技術(shù)通則》及其典型節(jié)能改造項(xiàng)目節(jié)能量測(cè)量和驗(yàn)證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如《節(jié)能量測(cè)量和驗(yàn)證技術(shù)要求 中央空調(diào)系統(tǒng)》、《節(jié)能量測(cè)量和驗(yàn)證技術(shù)要求 照明系統(tǒng)》等）。這一系列標(biāo)準(zhǔn)是在IPMVP給出的通用原則和方法上進(jìn)行編寫的，其中涉及的能耗校準(zhǔn)、回歸模型等方法仍比較原則和籠統(tǒng)，可操作性不強(qiáng)，對(duì)采用同一技術(shù)項(xiàng)目的節(jié)能量核定，有時(shí)仍會(huì)發(fā)生較大偏差。

上海市也加強(qiáng)了節(jié)能量計(jì)算和審核的地方標(biāo)準(zhǔn)編制力度，近年來(lái)陸續(xù)發(fā)布了《節(jié)能技術(shù)改造及合同能源管理項(xiàng)目節(jié)能量審核與計(jì)算方法》、《上海市公共建筑節(jié)能改造重點(diǎn)城市示范項(xiàng)目節(jié)能量審核辦法（試行）》等，但這些標(biāo)準(zhǔn)仍存在建筑適宜性單一、能耗修正等問(wèn)題。

1.3 節(jié)能效果核定方法

由于公共建筑節(jié)能改造項(xiàng)目的節(jié)能效果除與節(jié)能措施相關(guān)外，與室外天氣、建筑使用頻率和運(yùn)行管理等主要影響因素密切相關(guān)。通過(guò)分析國(guó)際、國(guó)內(nèi)及上海市已有節(jié)能量核定標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)綜合上海市公共建筑節(jié)能改造項(xiàng)目的用能特性及改造措施類型，對(duì)改造項(xiàng)目節(jié)能效果核定時(shí)，當(dāng)影響用能系統(tǒng)或設(shè)備能耗的室外空氣溫度、建筑使用頻率等主要影響因素或建筑部分功能發(fā)生較大變化時(shí)，應(yīng)以核定期內(nèi)的運(yùn)行工況為標(biāo)準(zhǔn)工況，對(duì)基準(zhǔn)期能耗進(jìn)行修正，如圖1所示。節(jié)能改造項(xiàng)目節(jié)能效果（節(jié)能量和節(jié)能率）

圖1 節(jié)能效果與基準(zhǔn)期和核定期能耗的關(guān)系圖

核定方法，分別如式（1）和式（2）：

節(jié)能量核定方法：

式中：Es——節(jié)能量，kgce或kWhe；

Eb——基準(zhǔn)期能耗，kgce或kWhe；

Er——核定期能耗，kgce或kWhe；

?E——基準(zhǔn)期擬合修正量，kgce或kWhe；

?E'——基準(zhǔn)期非擬合修正量，kgce或kWhe。

節(jié)能率核定方法：

式中：es——節(jié)能率，%。

式（2）中基準(zhǔn)期擬合修正僅考慮改造前后主要能耗影響因素發(fā)生變化引起的節(jié)能效果差異，而基準(zhǔn)期擬合修正僅針對(duì)較少的建筑功能發(fā)生變化改造項(xiàng)目，本文僅分析前者?；鶞?zhǔn)期擬合修正量宜按式（3）方法計(jì)算：

建立基準(zhǔn)期能耗與影響能耗的主要影響因素的相關(guān)性模型，按下式計(jì)算且復(fù)相關(guān)系數(shù)R2應(yīng)大于0.8。

式中：xi——基準(zhǔn)期主要影響因素的值。

基準(zhǔn)期擬合能耗修正量按式（4）計(jì)算：

式中：x'i——核定期主要影響因素的值。

2 實(shí)例分析

2.1 實(shí)例1

2.1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該建筑始建于2005年，總建筑高度超出300m，共70多層，其中地下3層，地上66層，總建筑面積17萬(wàn)m2有余，主要功能區(qū)包括商場(chǎng)和酒店，其中酒店區(qū)域面積為11.5萬(wàn)m2。2014年4月，該建筑酒店區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)和照明系統(tǒng)陸續(xù)實(shí)施了節(jié)能改造，2015年5月正式完工。

2.1.2 節(jié)能效果核定

該酒店消耗的能源種類主要為電力和天然氣。其中，電能為主要消耗能源，用于酒店空調(diào)、照明、電梯等主要用能系統(tǒng)；天然氣主要用于酒店生活熱水制備以及酒店廚房等。根據(jù)改造周期時(shí)間，進(jìn)行節(jié)能效果核定時(shí)，基準(zhǔn)期選擇2013年（即改造前完整年），核定期選擇2016年（即改造后完整年）。

（1）不考慮節(jié)能效果與主要影響因素關(guān)系的節(jié)能量（率）

進(jìn)行節(jié)能效果核定時(shí)，如不考慮節(jié)能效果與主要影響因素的關(guān)系，根據(jù)式（1）可知，?E和?E'均為0，此種情況下本項(xiàng)目年節(jié)能量為1 105 tce，年節(jié)能率為15%。具體計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 不考慮主要影響因素時(shí)的節(jié)能效果

（2）考慮節(jié)能效果與主要影響因素關(guān)系的節(jié)能量（率）

進(jìn)行節(jié)能效果核定時(shí)，如考慮節(jié)能效果與主要影響因素的關(guān)系，首先應(yīng)根據(jù)式（3）和式（4）計(jì)算得出?E值（?E'仍為0）。計(jì)算時(shí)，選取2011年和2012年1月～12月年能耗與主要影響因素進(jìn)行建模，主要影響因素取室外溫度和酒店入住率。通過(guò)分析，本酒店能耗與主要影響因素的關(guān)系如下所示：

式中：Ebi—第i月根據(jù)該月平均溫度和月均客房入住率擬合得出的建筑該月的日平均用電量，kWh；

X1i—第i月室外平均溫度，℃；

X2i—第i月客房平均入住率，%。

其中，相關(guān)性模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2為0.81。

根據(jù)上述相關(guān)性模型，將2013年主要影響因素值代入預(yù)測(cè)該酒店2013年總能耗，并將預(yù)測(cè)值與實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示兩者之間偏差為1.8%，說(shuō)明該相關(guān)性模型可較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該酒店能耗，具體如表2所示。

表2 基準(zhǔn)年實(shí)際能耗與預(yù)測(cè)能耗對(duì)比分析表

然后將核定期主要影響因素代入上述相關(guān)性模型中，即可得在核定期運(yùn)行工況下的基準(zhǔn)期年能耗，此時(shí)即可得出?E值，為-42 tce；再根據(jù)式（1）和式（2）即可得考慮主要影響因素后的年節(jié)能量為1 064 tce，年節(jié)能率為14%，具體如表3所示。

表3 考慮主要影響因素時(shí)的節(jié)能效果

（3）總結(jié)

將本節(jié)能改造項(xiàng)目的兩種計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，如表4所示，可知考慮主要影響因素與否核定的節(jié)能率差異不是很明顯，僅為1%；但本項(xiàng)目如想申請(qǐng)《上海市建筑節(jié)能和綠色建筑示范項(xiàng)目》專項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)資金[4]，則不滿足申報(bào)要求。

表4 考慮主要影響因素與否的節(jié)能效果對(duì)比表

2.2 實(shí)例2

2.2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該建筑始建于2009年，包括多個(gè)單體建筑，主要用于辦公。建筑總面積為9.6萬(wàn)m2，單體建筑中高度最高達(dá)60 m，層數(shù)最多有12層。為了有效貫徹國(guó)家節(jié)能政策，該建筑于2015年1月開始，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和廚房灶具陸續(xù)進(jìn)行了節(jié)能改造，至2015年4月正式完工。

2.2.2 節(jié)能效果核定

該辦公建筑消耗的能源種類主要為電力和天然氣，主要的用能系統(tǒng)包括：空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、信息機(jī)房和其他用能系統(tǒng)。根據(jù)改造周期時(shí)間，進(jìn)行節(jié)能效果核定時(shí)，基準(zhǔn)期選擇2014年（即改造前完整年），核定期選擇2015年5月～2016年4月（即改造后完整年）。

（1）不考慮節(jié)能效果與主要影響因素關(guān)系的節(jié)能量（率）

進(jìn)行節(jié)能效果核定時(shí)，如不考慮節(jié)能效果與主要影響因素的關(guān)系，根據(jù)式（1）可知，?E和?E'均為0，此種情況下本項(xiàng)目年節(jié)能量為471 tce，年節(jié)能率為15%。具體計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 不考慮主要影響因素時(shí)的節(jié)能效果

（2）考慮節(jié)能效果與主要影響因素關(guān)系的節(jié)能量（率）

進(jìn)行節(jié)能效果核定時(shí)，如考慮節(jié)能效果與主要影響因素的關(guān)系，首先應(yīng)根據(jù)式（3）和式（4）計(jì)算得出?E值（?E'仍為0）。計(jì)算時(shí)，選取2012年和2013年1月～12月年能耗與主要影響因素進(jìn)行建模，主要影響因素取室外溫度和就餐人數(shù)。通過(guò)分析，本酒店能耗與主要影響因素的關(guān)系如下所示：

式中：Ebi—第i月根據(jù)該月平均溫度和月均客房入住率擬合得出的建筑該月的日平均用電量，kWh；

X1i—第i月室外平均溫度，℃；

X2i—第i月就餐人數(shù)，%。

其中，相關(guān)性模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2為0.89。

根據(jù)上述相關(guān)性模型，將2014年主要影響因素值代入預(yù)測(cè)該建筑2014年總能耗，并將預(yù)測(cè)值與實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示兩者之間偏差為5.3%，說(shuō)明該相關(guān)性模型可較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該酒店能耗，具體如表6所示。

表6 基準(zhǔn)年實(shí)際能耗與預(yù)測(cè)能耗對(duì)比分析表

然后將核定期主要影響因素代入上述相關(guān)性模型中，即可得在核定期運(yùn)行工況下的基準(zhǔn)期年能耗，此時(shí)即可得出?E值，為161 tce；再根據(jù)式（1）和式（2）即可得考慮主要影響因素后的年節(jié)能量為632 tce，年節(jié)能率為20%，具體如表7所示。

表7 考慮主要影響因素時(shí)的節(jié)能效果

（3）總結(jié)

將本節(jié)能改造項(xiàng)目的兩種計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，如表8所示，可知考慮主要影響因素與否核定的節(jié)能率差異較明顯，達(dá)5%。本項(xiàng)目如想申請(qǐng)《上海市建筑節(jié)能和綠色建筑示范項(xiàng)目》專項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)資金，則修正與否對(duì)節(jié)能量補(bǔ)貼的單價(jià)影響較大。

表8 考慮主要影響因素與否的節(jié)能效果對(duì)比表

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)公共建筑節(jié)能改造項(xiàng)目節(jié)能效果核定方法的探討及實(shí)際案例的分析可知，在核定節(jié)能效果時(shí)，以核定期運(yùn)行工況為前提，考慮主要影響因素對(duì)實(shí)際節(jié)能效果的一方面排除了影響節(jié)能效果核定的不確定因素的干擾，另一方面使得節(jié)能效果計(jì)算更加客觀、公平和準(zhǔn)確，同時(shí)也使得政府對(duì)節(jié)能技改項(xiàng)目實(shí)施財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)依據(jù)更充分。

[1] 宋丹丹.節(jié)能項(xiàng)目節(jié)能量審核工作方法與改進(jìn)建議[J].上海：上海節(jié)能，2015，（7）

[2] 常凈宜.基于能源利用效率的公共建筑合同能源管理節(jié)能量計(jì)算方法探討[J].上海：建筑節(jié)能，2013，（5）

[3]國(guó)際能效評(píng)估組織.國(guó)際節(jié)能效果測(cè)量與驗(yàn)證規(guī)程[EB/OL].[2007-04-01].http://www.evo-word.org

[4] 上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì)，上海市發(fā)展和改革委員會(huì)文件，上海市財(cái)政局.關(guān)于印發(fā)《上海市建筑和綠色建筑示范項(xiàng)目專項(xiàng)扶持辦法》的通知[Z]

Verification Methods and Case Studies on Energy Saving Effect of Architecture Energy Conservation Renovation Project

Xia Chan, Bo Zhen, Jiang Youdi
Shanghai Architecture Science and Research Institute

Energy saving effect of public architecture energy conservation renovation has connection with outdoor weather conditions and architecture using frequency and operation management as main impact factors, besides energy saving measures. The author analyzes and puts forward suitable verification methods on energy saving effect of Shanghai architecture renovation projects through surveys. Applying such verification methods and choosing two energy conservation renovation projects of different architecture types to compare energy saving effect with case analysis. The results show that main impact factors have tremendous influence on energy consumption when using verification methods on energy saving effect of eneryg conservation renovation projects, especially for those energy conservation renovation projects with financial subsidies, the author suggests that these factors be put into consideration fully and comprehensively.

Architecture Energy Conservation, Energy Saving Effect, Verification Methods, Financial Subsidy

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃課題（16DZ1202401）以及上海市建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司科技創(chuàng)新項(xiàng)目（HT0216049E605）

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.06.004

夏嬋：女，工學(xué)碩士，工程師。