我国建筑能耗现状特点及未来发展认识

1 引言

近年来我国能源消费量不断攀升, 建筑能耗快速的增长是其中重要的原因。结合统计数据来看1, 我国建筑能源消耗持续增长, 十年来增长了近1倍。从中外建筑能耗对比来看, 如果参照发达国家发展水平, 未来我国建筑能耗还将成倍增长, 这与技术以及建筑的使用方式都有关系2。

由于能源储量限制和应对气候变化都要求对能源使用量进行控制规划, 建筑能耗是终端能源消费的重要组成部分, 对宏观建筑能耗量的认识是制定国家能源发展规划的基础;而“十八大”提出的“生态文明建设”进一步明确要求对能源消耗进行总量控制, 宏观建筑能耗量与未来发展趋势是制定建筑能耗总量控制目标的依据;此外, 如果从能源市场角度来看, 能源消耗量与供应量的关系将影响到能源的价格和供应的保障能力, 对居民生活和生产产生广泛而重大的影响。认识宏观建筑能耗量并掌握能耗特点, 是明确建筑节能目标和确定节能途径的必要条件。

然而, 我国相关部门并没有明确公布建筑能耗总量数据, 通过其数据只能估算出建筑能耗可能的范围;国内外一些研究机构, 基于模型和调研数据发布了中国建筑能耗量, 这些数据在建筑能耗内容、能耗边界、分类以及能源数据计算方法方面都存在差异, 为科学认识我国建筑能耗及其特点, 值得在这些方面进行对比讨论。

在认识我国建筑能耗现状的基础上, 根据能耗的影响因素及各因素的发展趋势, 可以研判未来我国建筑能耗发展的情景;进而根据能耗的特点分析建筑节能的关键点, 将为制定符合中国特点节能路径提供依据, 推动建筑能耗总量控制。本文将基于现有研究与调查数据, 对我国建筑能耗现状、发展趋势和节能关键点进行讨论分析。

2 建筑能耗的组成及特点

2.1 建筑能耗的内容

从名称来看, “建筑能耗”的概念包括“建筑”和“能耗”两个方面的内涵。建筑可分为工业建筑和民用建筑, 工业建筑直接服务于工业生产, 宜归为工业能耗部分;因此, “建筑”应该是包括居住建筑和公共建筑的民用建筑。有研究指出, 建筑能耗有广义和狭义之分, 广义的建筑能耗包括建筑材料生产、建筑营造等建筑建造过程能耗以及建筑运行过程能耗。建筑运行能耗, 指建筑物使用过程能耗, 包括照明、采暖、空调和其他用能设备的能耗, 在全寿命期中约有80%的能耗发生在建筑物使用过程中, 建筑运行能耗是建筑节能。这里定义建筑能耗, 指的是民用建筑在运行过程中的能源消耗。这与国际能源署 (IEA) 3, 美国能源信息部 (EIA) 4, 日本能源经济研究所 (IEEJ) 5和国家发改委能源研究所 (ERI) 6以及清华大学建筑节能研究中心 (BERC) 7等研究机构所公布的建筑能耗定义是基本一致的。

建筑运行过程中的能源消耗可以分为服务于建筑室内环境营造和建筑使用功能两部分, 前者包括空调、采暖和照明等能耗, 后者包括家电、办公电器、炊事和生活热水等能耗。有人认为建筑能耗只包括服务于建筑室内环境营造部分, 服务建筑功能使用的能耗应该归为生产能耗。然而, 这部分能耗主要产生在民用建筑中, 与建筑功能类型密切相关, 能耗统计与服务于建筑室内环境营造部分相同, 能源使用的主体都是建筑物的使用者, 开展节能工作的政策和技术措施都针对相同的对象。因此, 建筑能耗应该包括这两部分。

分析现有研究机构公布的能耗数据, 可以发现其对建筑能耗内容的表达通常包括能源用途和类型两个维度。从能源用途来看, 住宅建筑中主要包括家电、照明、炊事、生活热水、空调和采暖能耗;公共建筑主要的用能项为办公电器、照明、空调、采暖、生活热水和其他。从使用能源的类型来看, 电、天然气、液化石油气和煤在城镇建筑中广泛应用;而在农村建筑中电、煤、生物质能 (秸秆、薪柴等) 和沼气等类型能源广泛应用;此外, 太阳能生活热水设备在城乡住宅中应用较多。其中天然气、液化石油气和煤属于化石能源 (非可再生能源) , 由于以火电为主, 消耗电力可认为主要消耗了化石能源;生物质能、沼气和太阳能等都属于可再生能源。

从建筑能耗的内容来看, 对于建筑能耗的边界有两个问题值得关注:第一, 北方集中供暖的能耗是应该统计建筑中热耗, 还是需要考虑集中供热热源处的能源消耗;第二, 统计建筑能耗时, 是否要考虑安置在建筑物上的可再生能源 (如太阳能光伏板、太阳能热水等) 利用设备所生产的能源。

对于第一个问题, 当供暖系统为分散独立的热泵时, 能源消耗即为设备的能源消耗。而当供暖系统为集中系统时, 用于供暖的煤、天然气或其他燃料在热源处消耗, 建筑消耗的为由输配系统送达建筑的热力, IEA等研究机构认为供暖能耗就是建筑消耗的热力, 而不必考虑热源消耗的煤、天然气等能源量;清华大学则认为应将热源消耗的能源作为采暖能耗, 因为这些能源消耗的目的就是为建筑提供热力。如果仅从数据看, 两者都有一定的理由;如果考虑到北方地区以集中供暖形式为主, 推动供暖节能需从供热系统热源、输配和末端等整体进行考虑, 因此, 如果是为节能政策和技术提供数据支撑统计供暖能耗时, 应该将热源处和输配系统的能源消耗作为供暖能耗。

对于第二个问题需从以下几方面考虑:首先, 国家统计局统计公布的能耗数据中不包括安置在建筑物上的可再生能源设备生产的能源, 宏观量上难以获得;其次, 可再生能源利用技术如太阳能热水器、水源或地源热泵等, 利用的可再生能源直接服务于生活热水使用或空调、采暖用途, 能耗本身与技术相关, 统计其生产的能源并无明显意义;第三, 安置在建筑上的太阳能发电或风力发电设备, 由于规模有限, 其产生的可以利用电力量十分有限并且难以统计。因此, 认为在统计建筑能耗时, 可不统计安置在建筑物上的可再生能源设备生产的能源。

从建筑能耗服务的建筑功能类型、使用人群和能源种类等角度, 可以对建筑用能进行归类, 把握不同种类建筑用能的特点, 并依据其特点提出可行的节能技术或途径。当前美国、日本和其他发达国家的能源统计或研究机构, 将建筑能耗分为了住宅能耗和公共建筑能耗两类, 这主要是从建筑的功能角度进行分类的。由于我国城乡二元结构, 以及北方城镇集中采暖的系统形式和用能方式, 在对我国建筑用能特点进行研究时, 应将其作为分类的依据。

由于建筑功能差异造成的不同, 城乡住宅用能的不同, 以及北方城镇集中供暖的用能方式和强度特点, 现有研究认为根据我国建筑用能的实际特点, 建筑能耗应分为北方城镇采暖能耗、公共建筑 (除北方城镇采暖) 能耗 (以下简称“公共建筑能耗”) 、城镇住宅 (除北方城镇采暖) 能耗 (以下简称“城镇住宅能耗”) 以及农村住宅能耗。各类建筑能耗特点差异明显, 能源使用与管理的主体不同, 相应的节能技术措施也将不同。

2.2 建筑能耗的换算方法

建筑使用的能源类型多样, 而由于其品位和能源热量单位不同, 在对建筑消费的能源总量进行统计时需要进行换算。

从已有的研究来看, 《建筑能耗数据分类及表示方法》 (JG/T 358-2012) 中指出当前有热当量法、发电煤耗法和等效电法等三种能源换算方法。在《中国能源统计年鉴》中, 采用了发电煤耗法和电热当量法对工业、交通和建筑等各类能源消耗进行了统计;国际能源署 (IEA) 给出了部分替换法和实际能量含量法 (分别相当于发电煤耗法和热当量法) , 在其公布的数据采用了实际能量含量法, 同时指出, 对于用燃料发电量占较大比重的国家, 部分替换法对于能源总量平衡和确定发展规划有一定优势;美国能源信息署 (EIA) 发布的美国及全球能耗数据, 也采用了热当量法。

经合组织国家的电力生产以核电、水电或多种化石能源发电为主, 采用热当量法比较合适;从中国实际情况来看, 煤是主要的发电燃料, 因而更适合采用发电煤耗法。

3 我国建筑能耗发展的整体趋势

3.1 建筑能耗影响因素及其发展趋势

宏观建筑能耗量与建筑能耗强度指标, 以及能耗强度对应的宏观参数相关。由于公共建筑用能通常以建筑物整体为单位管理, 而建筑体量大小差异显著, 宜用单位面积作为能耗指标;而从家电、炊事、空调等各终端用能项来看, 住宅用能以家庭户为单位, 各类技术设备的选用和能源费用缴纳也是以家庭为单位, 因而宜选用户能耗作为能耗指标。可以认为公共建筑能耗由单位面积能耗和公共建筑面积确定, 城镇住宅能耗则由户能耗强度和城镇住宅户数确定。

分析来看, 建筑面积、人口、家庭户数以及设备拥有率是影响建筑能耗的宏观参数。而对于建筑能耗强度的影响因素, 宜结合建筑的各终端用能项进行分析:

1) 空调和采暖服务于室内环境营造, 影响其能耗的因素包括气候条件、建筑形式和围护结构性能、室内设备产热量和人员密度、空调或采暖设备性能、设备的使用方式和室内环境服务水平 (如设定温度、空调或采暖空间) 等;

2) 对于北方城镇采暖, 除了上述空调和采暖能耗影响因素之外, 还包括热源类型和热力生产效率、热力管网的保温性能和输配设备的性能及运行方式等;

3) 照明能耗受室外照度、建筑形式与窗墙比、照明服务水平及实际使用方式的影响;

4) 办公或家用电器、生活热水、炊事和其他用能项主要服务于建筑使用功能, 其能耗与设备的性能以及使用方式相关;

5) 生活热水能耗的影响因素主要包括设备形式 (如太阳能热水、燃气热水还是电热水) 、设备性能和热水使用量;

6) 机械通风能耗的影响因素主要包括建筑形式、通风设备性能、送风量和系统运行方式等;

7) 炊事的能源消耗与炊事设备效率、炊事频率和每次炊事量相关。而其他用能项如电梯能耗, 与设备的性能和使用方式等因素相关。

从各个因素的特点来看, 气候属于客观条件, 其他各项均可以属于人为条件。而建筑形式、围护结构性能以及设备性能可以认为是技术因素;设备运行管理和使用方式、人员活动方式以及室内环境服务水平, 可以认为是使用方式因素。因而, 可以将建筑能耗强度的影响因素归纳为气候、技术因素和使用方式因素。

3.2 建筑能耗整体发展趋势

分析未来建筑能耗发展趋势, 从宏观影响因素来看, 随着我国社会和经济的发展, 各类建筑面积、城镇人口和户数都有明显增长的趋势, 农村人口减少, 但家庭中各类设备的拥有率明显增加。从建筑能耗强度影响因素来看, 技术的进步对能耗的影响表现为两个方面:提高灯具、冰箱和房间空调器等设备的效率, 能够减少单位使用量的能耗;而办公电器、家电、炊事等设备种类的增加, 增加了用能设备, 将可能促使能耗强度增加。各类终端用能的使用方式将随着需求的变化而改变, 例如夏热冬冷地区采暖使用时间随着采暖需求增长而延长, 生活热水需求量的增加, 也将促使生活热水能耗增加。

1) 北方城镇采暖用能:随着北方地区围护结构性能提升, 集中热源效率提高、工业余热大量利用, 以及末端调节技术改进, 北方城镇采暖用能强度将持续降低。另一方面, 北方城镇建筑面积还将大幅增长, 需要供暖的建筑面积也在明显增加, 这将使得北方城镇采暖用能总量在短期内不会因为强度的降低而下降。

2) 公共建筑用能:从当前实际运行情况看, 大部分公共建筑室内环境服务水平已基本满足使用需求, 办公电器能耗也不会有明显的增长趋势。相比较而言, 大型公共建筑能耗强度较高, 能耗增长趋势较为明显。这将是建筑节能工作的重点。

3) 城镇住宅用能:随着居民生活水平提高, 城镇住宅中的空调、夏热冬冷地区采暖、家电、生活热水等方面能耗需求还将有明显的增长趋势, 尽管照明和炊事能耗增长需求不明显, 城镇住宅家庭能耗强度还将明显增长。与此同时, 城镇居民数量的增加, 将使得城镇住宅能耗总量可能成为增幅最为明显的一类。

4) 农村住宅用能:随着农村经济发展, 农村居民越来越多的使用商品能源, 逐步替代用于炊事、生活热水和采暖的生物质能源, 尽管农村居民人口减少, 农村居民商品能耗总量还将持续增加。

4 建筑节能的关键点

从各类建筑能耗的影响因素和用能环节、节能工作的主体以及节能的目标来看, 各类建筑能耗的节能关键点不同。为深入推进建筑节能, 应针对这几类建筑能耗的关键点, 有针对性的开展节能工作;同时, 影响建筑能耗的主要因素, 也应作为分析建筑能耗的输入参数, 从而能够分析不同节能政策和技术措施下, 未来建筑能耗的发展情景, 为制定有效的节能技术途径提供支撑。

下面从建筑能耗的影响因素出发, 分析在以降低实际能耗作为节能目标情况下, 各类建筑能耗节能的关键点。

4.1 各类建筑节能的主体

从影响建筑能耗的因素出发, 对各类建筑节能承担责任的主体不同。

北方城镇采暖以集中系统为主, 分析各种规模的集中供热系统, 都包括了热源、输配系统和建筑中末端散热装置等三个环节。负责各个环节的能源使用和节能工作的主体不同。热电厂或锅炉房运行经营方是热源处的节能主体;供热公司负责各级输配和换热站运行维护, 是输配系统的节能主体;而建筑的设计、使用者是对建筑耗热量负责的节能主体。

公共建筑能耗主要包括空调、照明、生活热水、办公电器和夏热冬冷地区采暖等用能项。除区域供冷、供热或生活热水, 其他项能源使用基本在建筑中, 能源计量或统计也以建筑为单位;而在我国公共建筑中, 使用区域供冷、供热或生活热水的比例非常低。因此, 公共建筑节能的主体主要是建筑的设计者和建造者、建筑及设备的运行管理和使用者。

城镇住宅能耗主要包括空调、家电、照明、生活热水、炊事和夏热冬冷地区采暖等用能项。由于住宅用能以家庭为单位, 城镇住宅节能的主体应该是家庭户, 以及住宅建筑的设计者和建造者。少量使用集中空调或生活热水系统的住宅建筑, 系统运行管理者是系统节能的主体。此外, 小区的物业管理者是公共区域的照明、电梯等节能的主体。

农村住宅能耗所包括的用能项与城镇住宅相同, 主要差别在所用能源的类型上。农村住宅绝大部分由农民自主建设, 用能同样以家庭为单位, 因此, 农户是农村住宅节能的主体。

4.2 各类建筑节能的关键点

从建筑能耗的影响因素来看, 各类建筑用能的关键点不同;而对应不同的影响因素和节能主体, 应采用相应的节能政策、技术和评价管理方法。

对于北方城镇采暖节能, 应从集中采暖系统的三个环节着手, 其关键技术主要包括:1) 提高热源效率;2) 优化系统调节能力, 减少过量供热损失;3) 提高建筑围护结构保温与气密性能。相应的, 通过能源发展规划和价格机制促进热源运营方选择高效的热源系统, 通过改革供热收费机制激励供热公司调节系统供热量以及用户对末端供热的调节, 通过制定并推行建筑节能设计标准推广围护结构保温并加强气密性能。

对于公共建筑, 由于各项用能设备的技术和使用方式因素相互影响, 应以实际能耗作为评价标准。对于营造室内环境的终端用能项, 将使用方式与建筑形式、系统和设备类型结合考虑。已有的优秀节能建筑案例主要措施包括, 优化建筑被动式通风、采光设计, 并使得各个建筑房间的室内状态可以分散独立调节, 以满足不同的需求, 同时减少无室内环境调节需求时使用设备而产生的能源浪费。对于服务于建筑功能的用能项, 应尽可能提高设备或系统的效率, 使得在同样使用强度下, 能耗最低。通过加强建筑建造审批和建筑节能设计标准执行, 促使建筑的设计者尽可能优化建筑的被动式设计;通过以实际能耗作为节能评价标准, 加强对建筑运行的监管, 促使建筑及设备的运行管理和使用者通过使用方式节能。

对于城镇住宅, 重视引导绿色生活方式以及发展与之相适应的技术与设备, 是其节能的关键点。对于营造室内环境的终端用能项, 重视自然通风和自然采光的设计, 能够有效的减少空调和照明使用时间, 而太阳能生活热水、节能家电和炊事电器的应用, 有利于降低这些用能项的能耗。与公共建筑类似, 加强建筑节能审批和节能设计标准的执行是促使建筑设计者进行节能设计的主要途径, 而通过能效等级制度促使电器生产企业淘汰低效产品, 通过阶梯电价引导居民选择节能电器并保持节能使用方式。

与城镇住宅不同, 农村有丰富的生物质资源和良好的自然环境条件, 因而, 发展生物质能、沼气和太阳能利用技术, 同时优化建筑被动式设计, 减少采暖和空调能耗需求, 推动节能灯具的应用, 是农村住宅节能的关键点。由于农村经济条件薄弱、技术水平较落后, 推动农村建筑节能需要政府在政策和经济方面的支持。农村住宅节能的主体是农村居民, 通过政策引导、技术与经济支持, 促进农民积极参与农村建筑节能中。

5. 结论

从能耗内容来看, 可以从具体的能源用途和能源类型两方面进行分析。从宏观角度来看, 由于对应的建筑功能和用能的方式不同, 以及所用能源类型的差异, 建筑能耗特点呈现明显的差异, 对其进行归类有利于从整体上更好的认识。

从宏观建筑能耗来看, 建筑节能是一项系统工程;建筑能耗的影响因素包括气候条件、建筑形式和性能、技术和系统性能、系统运行方式、使用行为方式和室内服务水平等。除气候条件外, 其他影响因素均为人为因素, 并可以归纳为技术因素和使用方式因素两类。推动建筑节能应针对各用能项的技术和使用方式因素, 对不同的主体制定相应的政策和技术措施, 引导使用方式节能。

总体来看, 未来我国建筑能耗总量还将有较为明显的增长趋势, 通过技术创新、市场促进和相应政策, 推动建筑节能深入开展任重道远。

摘要：对建筑能耗的边界、内容和主要特点的辨识, 是开展建筑节能工作的重要基础。自“十五”以来, 国家对建筑节能投入巨大, 在北方地区大面积推广建筑围护结构保温, 提高供热锅炉效率, 取得了良好的节能效果。随着节能工作的深入, 更需要从宏观层面解析建筑能耗的构成与发展趋势, 从而整体把握建筑节能工作的重点和需着重突破的难点。本文从建筑能耗的组成与特点出发, 认为我国建筑能耗应分为北方城镇采暖、公共建筑、城镇住宅和农村住宅能耗等四部分;由于能源供应结构, 在进行能耗统计时宜采用发电煤耗法。分析人口、城镇化率、建筑规模和生活水平, 未来我国建筑能耗还有较大的增长趋势, 通过技术创新、市场促进和相应政策, 推动建筑节能深入开展任重道远。

关键词：建筑能耗,影响因素,发展趋势,用能分类

参考文献

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