民用建筑能源消耗影響因素范文

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《工業(yè)工程雜志》2015年第六期

摘要:

以近年陜西省民用建筑能源消耗現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，通過(guò)構(gòu)建民用建筑能源消耗影響因素假設(shè)模型，采用多元線(xiàn)性回歸法對(duì)各影響因素進(jìn)行分析。結(jié)果表明，人口總量、城鄉(xiāng)人口結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、居民消費(fèi)水平與第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展均會(huì)促進(jìn)陜西省民用建筑能源消耗，而現(xiàn)階段技術(shù)進(jìn)步對(duì)降低建筑能耗的作用是不明顯的。就降低陜西省民用建筑能耗提出對(duì)策建議，旨在為陜西省相關(guān)部門(mén)找到建筑節(jié)能的著力點(diǎn)，更好地開(kāi)展建筑節(jié)能減排工作提供參考。

關(guān)鍵詞:

陜西;民用建筑;能源消耗;影響因素

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，建筑能耗在國(guó)民經(jīng)濟(jì)總能耗中所占比例越來(lái)越高。在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的迫切要求下，提高能源使用效率、降低建筑能耗成為我國(guó)能源政策中的重要組成部分。《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》中將建筑列為節(jié)能減排重點(diǎn)領(lǐng)域，并提出:在“十二五”時(shí)期形成600萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能能力［1］。陜西省作為國(guó)家低碳試點(diǎn)省區(qū)，為創(chuàng)建國(guó)家低碳示范省，在《陜西省“十二五”規(guī)劃》中明確提出單位生產(chǎn)總值能耗降低16%、二氧化碳排放降低15%的約束性目標(biāo)，并將建筑、公共機(jī)構(gòu)等納入重點(diǎn)節(jié)能領(lǐng)域。為使陜西省節(jié)能相關(guān)部門(mén)從宏觀(guān)角度更好地開(kāi)展建筑節(jié)能減排工作，本文結(jié)合陜西省實(shí)際情況，對(duì)影響陜西省民用建筑能源消耗的宏觀(guān)因素展開(kāi)研究，以期識(shí)別出影響民用建筑能耗的關(guān)鍵因素，確定各因素對(duì)建筑能耗的影響程度，找到推動(dòng)建筑節(jié)能工作的著力點(diǎn)，為政府部門(mén)出臺(tái)有針對(duì)性的政策措施、制定建筑節(jié)能戰(zhàn)略規(guī)劃提供依據(jù)。

1陜西省民用建筑能源消耗測(cè)算

根據(jù)《民用建筑設(shè)計(jì)通則》［2］，民用建筑是指供人們居住和進(jìn)行公共活動(dòng)用的居住建筑和公共建筑的總稱(chēng)。建設(shè)部于2000年對(duì)建筑能耗的含義做出解釋:所謂建筑能耗就是指建筑運(yùn)行使用能耗，它包括采暖、照明、動(dòng)力、空調(diào)等用能，即去除建筑施工能耗、新建建筑建材能耗，只取建筑的運(yùn)行、使用能耗［3］。江億認(rèn)為“民用建筑的運(yùn)行能耗，即在住宅、辦公建筑、學(xué)校、商場(chǎng)、賓館、交通樞紐、娛樂(lè)設(shè)施等非工業(yè)建筑內(nèi)，為居住或使用者提供采暖、通風(fēng)、空調(diào)、照明、炊事、生活熱水，以及為了實(shí)現(xiàn)建筑的各項(xiàng)服務(wù)功能所使用的能源”［4］。綜上，本文界定的陜西省民用建筑能源消耗即為陜西省民用建筑物運(yùn)行、使用過(guò)程所消耗的能源，即民用建筑物建成后在其運(yùn)行或使用階段，為滿(mǎn)足人們的一定使用功能所產(chǎn)生的能源消耗，包括照明、采暖、空調(diào)、電梯、熱水供應(yīng)、炊事、家用電器、辦公設(shè)備等能耗。

目前，我國(guó)能源統(tǒng)計(jì)工作，一直是以經(jīng)濟(jì)活動(dòng)來(lái)劃分的，對(duì)終端能源消費(fèi)僅統(tǒng)計(jì)品種和數(shù)量，不分具體用途，缺少直接反映建筑運(yùn)行能源消耗的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。因此民用建筑能耗只能通過(guò)間接計(jì)算的方法獲得。在既有研究基礎(chǔ)上［4-6］，本文采用宏觀(guān)模型對(duì)陜西省民用建筑能耗進(jìn)行測(cè)算，將民用建筑能耗分為城鎮(zhèn)采暖能耗、城鎮(zhèn)住宅除采暖外能耗、公共建筑除采暖外能耗與農(nóng)村住宅能耗4部分。對(duì)于城鎮(zhèn)采暖能耗可按城鎮(zhèn)消費(fèi)的煤耗城與鎮(zhèn)集中供暖能耗之和所得;對(duì)于城鎮(zhèn)住宅除采暖外能耗與農(nóng)村住宅能耗可按能源統(tǒng)計(jì)年鑒中地區(qū)能源平衡表居民生活消費(fèi)項(xiàng)能耗扣除交通能耗所得(扣除全部汽油、95%的柴油)［6］;對(duì)于公共建筑除外暖外能耗可將能源統(tǒng)計(jì)年鑒中地區(qū)平衡表中批發(fā)、零售業(yè)和住宿、餐飲業(yè)項(xiàng)能耗與其他行業(yè)(包括公共居民服務(wù)和咨詢(xún)業(yè)、衛(wèi)生體育社會(huì)福利、教育文藝、廣播電視、科研和綜合技術(shù)服務(wù)、國(guó)家黨政機(jī)關(guān)和社會(huì)團(tuán)體等行業(yè))能耗扣除交通能耗(扣除95%的汽油、65%的柴油)［6］，加上交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)郵電通訊業(yè)項(xiàng)的電耗所得。由于各種能源原始計(jì)量單位不同，熱值也不一樣，為了能夠進(jìn)行匯總對(duì)比分析，本文將各種能源消耗統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)煤，其中電力按等價(jià)值折算［7］。

2民用建筑能耗宏觀(guān)影響因素分析

民用建筑運(yùn)行能耗作為社會(huì)大系統(tǒng)中的一個(gè)復(fù)雜子系統(tǒng)，其變化和發(fā)展不但與人口、富裕度、技術(shù)水平有關(guān)，而且與人民的社會(huì)生活密切相關(guān)，必然受到社會(huì)大系統(tǒng)中其他系統(tǒng)，比如社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科技、生態(tài)等的影響。在既有文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上，本文將民用建筑運(yùn)行能耗的宏觀(guān)影響因素歸納為3個(gè)方面，即:人口、經(jīng)濟(jì)與技術(shù)。1)人口。

隨著人口的增長(zhǎng)，其對(duì)環(huán)境造成的壓力越來(lái)越大。Swan等［8］、Saha等［9］、白瑋等［10］的研究表明，人口與建筑運(yùn)行能源的消耗存在顯著相關(guān)關(guān)系。人口對(duì)建筑運(yùn)行能耗的影響主要體現(xiàn)在:人口數(shù)量的增長(zhǎng)與城鄉(xiāng)人口結(jié)構(gòu)的變化兩方面。人口總量的增加不僅會(huì)直接影響民用建筑運(yùn)行能耗總量變化，也會(huì)影響到運(yùn)行能耗的人均消費(fèi)量。城鄉(xiāng)人口結(jié)構(gòu)變化對(duì)建筑能耗的影響主要體現(xiàn)在:大量農(nóng)村人口不斷遷移至城市，使城鎮(zhèn)人口數(shù)量急劇增加，而城鎮(zhèn)居民人均商品能源消費(fèi)比農(nóng)村要高;同時(shí)，農(nóng)村人口向城市的遷移會(huì)使得商品燃料逐漸取代生物燃料、產(chǎn)生更多的建筑建設(shè)活動(dòng)以及提高家庭用能標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而導(dǎo)致能源消費(fèi)量的增加。考慮城鎮(zhèn)化率這一指標(biāo)可以反映出城鄉(xiāng)人口結(jié)構(gòu)的變化，本文選用城鎮(zhèn)化率來(lái)分析城鄉(xiāng)人口結(jié)構(gòu)變化對(duì)民用建筑能耗的影響。對(duì)此，提出以下假設(shè)。H1為人口總量的增長(zhǎng)與民用建筑能源消耗正相關(guān);H2為城鄉(xiāng)人口結(jié)構(gòu)的變化與民用建筑能源消耗正相關(guān)。2)經(jīng)濟(jì)。

從世界范圍來(lái)看，地區(qū)經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，生產(chǎn)總值越高，人均民用建筑運(yùn)行能耗越大。NikhilKaza［11］，Hirst［12］，曾狄［13］等人的研究表明，經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)對(duì)民用建筑能源的消耗具有明顯的影響作用。隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，人民生活水平在提高的同時(shí)消費(fèi)觀(guān)念也在逐步轉(zhuǎn)變，居民的生活需求從最初的滿(mǎn)足基本生存變?yōu)楦幼⒅厣钇焚|(zhì)，對(duì)居住環(huán)境的舒適度、生活便利等不斷提出更高的要求，與之相關(guān)的家用電器等耐用消費(fèi)品的需求不斷增長(zhǎng)，由此導(dǎo)致的建筑運(yùn)行能耗也在不斷增加。目前我國(guó)正處于工業(yè)化時(shí)期，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變動(dòng)速度比較快，第三產(chǎn)業(yè)所占比例越來(lái)越高，而第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)不屬于工業(yè)生產(chǎn)，其發(fā)生的能源消費(fèi)基本發(fā)生在建筑領(lǐng)域，因此第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)建筑能源消耗有較大的影響。根據(jù)以上論述，提出如下假設(shè)。H3為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與民用建筑能源消耗正相關(guān);H4為居民消費(fèi)水平與民用建筑能源消耗正相關(guān);H5為第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展與民用建筑能源消耗正相關(guān)。3)技術(shù)。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將推動(dòng)建筑材料、建筑設(shè)備等在品質(zhì)、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、能源利用效率提高方面的不斷開(kāi)拓和進(jìn)步，新技術(shù)或設(shè)備可以通過(guò)提高設(shè)備的工作效率來(lái)降低能源消耗強(qiáng)度，進(jìn)而降低能源消費(fèi)量，它們的采用更加適應(yīng)消費(fèi)者的需求和可持續(xù)發(fā)展的要求。考慮建筑單位面積能耗這一指標(biāo)可以綜合反映出新技術(shù)對(duì)建筑能耗的影響，本文選用這一指標(biāo)來(lái)分析技術(shù)因素對(duì)建筑能源消耗的影響。據(jù)此，提出如下假設(shè)。H6為技術(shù)進(jìn)步與民用建筑能源消耗負(fù)相關(guān)4)民用建筑能源消耗影響因素假設(shè)模型。根據(jù)前文所述，提出如下假設(shè)模型。

3模型構(gòu)建及數(shù)據(jù)來(lái)源

3．1模型構(gòu)建通過(guò)以上分析，建立以下多元回歸模型來(lái)分析宏觀(guān)因素對(duì)民用建筑能耗的影響。其中，Y為民用建筑能源消耗量，是被解釋變量;P、U、H、G、S、M為解釋變量，分別代表人口總數(shù)、城鎮(zhèn)化率、居民消費(fèi)水平、生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)增加值、單位建筑面積能耗;β0、β1、β2、β3、β4、β5、β6為待估參數(shù);γ是隨機(jī)誤差項(xiàng)。

3．2數(shù)據(jù)來(lái)源及處理表1為陜西省民用建筑能源消耗宏觀(guān)影響因素指標(biāo)，數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》(2000－2013)、《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》(2000－2013)、《中國(guó)固定資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)年鑒》(2000－2013)、《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2000－2013)。

4回歸分析

4．1平穩(wěn)性檢驗(yàn)經(jīng)典計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)建模過(guò)程中，通常假定經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列是平穩(wěn)的。但事實(shí)上，大多數(shù)時(shí)間序列是非平穩(wěn)的，如果直接將非平穩(wěn)時(shí)間序列當(dāng)做平穩(wěn)時(shí)間序列進(jìn)行回歸，則可能會(huì)導(dǎo)致不良后果，因此，模型分析前應(yīng)對(duì)原序列進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)。本文采用ADF單位根檢驗(yàn)法，對(duì)各時(shí)間序列的平穩(wěn)性進(jìn)行檢驗(yàn)。各時(shí)間序列均在2階差分滯后一期的條件下進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明:各變量ADF檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的值均小于5%顯著水平下的臨界值，由此可以拒絕各時(shí)間序列有單位根的假設(shè)，可認(rèn)為這7個(gè)時(shí)間序列都是平穩(wěn)的，時(shí)間序列為不帶漂移的I(2)過(guò)程。

4．2協(xié)整檢驗(yàn)協(xié)整檢驗(yàn)用于分析序列之間是否存在長(zhǎng)期均衡關(guān)系。本文采用Engle－Granger兩步法進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)。在采用OLS法構(gòu)建回歸模型的基礎(chǔ)上對(duì)回歸方程的殘差進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)，如果平穩(wěn)，則說(shuō)明序列是平穩(wěn)的，變量間存在協(xié)整關(guān)系。檢驗(yàn)結(jié)果表明，t統(tǒng)計(jì)量的值為－3.449761小于5%顯著水平下的臨界值－3.144920，表明殘差序列不存在單位根，殘差序列是穩(wěn)定的，即各變量之間存在著長(zhǎng)期的相關(guān)性。

4．3變量多重共線(xiàn)性檢驗(yàn)在多元線(xiàn)性回歸模型經(jīng)典假設(shè)中，其重要假定之一是回歸模型的解釋變量之間不存在線(xiàn)性關(guān)系，若回歸模型中存在多重共線(xiàn)性，將會(huì)對(duì)模型進(jìn)行最小二乘估計(jì)造成嚴(yán)重影響，使得普通最小二乘法估計(jì)的參數(shù)值不能確定，增大最小二乘估計(jì)量的方差。因此，需要對(duì)變量的多重共線(xiàn)性進(jìn)行診斷。由表2相關(guān)系數(shù)分析可得到:建筑能源消耗與各指標(biāo)呈高度正相關(guān)，表明所選取的自變量是可以解釋能源消耗增長(zhǎng)的。但各解釋變量之間存在著嚴(yán)重的相關(guān)關(guān)系，模型存在多重共線(xiàn)性。為了達(dá)到較好的擬合效果，必須要消除多重共線(xiàn)性。

4．4嶺回歸嶺回歸(ridgeregression)是一種專(zhuān)用于共線(xiàn)性數(shù)據(jù)分析的有偏估計(jì)回歸方法，實(shí)質(zhì)上是一種改良的最小二乘估計(jì)法，通過(guò)放棄最小二乘法的無(wú)偏性，以損失部分信息、降低精度為代價(jià)獲得回歸系數(shù)更為符合實(shí)際、更可靠的回歸方法，對(duì)病態(tài)數(shù)據(jù)的擬合要強(qiáng)于最小二乘法。對(duì)全部的6個(gè)變量做嶺跡分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)K=0.7以后，各參數(shù)開(kāi)始趨于穩(wěn)定，嶺變化逐漸平穩(wěn)。因此選取K=0.7，計(jì)算此時(shí)的嶺回歸估計(jì)結(jié)果，如表3所示。由表3可知，模型中自變量的嶺回歸系數(shù)均通過(guò)1%的顯著性檢驗(yàn)，符合經(jīng)濟(jì)學(xué)意義檢驗(yàn)，復(fù)決定系數(shù)R2為0.977，F(xiàn)的顯著性檢驗(yàn)P=0.000＜1%，高度顯著，通過(guò)顯著性水平檢驗(yàn)，模型整體擬合效果良好，可以較好地解釋陜西省民用建筑能源消耗與其影響因素間的關(guān)系。至此，可得模型標(biāo)準(zhǔn)化嶺回歸方程為。

5結(jié)果分析

從嶺回歸結(jié)果中可以看出:6個(gè)自變量均與因變量呈正相關(guān)關(guān)系，證明假設(shè)H1－H5成立，H6不成立。其可能原因?yàn)?現(xiàn)階段一些新技術(shù)的使用使得單位面積能耗下降，而一些新設(shè)備的投入又增加了單位面積的能耗，使得技術(shù)進(jìn)步在減低民用建筑能源消耗中起到的作用是不明顯的。人口方面，陜西省人口總量與城鄉(xiāng)人口結(jié)構(gòu)均與陜西省民用建筑能源消耗間存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系。人口每增加1%，民用建筑能源消耗量會(huì)增加0.146%。由于我國(guó)自1978年開(kāi)始實(shí)行計(jì)劃生育政策，人口增長(zhǎng)速度得到有效控制，陜西省2000年－2012年年人口增長(zhǎng)均速達(dá)0.25%。但隨著2013年“單獨(dú)二胎”政策的提出，預(yù)計(jì)未來(lái)陜西省人口增速會(huì)有提升，這將對(duì)民用建筑能源消耗造成一定壓力。同時(shí)城鄉(xiāng)人口結(jié)構(gòu)的變化也促進(jìn)民用建筑能耗的增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化率每提升1%，民用建筑能源消耗量會(huì)增加0.14%。目前我國(guó)正在一直開(kāi)展城鎮(zhèn)化建設(shè)，陜西省“十二五”規(guī)劃中提出到2015年，城鎮(zhèn)化率要達(dá)到57%，城鎮(zhèn)化對(duì)建筑能耗的影響將進(jìn)一步加重。經(jīng)濟(jì)方面，陜西省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、居民消費(fèi)水平與第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展均會(huì)促進(jìn)民用建筑能耗的增長(zhǎng)。陜西省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)每增加1%，會(huì)使得民用建筑能源消耗量增加0.144%，按照陜西省“十二五”規(guī)劃提出的目標(biāo)，陜西省經(jīng)濟(jì)還將保持平穩(wěn)較快發(fā)展，將會(huì)使得民用建筑能源消耗量進(jìn)一步加大。而居民消費(fèi)水平每增加1%，則會(huì)使得民用建筑能耗增加0.146%，隨著人民生活水平的提高，居民消費(fèi)消費(fèi)水平也在不斷提升，人們對(duì)居住環(huán)境的舒適度、便利性要求也在不斷提高，由此導(dǎo)致的建筑運(yùn)行能耗也將不斷增加。此外，第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也會(huì)促進(jìn)民用建筑能耗增長(zhǎng)，第三產(chǎn)業(yè)增加值每提升1%，民用建筑能耗將增加0.145%，現(xiàn)階段，陜西省把推動(dòng)服務(wù)業(yè)大發(fā)展作為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主攻方向，不斷擴(kuò)大第三產(chǎn)業(yè)比重，會(huì)進(jìn)一步加劇民用建筑能源的消耗。

6政策建議

以近年陜西省民用建筑能源消耗現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，通過(guò)構(gòu)建民用建筑能源消耗影響因素假設(shè)模型，采用多元線(xiàn)性回歸法對(duì)各影響因素進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明:現(xiàn)階段技術(shù)進(jìn)步對(duì)降低陜西省民用建筑能耗的作用是不明顯的，而人口總量、城鄉(xiāng)人口結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、居民消費(fèi)水平與第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展均會(huì)促進(jìn)陜西省民用建筑能源消耗。基于前文分析，本文就降低陜西省民用建筑能源消耗提出以下節(jié)能對(duì)策。1)加快建筑節(jié)能減排技術(shù)的開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用。進(jìn)一步提高城鎮(zhèn)新建建筑建筑節(jié)能強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行率，加快既有建筑節(jié)能改造，推廣建設(shè)可再生能源建筑，推廣使用新型節(jié)能建材和再生建材。在農(nóng)村推進(jìn)節(jié)能型住宅建設(shè)，推動(dòng)省柴節(jié)煤灶更新?lián)Q代，鼓勵(lì)太陽(yáng)能及沼氣池技術(shù)利用。2)控制人口自然增長(zhǎng)率。避免“單獨(dú)二胎”政策實(shí)施后，人口數(shù)量短時(shí)間內(nèi)迅速膨脹導(dǎo)致的建筑能源大量消耗。3)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，加快陜北百萬(wàn)千瓦風(fēng)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電基地建設(shè)，推進(jìn)陜南水力資源和關(guān)中地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用，推廣采用太陽(yáng)能等清潔、可再生能源，減少傳統(tǒng)能源消耗、優(yōu)化建筑用能結(jié)構(gòu)。4)居民生活消費(fèi)水平提高的同時(shí)，提倡行為節(jié)能，倡導(dǎo)勤儉節(jié)能的生活方式，采用高效節(jié)能空調(diào)器，推廣使用高效節(jié)能家電。5)第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，在零售業(yè)等商貿(mào)服務(wù)和旅游業(yè)開(kāi)展節(jié)能減排行動(dòng)，加快設(shè)施節(jié)能改造，嚴(yán)格用能管理，引導(dǎo)消費(fèi)行為。對(duì)于公共機(jī)構(gòu)嚴(yán)格執(zhí)行公共場(chǎng)所空調(diào)溫度限額標(biāo)準(zhǔn)，建立完善公共機(jī)構(gòu)能源審計(jì)、能效公示和能耗定額管理制度，加強(qiáng)能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)和節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)。

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作者：張涑賢 王震 單位：西安建筑科技大學(xué) 管理學(xué)院