2015年底, 北京市公共建筑面积达到3.16亿m², 其中仍有53%的比例为非节能建筑。同时, 公共建筑电耗逐年递增, 约占全市建筑能耗的1/3, 占全市社会终端能耗比例超过13%^[1]。为降低公共建筑能耗, 2016年北京市住房和城乡建设委员会联合北京市发展和城乡改革委员会、规划和国土资源管理委员会和财政局发布了《北京市公共建筑能效提升行动计划 (2016—2018年) 》, 明确北京市将在2016—2018年间完成不少于600万m²、节能率达到15%～20%的公共建筑节能绿色化改造工作, 实现节能量约6万t标准煤;同时, 对于达到节能率要求的项目, 将按30元/m²的奖励标准给予市级资金奖励:从政策层面激励和引导北京市公共建筑绿色化改造工作。

　　 只有达到该节能率要求的节能改造项目才能获得奖励资金, 即节能改造的奖励资金需按节能量拨付, 因此如何快速、科学与合理地核定节能改造项目在节能改造前后的实际节能量 (率) , 是奖励政策有效实施、推动北京市公共建筑节能改造工作的重要抓手。目前, 上海、重庆、济南等地已陆续研究出台相关政策标准, 较好地促进了当地公共建筑节能改造工作, 而北京市尚缺乏相应的指导性文件。因此, 2016年底, 北京市住房和城乡建设委员会组织开展了北京市公共建筑节能改造节能量核定方法 (以下简称“北京市核定方法”) 的编制研究。本文从国内外的节能改造节能量核定方法现状调研情况、对节能改造节能量核定工作的实践经验总结及符合北京市特点的公共建筑节能改造节能量核定方法的提出等3个方面, 介绍北京市核定方法的编制过程, 并以北京市某酒店节能改造项目为例, 展示了依照北京市核定方法核定其节能量的详细流程, 以期为今后北京市节能改造节能量核定工作的实施及国内其他城市出台相关的节能改造节能量核定办法提供参考。

　　 IPMVP是目前国际上普遍认可和采用的用于测量和验证节能量的基础方法和规程。IPMVP中以项目改造调试作为分界点, 改造前一年作为基期, 改造后一年作为节能量的报告期, 将改造前的能耗即基期能耗调整到报告期运行条件下 (气象、人员等) , 得到调整后的基期能耗, 再与改造后的报告期能耗进行对比, 保证在同等条件下确定项目的节能量, 如图1所示。

　　 由图1可得出改造后节能量和节能率的计算公式:

　　 $\begin{array}{l}E{}_{\text{s}}=E{}_{\text{d}}-E{}_{\text{r}}(1)\\ E{}_{\text{d}}=E{}_{\text{b}}\pm E{}_{\text{a}}(2)\\ \eta =\frac{E{}_{\text{s}}}{E{}_{\text{b}}}\times 100\%(3)\end{array}$

　　 式 (1) ～ (3) 中 E_s为节能改造前后的节能量, kg;E_d为经调整后的基期建筑能耗 (国家标准GB/T 28750—2012《节能量测量和验证技术通则》中称为“校准能耗”) , kg;E_r为报告期的建筑能耗, kg;E_b为基期的建筑能耗, kg;E_a为基期需调整的建筑能耗, kg;η为节能率。

　　 式 (1) ～ (3) 中的建筑能耗和节能量均以标准煤计, 其他形式能源消耗需折算为标准煤。

　　 IPMVP中, 节能量可按照如下3种方法确定:

　　 方法1为测量分析法。包括隔离改造部分、测量部分关键参数和隔离改造部分、测量全部参数2种方案。其中, 前者适用于运行时间不变或者可约定, 且设备功率固定的场合, 运行时间可采用约定或者估算的方式, 不必进行测试;后者适用于运行时间恒定或者可估算、功率不恒定、需要连续测试的设备, 如变频改造等。

　　 方法2为整体能耗设施账单分析法。该方法适用于节能改造项复杂、与其他未改造部分有交叉而又无法隔离, 但预期节能量较大 (一般大于10%) 、足以摆脱建筑内其他因素对基期能耗的随机干扰的场合, 如整个大楼的综合节能项目等。

　　 方法3为校验模拟分析法。该方法适用于节能措施影响范围广且无法隔离、基准数据未知、其他审核方法都不可行的场合。

　　 国内的节能量核定方法一般是参考国家标准GB/T 28750—2012《节能量测量和验证技术通则》, 该标准规定的节能量定义与IPMVP一致, 并将图1中的“调整后的基期能耗”定义为校准能耗, 而将校准能耗与报告期能耗之差定义为节能量, 如图1中阴影面积所示。

　　 在测量和验证方案方面, 该国家标准推荐了直接比较法和模拟软件法。直接比较法与IPMVP中的测量分析法一致, 但在操作方法方面进行了细化。当节能措施可关闭且不影响项目运行时, 可以通过直接比较法进行测量和验证节能量, 具体如下:

　　 1) 在报告期内, 节能措施开启时, 测量各典型工况下项目边界内的实际能源消耗量;

　　 2) 在报告期内, 节能措施关闭时, 测量各典型工况下项目边界内的实际能源消耗量;

　　 3) 将各典型工况下的实际能源消耗量作为输入数据, 根据测量和验证方案中约定的计算方法分别确定校准能耗和报告期能耗;

　　 4) 校准能耗减去报告期能耗即为项目节能量。

　　 表1总结了国内4个城市的总节能量计算与分项节能量核定方法, 可以看到, 国内各城市采用的节能量核定方法通常是多种方法的组合。

　　 基于上述文献调研情况, 结合走访及互联网调查、专家咨询及部门研讨等研究方法, 总结了目前国内的建筑节能改造工作经验, 认为节能改造及节能量核定还要强调以下2点:

　　 从国际经验看, 建筑能效的提升不仅需要通过先进的材料、设备和技术来改善建筑热工与设备性能, 还需要强化运行管理、减少使用过程中不必要的浪费来有效降低能耗。一些采用了多种节能技术的绿色建筑, 其建筑运行能耗相对传统建筑反而偏高, 往往是因为忽视了运行管理。据统计, 对于采用集中空调系统的公共建筑而言, 运行管理的节能潜力可占总节能潜力的30%～50%, 甚至更高^[7]。笔者参与过的深圳市某医疗卫生类办公楼节能改造项目的中期测评节能率为22%, 由于改造实施过程中增加了运行管理措施, 增设了节能监管平台, 在后评估中按照账单分析法计算的建筑节能率提高到了31%。

　　 因此, 在北京市核定方法的编制过程中, 提出了“以建筑能耗总账单核算节能量”的总原则, 以激励建筑业主及节能服务公司对于运行管理的重视, 发挥业主的自主管理节能主动性, 也符合国家建筑能耗总量控制的思路。同时, 在《北京市公共建筑节能绿色化改造技术指南》编制过程中, 也特意强调将运行管理作为一个重要的推荐改造项纳入该技术指南。

　　 IPMVP中规定, 首先应将改造前的能耗即基期能耗调整到报告期的运行条件 (运行时间、气象、人员等) 下得到调整后的基期能耗 (校准能耗) , 随后再与改造后的报告期能耗进行对比, 即在改造前后同等运行条件下确定该项目的节能量。以往的核定办法大多是基期能耗直接减去报告期能耗得到节能量, 没有考虑报告期建筑设备运行强度的变化对节能量的影响。例如, 福田某医院建筑中期评估节能率为17%, 但是由于报告期门诊量增加了22%, 用能强度增大, 后评估节能率降到了-1%, 导致评定结果变为“改造后不节能, 反而更耗能”。因此, 在北京市核定方法的编制过程中, 进一步强调了应严格按照国际和国家标准的节能量定义调整基期能耗、计算节能量。

　　 通过文献调研、互联网调查以及专家咨询和部门研讨等方法, 对IPMVP中的3种节能量确定方法的适用条件进行反复对比分析, 得到结论:对于实施综合节能改造、节能率达到15%以上的节能改造项目, 整体能耗设施账单分析法最科学、合理, 可操作性也最强。

　　 建筑的主要功能是维持建筑环境 (如供暖、制冷、通风、空调和照明等) 和建筑内各类活动 (如办公、电梯、生活热水等) 。其他特殊功能的能耗节能不计入, 包括医疗卫生建筑的大型医疗设备与系统、科研教育建筑的大型实验仪器与系统、信息数据中心的大型机房设备与系统、运输车辆油耗和电耗, 以及超过500 m²的无舒适度要求的停车场和仓库的能耗。

　　 以往的节能量核定办法都是折算成等效电, 这与发展改革委的要求及统计局的口径不符, 北京市核定方法规定所有能源按照表2的折算系数 (按照北京市的实际情况选取) 折算成标准煤。

　　 北京市核定方法严格按照国标标准定义了节能量, 并给出了节能量、节能率计算公式及校准能耗计算公式。

　　 为保证节能量核定的可操作性, 简化节能绿色化改造项目节能量 (率) 的核定步骤与流程, 同时又不失核定方法的科学性, 北京市核定方法规定以“账单法为主、测量分析法与模拟分析法为辅”为原则, 明确规定:对于占北京市公共建筑总面积约60%的办公建筑、商场建筑、旅馆建筑, 节能改造1年后即可按建筑能源账单进行节能量核定。建筑账单总能耗为建筑使用过程中由外部输入的能源之和, 如图2所示。

　　 在能源账单难以反映真实用能情况时, 如能耗影响因素复杂的医疗卫生建筑、文化教育建筑、体育建筑及交通建筑等, 应采用测量分析法或模拟软件法进行校准能耗的计算。

　　 采用国家标准GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》中的修正方法计算校准能耗, 厦门市公共建筑节能改造节能率测评标准中也采用了这个修正方法。厦门市地处夏热冬暖地区, 全年大部分季节需要空调供冷, 供暖很少或没有, 所以不需要修正供暖能耗。北京市地处寒冷地区, 按照GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》的规定, 需要按照非供暖能耗和供暖能耗分别修正。因此, 北京市核定方法给出了能耗影响因素及修正计算公式。

　　 报告期内若有新增建筑面积且与基期建筑面积计入同一能源消费账单时, 会因新增能耗导致节能量发生变化。如笔者参与的深圳市某仓库节能改造项目的中期测评节能率为14%, 由于报告期增加了夹层, 实际使用面积增加了40%, 后评估节能率为-18%。北京市核定方法明确了对于有新增建筑面积的情况, 报告期应扣减新增建筑面积对应的新增能耗。

　　 依据上述思路形成的最终文件, 可参见《北京市公共建筑节能绿色化改造项目及奖励资金管理暂行办法》 (京建法[2017]12号) ^[8]的附件5《北京市公共建筑节能改造节能量 (率) 核定方法》。

　　 该案例为北京某四星级酒店, 其建筑面积为67 914 m², 采用了电压缩式冷水机组集中空调系统、燃气锅炉供暖及生活热水系统。于2016年进行了综合改造, 主要改造内容包括增加冷水机组群控系统、照明LED灯具改造、能源管理系统改造、锅炉控制优化改造等。

　　 依据北京市核定方法的思路, 首先应扣除该酒店中特殊功能用能系统的能耗 (主要为车库、仓库能耗) 。基期 (2014年1月1日至12月31日) 车库、仓库计量能耗为23 460 kW·h, 折算标准煤6 733 kg;报告期 (2016年10月1日至2017年9月30日) 车库、仓库计量能耗为18 964 kW·h, 折算标准煤5 443 kg。

　　 扣除特殊功能用能系统后的账单能耗及计算基期、报告期能耗如表3所示。若直接按照表3中所给的基期和报告期的账单能耗计算节能率, 则为18.7%。由于该建筑为大型公共建筑, 该节能率未达到《北京市公共建筑能效提升行动计划 (2016—2018年) 》要求的20%。

　　 由于基期和报告期的酒店入住率发生了变化, 依照北京市核定方法中的校准能耗计算方法对基期非供暖期能耗进行校准, 如式 (4) ～ (6) ^[8]所示:

　　 $\begin{array}{l}E{}_{\text{c}-\text{n}}=E{}_{\text{b}-\text{n}}\theta {}_1\theta {}_2(4)\\ \theta {}_1=0.4+0.6\frac{{\rm H}{}_{\text{r}}}{{\rm H}{}_{\text{b}}}(5)\\ \theta {}_2=0.5+0.5\frac{R{}_{\text{b}}}{R{}_{\text{r}}}(6)\end{array}$

　　 式 (4) ～ (6) 中 E_c-n为校准后的非供暖期能耗, kg; E_b-n为基期非供暖期能耗, kg;θ₁为入住率修正系数;θ₂为客房区面积比例修正系数;H_r为酒店报告期入住率;H_b为酒店基期入住率;R_b为酒店基期客房区面积占总建筑面积比例;R_r为酒店报告期客房区面积占总建筑面积比例。

　　 其中, 基期非供暖能耗包括全年的建筑用电量 (7 399 640 kW·h) 、非供暖期 (4—10月) 锅炉提供生活热水的用气量及供暖期生活热水的用气量 (共183 916 m³) , 按照表2折算系数折算后总计2 368 310 kg。各参数计算结果为:θ₁=1.035 2, θ₂=1.0, E_c-n=2 451 670 kg, E_a=83 360 kg, E_d=3 323 549 kg, E_s=688 665 kg, η=21.3%。

　　 可以看到, 依照北京市核定方法对基期能耗进行调整 (校准) 后, 该项目的节能改造节能率达到了21.3%, 满足《北京市公共建筑能效提升行动计划 (2016—2018年) 》的要求。

　　 综合上述思路, 完成了北京市公共建筑节能改造节能量核定方法的编制工作, 该核定方法具有以下特征:

　　 1) 合理综合了国内各实施节能改造地区的已有经验, 采用账单法计算节能量;

　　 2) 严格按照国际和国家标准的节能量定义计算节能量, 采用国家标准GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》中的修正方法计算校准能耗, 且针对北京市气候特点对非供暖能耗和供暖能耗分别修正;

　　 3) 依据建筑的功能规定了建筑能耗的边界, 合理刨除了特殊功能用能系统的能耗, 并明确了新增建筑面积的处理方法。