建筑能耗数据统计与计算作为推进建筑节能的基础性工作,经过数十年的发展,已取得了历史性的进展和成果,计算模型已逐步成熟。我国建筑能耗统计方法及模型分为以下4种:1) 基于能源平衡表的宏观拆分模型 ^[1,2];2) 基于统计报表的宏观分析模型 ^[3,4];3) 自下而上的建筑终端能耗统计模型 ^[5];4) 根据抽样调查的微观分析模型 ^[6,7]。关于已发布的全国建筑能耗统计数据,被广为接受且较权威的是清华大学建筑节能研究中心和中国建筑节能协会每年公布的数据,2种数据比较接近,差异很小。全国层面的建筑能耗统计已比较成熟与规范,但分省的建筑能耗数据相对缺乏。笔者查阅相关文献得知,分省建筑能耗的研究大致可以分为以下3类:1) 能源平衡表拆分类。林学山等人按国际通行准则,应用王庆一提出的全国建筑能耗计算模型,拆分了重庆市能源平衡表,计算了重庆市2003—2006年的公共建筑能耗、城镇居住建筑能耗和农村建筑能耗 ^[8];刘昌平等人运用基于能源平衡表拆分的宏观模型,计算了2003—2007年北方各省市城镇建筑供暖能耗、长江流域建筑供暖能耗、住宅除供暖外能耗和公共建筑除供暖外能耗 ^[9];刘兴民等人采用能源平衡表拆分模型,计算了山东省2001—2011年的居住建筑能耗、公共建筑能耗和供暖能耗 ^[10]。2) 抽样调查类。龙惟定等人根据实地抽样调查,统计分析了2004年上海市除供暖外的城镇住宅能耗、电耗及用能行为特点 ^[11];周孝清等人依据对广州市15栋不同功能公共建筑进行的能耗调查,分析了各类建筑设备的用能特点及广州市公共建筑的节能重点 ^[12]。3) 多种方法融合类。张蓓红等人以建筑能耗实际抽样调查统计分析与现行能源统计模式调整测算2种方法对上海建筑能耗进行了分析研究 ^[13];徐强提出了现场调研能耗数据结合民用建筑统计报表数据进行核对调整的大型公共建筑能耗统计方法,并分析了上海市2008年各类公共建筑的能耗 ^[14];张洋等人根据严寒地区建筑用能特点,将其分为建筑供暖能耗和建筑电耗2类进行统计,其中,供暖能耗数据由热力公司等单位获取,建筑电耗则直接采用城市统计年鉴中的电力消费数据,并据此进行了1996—2005年沈阳市建筑能耗统计 ^[15]。

　　 分析上述文献可知,分省的建筑能耗统计存在以下不足:1) 尚没有统一的规范和计算模型;2) 统计口径与数据来源不同,结果也各不相同,彼此不具备可比性;3) 统计研究大多局限于一省、一地区或一类建筑,没有从全局角度系统地研究分省各类型建筑能耗。那么,有没有可能为各省提供一个数据采集简便、来源可靠、具有可比性的统一计算方法呢?

　　 本文采用基于能源平衡表的拆分模型,得到各省通用的建筑能耗计算公式,分北方城镇供暖能耗、公共建筑能耗和城镇居住建筑能耗3类计算了2015年各省城镇民用建筑能耗、电耗和能耗强度。该方法数据来源科学、易获取,时间序列上通用,覆盖了我国30个省、市、自治区(西藏、港、澳、台除外),为各省提供了统一的建筑能耗计算公式,增强了基于时间序列的纵向可比性与省际间的横向可比性,为我国节能减排总任务的合理分解、建筑节能政策制定提供了依据。

　　 本文采用能源平衡表拆分模型,对分省建筑能耗进行测算。总体可以分为3个步骤(如图1所示):第一步,基于能源平衡表的宏观拆分模型计算全国建筑能耗总量 ^[1];第二步,计算各省市建筑能耗数据;第三步,对比全国建筑能耗总量与汇总的分省建筑能耗数据,不等部分依据各省人口比例进行平衡处理。

　　 由于建筑主要的能耗为电耗、煤耗(供暖能耗)和天然气类能源消耗,其他能耗占比较少 ^[2],故可以列出分省建筑能耗测算的统一公式:

　　 $C{}_{\text{Ρ}}=C{}_{\text{b}\text{p}}+C{}_{\text{n}\text{h}\text{e}}+C{}_{\text{g}}+B(1)$

　　 式中 C_P为分省建筑能耗;C_bp为建筑电耗;C_nhe为北方供暖能耗;C_g为天然气类能源消耗;B为能耗平衡量。

　　 $C{}_{\text{b}\text{p}}=C{}_{\text{r}\text{b}\text{p}}+C{}_{\text{p}\text{b}\text{p}}(2)$

　　 式中 C_rbp为城镇居住建筑电耗,数据来源于地区能源平衡表(实物量)“生活消费”中的城镇电力消费;C_pbp为公共建筑电耗。

　　 公共建筑电耗计算公式如下:

　　 $C{}_{\text{p}\text{b}\text{p}}=C{}_{\text{p}\text{c}\text{w}}+C{}_{\text{p}\text{c}\text{o}}+C{}_{\text{p}\text{c}\text{t}}(3)$

　　 式中 C_pcw为“批发、零售业和住宿、餐饮业”中的电耗;C_pco为“其他”中的电耗;C_pct为交通运输业建筑电耗。

　　 由于统计年鉴中供暖能耗统计值偏低,所以北方供暖能耗采用如下公式计算:

　　 $C{}_{\text{n}\text{h}\text{e}}={\rm I}{}_{\text{h}\text{e}\text{c}}A{}_{\text{h}}(4)$

　　 式中 I_hec为供暖能耗强度,数据来源于中国建筑节能协会能耗统计专业委员会2015年的内部调查数据;A_h为供暖面积,其值等于中国统计年鉴2016年城镇居住建筑和公共建筑面积之和。

　　 $C{}_{\text{g}}=C{}_{\text{l}\text{p}\text{g}}+C{}_{\text{n}\text{g}}(5)$

　　 式中 C_lpg为液化石油气消耗量;C_ng为天然气消耗量。

　　 C_lpg和C_ng数据来源于各地区能源平衡表标准量。

　　 $B{}_i=(C{}_{\text{n}}-{\displaystyle \sum C}{}_{\text{p}})\frac{{\rm P}{}_i}{{\rm N}}(6)$

　　 式中 B_i为i省的能耗平衡量;C_n为全国建筑能耗总量;∑C_p为各省建筑能耗之和;P_i为i省的人口数;N为全国总人口数。

　　 其中计算能耗强度所需的城镇民用建筑面积、公共建筑面积、城镇居住建筑面积直接引用《中国建筑能耗研究报告(2017)年》 ^[16]中2001—2015年全国及各省相关建筑面积。

　　 2015年各省市城镇民用建筑能耗总量、城镇民用建筑能耗强度、北方城镇供暖能耗强度分别如图2～4所示。

　　 从城镇民用建筑能耗总量来看,各省数值相差悬殊。排名前三位的省分别为山东(6 182万t标准煤)、广东(5 573万t标准煤)、江苏(4 318万t标准煤),排名后三位的省分别为海南(326万t标准煤)、青海(402万t标准煤)、宁夏(430万t标准煤)。山东省的城镇民用建筑能耗总量约为海南省的19倍。造成各省市城镇民用建筑能耗总量差异巨大的主要因素分别为城镇人口数、地区生产总值及所处气候区,城镇人口数量越多、地区生产总值越大、供暖需求越强的省市,城镇民用建筑能耗总量就越高。

　　 从城镇民用建筑能耗强度来看,受冬季供暖影响,北方地区民用建筑能耗强度普遍比南方地区高。总排名前六位的省市分别为北京、天津、内蒙古、辽宁、黑龙江、吉林;除北方集中供暖以外的地区中,上海市的城镇民用建筑能耗强度最高;在南方地区中,从图3可以看出,广东省能耗强度位居首位。在上述省市中,北京、天津、上海、广东的经济发展程度较高,内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁地处严寒地区,供暖需求较强,这是造成其能耗强度偏高的重要原因。

　　 从北方城镇供暖能耗强度来看,黑龙江、内蒙古、吉林排前三位,供暖能耗强度为标准煤20～21 kg/m²;河南、山东供暖能耗强度最低,约为11 kg/m²;北京、天津供暖能耗强度约为13.5 kg/m²。

　　 2015年不同地区城镇人均建筑能耗与人均GDP的关系如图5所示。从图5可发现以下3个特点:其一,各省市人均建筑能耗与建筑气候区关系密切,北方供暖地区的城镇人均建筑能耗平均值为标准煤1.2 t,约为非供暖区域平均值(标准煤0.62 t)的2倍;其二,不同区域中各省市人均建筑能耗随人均GDP变化趋势明显,总体来讲,人均GDP每增加1万元,城镇人均建筑能耗增加标准煤75 kg;其三,北京、天津、上海3个直辖市的人均GDP位列前三位,其相应的人均建筑能耗值也偏高,其中北京和上海的人均建筑能耗值分列北方供暖地区和夏热冬冷地区的首位。此外,从全球角度来看,人均建筑能耗与人均GDP也存在着明显的变化趋势,见图6。

　　 2015年各省市城镇建筑能耗比例与第三产业比例的关系如图7所示。城镇建筑能耗比例受产业结构关系、气候区影响较大。总体上看,北方供暖地区城镇建筑能耗比例高于非供暖地区,北京民用建筑能耗比例最高,达到47%,上海、天津比例约为20%。北京建筑能耗比例高的原因在于第三产业比例全国遥遥领先,2015年北京第三产业比例为79.65%,比排名第二的上海高12%,伴随着大量高耗能产业迁出,北京建筑能耗比例超过工业。此外,城镇化率对城镇建筑能耗比例也存在一定影响,但影响程度较小,见图8。

　　 公共建筑电耗与第三产业增加值关系密切,区域经济发展水平和第三产业的繁荣程度将直接影响公共建筑使用过程中的能耗,第三产业越繁荣,公共建筑能耗就越高。公共建筑电耗总量分布曲线与我国第三产业生产总值分布曲线呈显著的线性关系(见图9,10),其中,公共建筑单位面积产值每增加1 000元,电耗约增加20 kW·h。

　　 随着第三产业的快速发展,公共建筑的电力消耗也必然会增加。因此,提高公众的节能意识,尤其是经济发达地区公众的节能意识,对建筑节能有着极其重要的作用。

　　 2015年各省市第三产业从业人员人均公共建筑面积与人均GDP呈现正向波动关系(如图11所示),说明经济的快速发展带动了建筑业的快速增长,同时,建筑业的快速增长也刺激着经济的不断发展。

　　 2015年各省市公共建筑除供暖外能耗强度与第三产业单位面积产值的关系如图12所示,两者具有显著的线性关系,单位面积产值每增加1 000元,能耗相应增加标准煤7.5 kg/m²。

　　 2015年各省市城镇人口与公共建筑除供暖外能耗的均衡关系如图13所示。根据两者构成的洛伦兹曲线测算出基尼系数值为0.01,表明城镇人口的增长与公共建筑除供暖外能耗的增加值呈现出一种均衡变化关系,同时也反映出人口的增长是导致能耗增加的一个重要原因。

　　 2015年各省市城镇居住建筑总能耗和城镇居住建筑电耗与城镇人口呈现出显著的线性关系(如图14,15所示),其中城镇人口每增加1 000万人,城镇居住建筑电耗增加58.6亿kW·h。

　　 2015年各省市城镇居住建筑电力消耗强度与人均GDP的关系如图16所示。GDP的增长反映了经济的快速发展,也能体现人民生活水平的提高,从而促进各类家用电器的消费,进而带动电力消耗的不断增长。从图16可看出,两者呈现出显著的线性关系,人均GDP每增加1万元,居住建筑电耗约增加3 kW·h/m²。

　　 2015年各省市城镇居住建筑除供暖外能耗强度与人均GDP的关系如图17所示,两者呈现出显著的线性关系,人均GDP每增加1万元,单位面积能耗增加标准煤0.74 kg/m²。

　　 2015年各省市城镇人口与城镇居住建筑除供暖外能耗的均衡关系如图18所示。根据两者构成的洛伦兹曲线测算出基尼系数值为0.01,表明城镇人口的增长与城镇居住建筑除供暖外能耗的增加值呈现出一种均衡的变化关系。

　　 1) 各省市城镇人均建筑能耗与建筑气候区关系紧密,北方供暖地区平均值为非供暖区域的2倍;且不同区域中各省市人均建筑能耗随人均GDP变化趋势明显,人均GDP每增加1万元,城镇人均建筑能耗增加标准煤75 kg。这与全球趋势一致。

　　 2) 公共建筑电耗与第三产业总产值呈显著线性相关,公共建筑单位面积产值每增加1 000元,电耗约增加20 kW·h。公共建筑除供暖外能耗强度与第三产业单位面积产值呈显著线性相关,单位面积产值每增加1 000元,能耗相应增加标准煤7.5 kg/m²。

　　 3) 城镇居住建筑总能耗、城镇居住建筑电耗与城镇人口呈现出显著线性相关,其中城镇人口每增加1 000万人,城镇居住建筑电耗增加58.6亿kW·h;城镇居住建筑电耗强度与人均GDP呈现出显著线性相关,人均GDP每增加1万元,居住建筑电耗约增加3 kW·h/m²;城镇居住建筑除供暖外能耗强度与人均GDP呈现出显著线性相关,人均GDP每增加1万元,单位面积能耗增加标准煤0.74 kg/m²。

　　 虽然测算结果与各省真实建筑能耗还有差距,但这也是在我国目前施行的统计制度下与现有的官方统计数据基础上,所做的尽可能的优化努力。要想得到更加真实精确的分省建筑能耗测算数据还需要基于全国各省市的调查,即通过独立于政府之外的专业建筑能耗调查机构所进行的调查,由于统计人员专业素质过硬,统计效率较高,上报历时缩短,统计数据将更加及时、准确。可以借鉴美国能耗统计、数据公示的管理经验,成立类似美国能源信息署(EIA)等机构,实施诸如RECS(住宅能耗调查)和CBECS(商业建筑能耗调查)等专业调查。同时,加快我国民用建筑统计报表制度与国际接轨,不断提高数据质量。此外,每年所进行的建筑能耗统计,不宜作为分散的个体,而应该将其整合起来,建立全国范围内的建筑能耗数据库,并定期更新公示。公示与排名能有效促进建筑业主的节能改造动力,并产生一批专门做建筑能耗数据分析与诊断的公司,使能耗数据在市场中流动起来,更好地激活建筑节能市场,发挥其能动性。

　　 另外,关于供暖能耗,非集中供暖地区大多采用以电力消耗为主的分散式供暖,无法直接获取这些地区的冬季供暖能耗数据,只能通过模拟与拆分从用电总量中剥离。同理,这些地区夏季炎热,制冷电耗较高,也可采用同样方式进行剥离。通过拆分供暖、制冷电耗可以更加深入地对比分析南北的建筑能耗特点,这也将是笔者下一步的研究重点。