珠三角地区公共建筑用电监测数据分析研究

珠三角地区公共建筑用电监测数据分析研究

邹晓锐

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司  广东广州  510500

摘要：对建筑用能基础数据的分析研究，是建筑节能的先期工作，也是建筑领域实现碳达峰、碳中和目标的必要手段。本文基于对公共建筑能耗监测系统与建筑逐时、分项用电监测数据的调研，获取了典型公共建筑的基本信息与用电数据，按照建筑类型与用电分项等参数进行聚类分析，得出了珠三角地区主要类型公共建筑的用电水平指标与规律特性，有助于挖掘建筑节能潜力，并推动公共建筑的能源管理与节能改造等工作。

关键词：公共建筑能耗监测系统用电水平指标用电规律特性

Analysis and Research on Electricity Consumption Monitoring Data of Public Buildings in Pearl River DeltaRegion

Zou Xiaorui

（Guangdong Provincial Academy of Building Research Group Co.,LTD，Guangzhou  510500，China）

AbstractOn account of the energy consumption survey of civil buildings in pearl river delta region, a large number of residential buildingsand public buildings with basic information and annual energy consumption data are obtained. According to the completionyear, coolingmethod and air conditioning system energy consumption of the investigated buildings,the energy consumptionstatus ofresidential buildings and public buildings is preliminarily analyzed.

Keywordscivil building, survey ofenergy consumption, energy consumptionindex,energy consumption of air-conditioning system

基金项目:中国公共建筑能效提升项目“夏热冬暖地区公共建筑统计与报表制度研究”（课题编号：CS-21）

1引言

随着我国经济社会高速发展，人民生活水平逐步提高，产业结构不断优化，我国公共建筑面积逐步增加，目前公共建筑面积已达全社会民用建筑总面积的15%，公共建筑能耗占总民用建筑能耗的21%。一般认为，公共商业类的建筑单位面积能耗是住宅类建筑的4～10倍[4]。相对于居住建筑，公共建筑能耗所占比重大、增长速度快、节约难度高，是建筑领域节能减排的重点。我国已是世界上第二大能源生产国和消费国，建筑碳排放总量呈持续上升趋势，建筑节能形势严峻、任务艰巨。面对日益匮乏的资源，持续有效的能源管理成为当前社会在经济、环境和政治层面急需解决的问题。目前，我国已将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，推动经济社会发展全面绿色转型。

自2007年以来，我国先后出台了多项文件，均提出了建设公共建筑能耗监测平台的相关要求，全国多个省市已建立了国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测平台，实现了建筑能耗数据的对接与上传。对珠三角地区公共建筑用电数据进行分析和量化评价，不仅有利于研究建筑能耗实时数据并制定能耗标准，从而更好地对建筑能耗问题从源头上进行科学管控，在促进既有高能耗建筑节能运行和改造方面也具有重要现实意义。[2~3]。

2公共建筑用电监测数据调研概述

公共建筑是指供人们进行各种公共活动的建筑，包括办公建筑、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、通信建筑，以及交通客运用房、展览中心等。参考《公共建筑能耗远程监测系统技术规程》（JGJ/T285-2014）和《民用建筑能源资源消耗统计调查制度》对公共建筑类型划分的规定，本文将城所调研的公共建筑划分为政府办公（国家机关办公）、非政府办公（写字楼）、商场、宾馆饭店、文化教育、医疗卫生、综合和其他建筑等9种类型功能。

珠三角地区城镇民用建筑能耗调查的对象及范围内容见表1，信息及数据来源见表2。

表1公共建筑用电监测对象情况

Table 1 Object and scope of energy consumption survey for civil buildings

表2公共建筑用电监测数据来源

Table 2Information and data sources of energy consumption survey for civil buildings

3公共建筑用电监测数据分析研究

3.1 公共建筑用电监测调研样本情况

本文数据分析是基于对2018~2020年度能耗监测平台中公共建筑用电数据的筛选、审核和有效性分析，选取数据稳定且的有效样本建筑分析珠三角地区公共建筑的用电指标情况。珠三角地区城镇民用建筑能耗调查涉及建筑的数量、面积及能耗指标情况见表3。

表3各类型调研公共建筑能耗调查情况汇总

Table 3 Summary of survey on annual energy consumption ofcivil buildings

注：2018~2020年度

由表3可见，在公共建筑的数量比例方面，政府办公建筑的数量占比最多，约为33%；文化教育建筑和非政府办公建筑的数量占比次之，分别约为24%和15%；体育建筑的数量占比最少，约为1.5%。在公共建筑的面积比例方面，文化教育建筑的面积占比最多，约为26%，非政府办公建筑和非政府办公建筑的面积占比次之，分别约为15%和14%；体育建筑的数量占比最少，约为1.1%。

3.2公共建筑总体用电情况

3.2.1分类用电指标

基于2018~2020年度公共建筑的用电监测数据，按类型功能划分，调研公共建筑的单位面积用电指标情况见表4。

表4各类型调研公共建筑单位面积用电指标

Table 4 XX

由表1可见，在各类型调研公共建筑的全年用电指标方面，商场建筑的单位面积年用电指标最高，为120~130 kWh/（m2·a），文化教育建筑最低，为40~45 kWh/（m2·a）。而政府办公建筑为55~60 kWh/（m2·a），非政府办公建筑为50~60 kWh/（m2·a），宾馆饭店建筑为110~120 kWh/（m2·a），综合建筑为20~35 kWh/（m2·a），医疗卫生建筑为95~115 kWh/（m2·a）。受疫情影响，2020年度宾馆饭店建筑和文化教育建筑的用电指标下降幅度较大，较2018、2019年度降低了40~50%。

3.2.2分项用电构成

根据国家建筑能耗监测标准要求，能耗监测平台公共建筑的用电量应划分动力、空调、特殊、照明插座等4个分项用电指标，根据导则，空调分项仅为集中空调系统的冷源部分，而集中空调系统末端设备与分体空调设备均计入了照明插座分项，修正方法为。基于2018~2020年度公共建筑的用电监测数据，调研公共建筑的总体分项用电构成比例见图2，而各类型调研公共建筑的分项用电构成比例见图3。

图2公共建筑总体分项用电构成比例

Fig.2 XX

由图2可见，在公共建筑总体分项用电量构成比例方面，空调用电占建筑总用电量的比例最大，为40.02%；其次为照明插座用电和特殊用电，两者占建筑总用电量的比例分别为33.59%和21.23%；动力用电占建筑总用电量的比例最小，为5.16%。

图3各类型调研公共建筑分项用电构成比例

Fig.3 XX

由图3可见，在各类型调研公共建筑分项用电量构成比例方面，宾馆饭店建筑、文化教育建筑空调用电占建筑总用电量的比例最大，为40.02%；其次为照明插座用电和特殊用电，两者占建筑总用电量的比例分别为33.59%和21.23%；动力用电占建筑总用电量的比例最小，为5.16%。

3.3公共建筑分时段用电情况

3.3.1逐月用电指标

基于2018~2020年度公共建筑的用电监测数据，以自然月份进行划分，调研公共建筑的单位面积用电指标逐月分布情况见图3。

图3公共建筑用电指标逐月分布

Fig.3 XX

图4-8 各类型调研公共建筑逐月用电指标情况

由图3可见，公共建筑的逐月用电情况呈现了明显的季节波动性，均以7月份最高而2月份最低。2018年度，监测公共建筑的7月份用电指为7.10 kWh/m2，2月份用电指标为3.04 kWh/m2，两者比值为2.34；2019年度，监测公共建筑的7月份用电指标为8.76 kWh/m2，2月份用电指标为3.15 kWh/m2，两者比值为2.78；2020年度，监测公共建筑的7月份用电指标为7.37 kWh/m2，2月份用电指标为1.83 kWh/m2，两者比值为4.03。

上述逐月用电量指标的差异是由于7月份作为室外平均气温最高的空调季，空调用电量最大，月度用电量最高，而2月份为非空调季节，且处于春节放假期间，建筑使用强度低，用电量相对较小，造成最大值与最小值之间差异较大。

受疫情影响，2020年度年初监测公共建筑的用电指标较往年水平降较多，因此7月份与2月份的用电指标差异进一步拉大。

3.3.2 不同季度用电指标

根据珠三角地区（属夏热冬暖气候区）的气候变化规律及建筑单位用能习惯，设定1、2、12月份为冬季（非空调季），3、4、11月份为过渡季，5、6、7、8、9、10月份为夏季（空调季）来进行用电指标分析。基于2018~2020年度公共建筑的用电监测数据，调研公共建筑冬季、过渡季与夏季的月均单位面积用电指标见图4，各类型调研公共建筑冬季、过渡季与夏季的月均单位面积用电指标见图5。

图4公共建筑不同季度月均用电指标分布

Fig.4XX

由图4可见，公共建筑的夏季（空调季）的月均用电指标最高，冬季（非空调季）的月均用电指标最高，夏季约为冬季指标的1.8~2.2倍，受疫情影响，2020年度公共建筑三个季度的用电指标均较2018和2019有一定程度的下降。

图5各类型调研公共建筑不同季度月均用电指标情况

Fig.5 XX

由图5可见，各类型调研公共建筑均为夏季用电强度最高，过渡季与冬季用电强度低且接近。过渡季与冬季用电强度差异较小的有政府办公建筑、非政府办公建筑、文化教育建筑和体育建筑，主要是由于广东省冬季气候温暖，且许多建筑采用的分体式空调为单冷型，无制热能力等因素，使得过渡季与冬季建筑的空调负荷均极低，因此2个季度的用电指标情况也较为接近。

3.3.3 工作日与非工作日用电指标

根据历史气象数据，2020年广东省最高用电负荷出现在8月初，因此选取8月初室外温度最高的一周（第1周），计算主要类型功能公共建筑工作日与非工作日的单位面积日均用电量，进行工作日与非工作日用电之间的差异情况分析。在该周中，调研公共建筑工作日与非工作日用电指标差异情况见表4与图6。

表4-2 主要类型功能公共建筑工作日与非工作日用电指标差异情况

图4-6 主要类型功能公共建筑工作日与非工作日用电指标差异情况

由表6与图7可见，政府办公建筑、非政府办公建筑与文化教育建筑工作日用电量远大于非工作日，差异率均大于30%，反映了办公、教育类建筑的用电周期性，主要是由于这三类公共建筑的人员与设备的用能强度与其运行日期关联性极强。医疗卫生建筑工作日用电量也多于非工作日，但相比于办公建筑，其差异率稍小，约为20%，反映了卫生类建筑运营的特殊性，非工作日仍有大部分区域持续运营（如急诊、病房、周六门诊等）。宾馆饭店建筑、商场建筑非工作日用电量大于非工作日，但两者差异很小，在10%以下，体现了商业建筑的连续营业特性。

3.3.4昼间与夜间用电指标

根据历史气象数据，2020年广东省最高用电负荷出现在8月初，因此选取8月初室外温度最高的一日（5日），计算主要类型功能公共建筑单位面积逐时用电量，进行峰谷用电变化情况分析。在该日中，调研的主要类型功能公共建筑峰时段用电总量与谷时段用电总量比值见表4，其逐时离差标准化用电曲线见图7。

表4-3 主要类型功能公共建筑昼间与夜间峰谷比情况

图5主要类型功能公共建筑逐时标准化用电曲线

Fig.5XX

由表6与图7可见，政府办公建筑、商场建筑、文化教育建筑昼间与夜间用电的峰谷比较大，均大于5，削峰潜力大于其余类型功能的公共建筑，这与其间歇性运行模式有关；而非政府办公建筑、宾馆饭店建筑与医疗卫生建筑可能是因为其夜景（外立面）照明系统长时间运行且室内公共区域的照明系统24小时不间断开启，因此峰谷比较小，均小于3。

各主要类型建筑主要设备开机时间较为接近，在7:00~9:00之间，而由于运行模式不同，主要设备关机时间相差较大。主要类型建筑用能高峰持续时间一般在6~8个小时，商场建筑和宾馆饭店建筑由于其营业特性，高峰持续时间较长，可达10~12个小时。

主要类型功能公共建筑中，政府办公建筑、非政府办公建筑用电量峰值出现在9:00~12:00，医疗卫生建筑用电量峰值出现在11:00~13:00，文化教育建筑用电量峰值出现在14:00~16:00，宾馆饭店建筑用电量峰值出现在16:00~18:00，商场建筑用电量峰值出现在18:00~21:00。同时，主要类型功能公共建筑的谷值均出现在凌晨时段（1:00~6:00），可通过储电、冰蓄冷等储能技术将日间用电转换到夜间，达到削峰填谷的作用。

4结论

（1）在全年用电指标方面，商场建筑的单位面积年用电指标最高，为120~130 kWh/（m2·a），文化教育建筑最低，为40~45 kWh/（m2·a）。政府办公建筑为55~60 kWh/（m2·a），非政府办公建筑为50~60 kWh/（m2·a），宾馆饭店建筑为110~120 kWh/（m2·a），综合建筑为20~35 kWh/（m2·a），医疗卫生建筑为95~115 kWh/（m2·a）。

（2）在分项用电量构成比例方面，空调用电占建筑总用电量的比例最大，为40.02%；其次为照明插座用电和特殊用电，两者占建筑总用电量的比例分别为33.59%和21.23%；动力用电占建筑总用电量的比例最小，为5.16%。

（3）公共建筑的逐月用电情况呈现了明显的季节波动性，均以7月份最高而2月份最低，两者比值在2.5~4.0之间。

（4）公共建筑的夏季（空调季）的月均用电指标最高，冬季的月均用电指标最低，夏季约为冬季指标的1.8~2.2倍。

（5）政府办公建筑、非政府办公建筑与文化教育建筑工作日用电量远大于非工作日，差异率均大于30%；医疗卫生建筑工作日用电量也多于非工作日，但差异率稍小，约为20%；宾馆饭店建筑、商场建筑非工作日用电量大于非工作日，但差异很小，在10%以下。

（6）政府办公建筑、商场建筑、文化教育建筑昼间与夜间用电的峰谷比较大，均大于5；而非政府办公建筑、宾馆饭店建筑与医疗卫生建筑的峰谷比较小，均小于3。主要类型功能公共建筑的峰值出现的时段差异较大，从中午到晚间均有出现，但谷值均出现在凌晨时段（1:00~6:00）。

（7）由于能耗调查并未覆盖至珠三角地区的全部居住建筑与公共建筑，因此调查数据的准确性和代表性可能会存在一定的问题，部分结论有待进一步的证实和研究。

参考文献

[1]丁洪涛,刘海柱,王立雷.民用建筑能耗统计初步分析[J].暖通空调,2009,39(10):1-3.

[2]2005年广州市经济发展年度数据[Z].广州:广州市政府,2006-04-26.

[3]中华人民共和国建设部.公共建筑节能设计标准(GB-50189)[S].北京 中国建筑工业出版社,2005

[4]李志生,张国强,李冬梅,梅胜,刘旭红,李利新.广州地区大型办公类公共建筑能耗调查与分析[J].重庆建筑大学学报,2008(05):112-117.