【HVAC】深圳市建筑能耗宏观影响因素分析及发展趋势情景预测

2014年6月，国务院发布了《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》，提出“到2020年，一次能源消费总量控制在48亿吨标准煤左右，煤炭消费总量控制在42亿吨左右”。2016年4月，住房和城乡建设部发布了国家标准GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》，分别对建筑供暖、公共建筑和居住建筑提出了实际运行能耗的约束值和引导值。这些文件的发布说明我国的建筑节能工作将从过程管理转向过程管理和能耗总量控制并行发展的新阶段。

建筑可分为生产用建筑（工业建筑）和非生产用建筑（民用建筑）。由于工业建筑的能耗很大程度上与生产要求有关，并且一般都统计在生产用能中，因此本文讨论的建筑能耗均指民用建筑运行能耗。民用建筑又分为居住建筑和公共建筑。公共建筑包含办公建筑（包括政府办公建筑和商业办公建筑）、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、通信建筑以及交通运输建筑。近年来，笔者所在单位通过对不同类型民用建筑的能耗抽样统计，基本掌握了深圳市居住建筑和不同类型公共建筑的实际能耗水平。由于较难根据已有自下而上的简单调查得出深圳市历年的建筑能耗数据，本文旨在依据统计年鉴中的数据分析深圳市民用建筑能耗的整体发展趋势，而统计年鉴中的能耗按行业划分，无法对应到上述建筑类型，因此本文将民用建筑能耗仅分为居住建筑能耗和公共建筑能耗，2005—2014年深圳市民用建筑能耗数据见表1。

表1  深圳市2005—2014年社会总能耗构成

由表1可以看出：

1）自2005年开始，深圳市单位GDP能耗逐年下降，但是全社会总能耗增长较快。其中，建筑能耗增长趋势与全社会总能耗增长趋势基本一致，年平均增长率为8.8%，工业能耗年平均增长率为5.2%；2014年建筑能耗是2005年的1.79倍，工业能耗是2005年的1.47倍。可见，深圳市建筑能耗增长速度明显高于工业能耗增长速度。

2）在深圳市全社会总能耗构成中，工业能耗占比呈下降趋势，由2005年的61.7%下降到2014年的50.9%；建筑能耗占比维持在17.4%～21.3%之间，2014年建筑能耗占全社会总能耗的19.9%。

图1显示了1992—2014年居住建筑和公共建筑总电耗随深圳市国民生产总值GDP的变化趋势。可以看出，公共建筑的能耗增长趋势与GDP增长趋势较为吻合，略高于居住建筑的能耗增长速率。

图1  深圳市GDP与居住建筑和公共建筑用电量的变化趋势

根据对深圳市18 000多栋居住建筑能耗统计及750栋国家机关办公和大型公共建筑能源审计结果，深圳市公共建筑单位建筑面积能耗平均值为117 kW·h/(m2•a)，是居住建筑单位建筑面积能耗的4.5倍。可见，深圳市公共建筑能耗强度远高于居住建筑。

根据《中国建筑节能年度发展研究报告2014》列出的发达国家建筑能耗数据，深圳市单位建筑面积能耗和人均建筑能耗均处于较低水平。深圳市单位建筑面积能耗为美国的40%，欧洲的52%；人均建筑能耗为美国的1/7，欧洲的1/2。

基于以上分析，深圳市建筑能源消耗总体情况可概括为：1）建筑能耗总量逐年增长；2）建筑能耗增长速率比工业快；3）公共建筑能耗增长速率比居住建筑快；4）公共建筑能耗强度远高于居住建筑；5）单位面积建筑能耗强度比发达国家低。

除技术水平和能源使用效率外，人的行为对建筑能源消耗有很大影响。随着我国经济的发展和居民收入的增加，建筑内用能设备形式、室内环境营造方式和用能模式也在发生变化，这是引起建筑能耗增长的重要因素，本文用“社会经济发展水平”来反映人的行为模式变化对城市建筑能耗的宏观影响。

产业结构是影响经济增长的重要因素之一。在我国城市能源消费总量中，属于第一产业的农、林、牧、渔业，和属于第二产业的采矿业，制造业，电力、燃气及水的生产和供应业，建筑业均不属于民用建筑的范畴。由于第三产业中的大部分活动都在建筑内进行，如果第三产业占社会生产总值的比例不断提高，虽然社会整体的能源消耗会因第二产业比例的降低而减少，但是第三产业的发展必然导致社会对办公、商场、数据中心等高能耗建筑的需求增加，从而使城市建筑总能耗增加。本文用“经济增长方式”来反映产业结构变化对城市建筑能耗的宏观影响。

建筑因气候而生，气候对建筑能耗产生决定性的影响。影响建筑供暖空调能耗的室外气象参数主要有：温度、相对湿度、太阳辐射、风速等，而温度变化是气候变化的最明显标志。本文着重从深圳市城市气温的发展变化情况分析城市气温对城市整体建筑能耗的宏观影响。

2.1  社会经济发展水平对建筑能耗的影响

社会经济发展水平提高，对建筑服务水平的要求相应提高，导致建筑能耗增加。这里着重从居民家用电器的拥有数量和使用时间来反映这个因素的影响。

以居住建筑为例，居民生活中使用的电器数量和使用时间随社会经济的发展逐年增加。图2显示了1990—2012年深圳市每百户居民耐用消费品保有量。可以看出，空调作为居住建筑能源消耗的主要电器增长趋势明显，2012年每百户居民的空调器保有量达242台，平均每户居民拥有2.42台空调器。户均空调器的增加一定程度上增加了居住建筑能耗。

图2  深圳市每百户居民耐用消费品保有量（1990—2012年）

再进一步分析，通过历年每户平均人数、人均住宅面积和每百户电器数量可计算得到居住建筑单位面积电器功率。由于2006年以后深圳市人均住宅面积有所增长，导致居住建筑单位面积电器功率有所下降，但是在过去近10 a内变化不大，基本维持稳定。居住建筑单位面积电耗持续增长，反映出由于居民经济水平的提高，家用电器的使用时间在逐步增加。因此，对居住建筑而言，提高家用电器的能效水平、降低家用电器功率是降低居住建筑能耗的关键。

可见，随着深圳市社会经济总量的增长，居民生活中使用的电器数量逐年增多，家用电器的使用时间也逐步延长，是导致建筑能耗总量增长的重要因素。

2.2  经济增长方式对建筑能耗的影响

随着深圳市城市定位和产业结构的调整，以金融、通信和服务业等为代表的第三产业在社会经济中的比重近年来有增加趋势，2014年深圳市第三产业占全社会GDP的比例已经达到57.4%。2005年之后第三产业所占比例迅速增加，同期以工业为代表的第二产业所占比例呈下降趋势。图3更清晰、直接地反映了这一变化趋势，从每年建筑竣工量的比例来看，2000年之后以办公和商业用房为主的建筑占每年总建筑竣工量的比例逐年增加。

图3  深圳市各类建筑每年竣工量比例

由此可见，自2005年开始深圳市建筑能耗年平均增长8.8%，与第三产业比例的增长有一定关系。另外，2000年之后每年新建公共建筑的比例增大也说明第三产业比例增加导致了公共建筑建设量的增大。而公共建筑建设量增大，必然导致建筑能耗的增长。由于公共建筑能耗强度高于居住建筑，公共建筑建设比例的增加会使建筑能耗强度增加。因此，第三产业比例增加会造成深圳市建筑能耗总量与能耗强度的增加。

2.3  城市气温对建筑能耗的影响

深圳市地处我国夏热冬暖地区，属亚热带海洋性气候，其常年平均气温22.4 ℃，最高气温36.6 ℃，最低气温1.4 ℃，日照时间2 120 h，太阳年辐照量达5 404.9 MJ/m2。深圳市气象服务中心提供的近60 a深圳市年平均温度如图4所示，可以看出，1954—2016年深圳市年平均温度呈现上升的趋势，总体上升了1～1.5 ℃左右，2005年以来城市气温呈缓慢波动上升趋势。由于本文对深圳市建筑能耗分析的时间段只有10 a，相对于宏观气候变化而言分析周期较短，因此深圳市近10 a建筑能耗年平均增长8.8%，与对应10 a的城市气温变化之间暂不能得出明确的关系。

图4  深圳市1954—2016年平均温度变化趋势

深圳市夏季时间长（每年5月上旬至10月中旬），近半年的时间日平均气温超过25 ℃，建筑空调系统的主要作用是维持室内温湿度在人体舒适范围，因此，夏季高温天气变化会显著影响空调系统的开启时间和运行能耗。根据深圳市气象服务中心提供的数据，对深圳市近60 a夏季高温（温度高于33 ℃）天数进行统计，结果如图5所示。可以看出，1980年以后，深圳市每年高温天数明显多于1980年以前，与深圳市年平均温度变化趋势相似。近30 a深圳市极端高温天数多于1980年以前的30 a，说明建筑能耗增长与城市极端高温天数的增多有一定的关系，但是具体影响有多大还有待深入研究。

图5  深圳市历年高温天数变化趋势

综上分析，近30 a来深圳市经济发展带来的建筑服务水平的提高和第三产业比例的不断增长是造成建筑能耗总量与能耗强度增加的重要因素，而城市气温对建筑能耗的影响还有待深入研究。

结合《深圳市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》和《深圳市建筑节能和绿色建筑“十三五”规划》，对深圳市到2020年的社会经济发展水平和建筑节能工作开展进行情景分析，在情景分析设定的基础上对建筑能源消耗情况进行分析和预测。

情景分析的具体参数设定见表2，其中基准情景中社会生产总值依据2015年全社会生产总值按照每年增长7%估算，第三产业占全社会GDP的比例与2015年的比例保持一致，为58.8%。建筑节能工作情景包括单体建筑节能率和能源管理及节能意识提高对建筑整体的节能贡献率，基准情景中深圳市建筑整体节能率相对于2015年为15%。目标情景中社会经济发展情况依据《深圳市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》，其中到2020年的总GDP为26 000亿元，第三产业占全社会总GDP的比例为61.0%；建筑节能率提高到20%，能源管理及节能意识提高对建筑整体的节能贡献率提高到7%，即建筑整体节能率由基准情景的15%提高到27%。

此外，为了反映各因素对预测结果的影响，通过不同参数的组合形成比较情景1~3。比较情景1：到2020年社会生产总值和第三产业比例分别达到规划发展目标的26 000亿元和61.0%，建筑整体节能率与基准情景一致，为15%。比较情景2：到2020年社会生产总值和第三产业比例与基准情景一致，建筑整体节能率达到目标情景的27%。比较情景3：到2020年社会生产总值达到规划发展目标的26 000亿元，第三产业比例与基准情景一致，为58.8%，建筑整体节能率达到目标情景的27%。

依据表2中设定的情景，“十三五”期间建筑电力消耗的变化趋势如图6所示。可以看出：

图6  2020年深圳市建筑电力消耗发展趋势预测

1）由于社会经济发展等因素的影响（全社会GDP由2015年的17 503亿元提高到2020年的26 000亿元，即年均GDP增速为9.7%，第三产业比例由58.8%提高到61.0%，未来5 a建筑整体节能率提高到27%），全社会建筑能耗仍将呈上升趋势。但是与基准情形相比，在第三产业GDP增长速度高于基准情景的情况下，到2020年，全社会建筑能耗的增长率降低，说明提高建筑整体节能率对控制全社会建筑用能量具有关键作用。也就是说即使社会经济增长速度和第三产业比重高于目前的发展水平，通过提高建筑整体节能率仍可达到显著的节能效果。如按照目标情景，在实现“十三五”经济发展目标的情况下，与2015年建筑能耗水平相比，建筑节能工作实现建筑单位面积电力消耗降低27%，可减少电力消耗132亿kW·h。

2）如果按照比较情景1发展，即社会生产总值和第三产业比例都达到规划发展目标，但是建筑节能成效与基准情景相同，低于目标情景，则建筑能耗总量和增速均高于其他4种情景。说明如果不提高建筑整体节能水平，在全社会第三产业总量增速发展的情况下，建筑能耗总量将快速增长，比基准情景提高11.8%，比目标情景提高18.5%。

3）如果按照比较情景2发展，即社会生产总值和第三产业比例与基准情景相同，但是提高建筑整体节能率水平，使建筑整体节能率达到目标情景的27%，则建筑能耗总量和增速均低于其他4种情景，到2020年深圳市建筑能耗与2015年相比仅增长了2.4%。说明在维持全社会第三产业总量稳步增长的情况下，加大全社会建筑节能力度，会使建筑能耗总量增速放缓，甚至实现建筑能耗总量不增长。

4）如果按照比较情景3发展，即社会生产总值和建筑节能水平与目标情景相同，但是第三产业比例维持2015年的水平58.8%，则建筑能耗总量增长速度比目标情景降低4%，比比较情景2提高6%。说明第三产业比重提高对建筑能耗总量增长有一定的影响，但是影响小于全社会经济总量对建筑能耗总量的影响。

综上分析，深圳市在未来的5 a内，如果按照目前的方式和节奏开展建筑节能工作，整个城市的建筑能源消耗总量依然呈刚性增长趋势。如果加大全社会建筑节能力度或创新建筑节能工作方式，在保持全社会经济总量稳步增长的情况下，可以使建筑能耗总量增速放缓，甚至实现建筑能耗总量不增长。

1）深圳市建筑能耗强度较发达国家低，但建筑能耗总量仍在逐年增长，且建筑能耗增长速率比工业快。其中公共建筑能耗增长速率快于居住建筑，且能耗强度远高于居住建筑。

2）从宏观层面来看，近30 a深圳市经济发展带来的建筑服务水平提高和第三产业比例的不断增长是造成建筑能耗总量与能耗强度增加的重要因素。

3）1954—2016年间，深圳市年平均温度总体上升了1～1.5 ℃左右。1980年以后深圳市每年高温天数明显多于1980年以前，建筑能耗增长与城市极端高温天数的增多有一定的关系，具体影响有待深入研究。

4）通过对深圳市建筑能耗发展趋势进行情景分析预测发现，由于社会经济发展等因素，要实现目标情景，全社会建筑能耗仍将呈上升趋势，但是与基准情景相比，在第三产业GDP增长速度提高的情况下，到2020年，全社会建筑能耗的增长率降低，说明提高建筑整体节能率对控制全社会建筑用能量具有关键作用。按照目标情景发展建筑节能工作，与2015年建筑能耗水平相比，可实现建筑节能量132亿kW·h。

5）如果加大全社会建筑节能力度或创新建筑节能工作方式，在保持全社会经济总量稳步增长的情况下，可使深圳市建筑能耗总量增速放缓，甚至实现建筑能耗总量不增长。