城市居住建筑能耗影響因素與預(yù)測模型構(gòu)建研究.pdf

1、建筑與工業(yè)、交通并列為能源消耗的三大領(lǐng)域,也是溫室氣體排放的重要來源。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展,導(dǎo)致建筑能耗所占能源消耗的比重逐年提升，近年來人們物質(zhì)生活的改善和對于生活品質(zhì)的追求,居住建筑能耗的增長十分顯著,其節(jié)能減排的空間更為廣闊。因此開展居住建筑的能耗調(diào)研、研究居住建筑能耗的影響因素,并據(jù)此建立居住建筑的能耗預(yù)測模型,預(yù)測未來的發(fā)展趨勢,并未雨綢繆制定相應(yīng)能源規(guī)劃和發(fā)展戰(zhàn)略以及節(jié)能減排的政策措施就顯得十分緊迫。但是居住建筑因為其鮮明

2、的個體性,影響居住建筑能耗的因素不但與建筑本身有關(guān),更與居住的人的行為、意識、經(jīng)濟社會發(fā)展和電器使用密切相關(guān)。因此其影響因素復(fù)雜、建立科學(xué)合理的預(yù)測模型預(yù)測難度較大。
　　本研究首先綜述了國內(nèi)外關(guān)于建筑節(jié)能和建筑能耗影響因素的研究,在文獻研究的基礎(chǔ)上,采用問卷調(diào)查法、開放式訪談法和德爾菲法編制調(diào)研問卷。問卷涉及影響城市居住建筑能耗的人口特征、建筑特征、生活方式、節(jié)能意識、設(shè)備特征等5個方面29項指標;問卷經(jīng)過實測分析,進行信度、信

3、度和半結(jié)構(gòu)分析,最終篩選出獨立性強的有效題目,最后再經(jīng)過專家分析討論,形成了信度和效度較好的正式調(diào)研問卷。組織人員以典型抽樣的方式對重慶市主城區(qū)的1500戶家庭進行了抽樣調(diào)查,剔除無效樣本后得到的632戶有效樣本。同時,從供電部門采集到被調(diào)查住戶一一匹配的實際電耗數(shù)據(jù)。在客觀數(shù)據(jù)與主觀問卷兩兩匹配的基礎(chǔ)上,調(diào)查了影響居住建筑能耗的29個可能的影響因素,數(shù)據(jù)處理采用社會科學(xué)統(tǒng)計軟件SPSS17.0處理。調(diào)研表明重慶市居住建筑的用能特點與現(xiàn)

4、狀為:住戶80％為2—4口人,80%的家庭收入在4—8萬元,60%的家庭居住面積在50—90m~2,建筑年代基本集中在2000年以后;戶均擁有的空調(diào)、電腦、電視等生活必需的家用電器在一臺以上,夏季降溫以空調(diào)為主,冬季降溫以取暖器為主,節(jié)能意識總體較好。重慶市居住建筑戶均單位面積能耗26.4kWh/m2,總體而言老建筑比新建筑能耗要略微高一些,中間層的住宅的平均總能耗要低于位于建筑底層和頂層的住宅的平均總能耗,夏季開啟空調(diào)的行為方式對于能

5、耗的影響較大,夏季使用空調(diào)的數(shù)量對于能耗的影響十分顯著?？傮w而言,夏季重慶室內(nèi)居住舒適評價為比較涼爽的38%,60%的住戶認為比較熱和基本可以接受;冬季認為暖和的只有23%,77%的住戶認為冬季的室內(nèi)溫度很冷和基本可以接受,說明重慶居住環(huán)境的室內(nèi)環(huán)境并不樂觀,居住品質(zhì)并不理想。在調(diào)研的基礎(chǔ)上,對重慶市居住建筑能耗進行相關(guān)分析和偏相關(guān)分析,從29個影響年能耗的調(diào)查變量中篩選出了具有顯著線性關(guān)系的常住人口、建筑面積、建筑類型、夏季空調(diào)降溫方

6、式、夏季制冷空調(diào)臺數(shù)、冬季采暖空調(diào)臺數(shù)、冬季采暖其它設(shè)備臺數(shù)、電腦臺數(shù)、電視臺數(shù)、電磁爐臺數(shù)、其它信息類設(shè)備臺數(shù)、電視每日開機時間等12個變量。根據(jù)基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)初選簡單相關(guān)變量和派生變量與年能耗的簡單線性關(guān)系確定出影響年能耗的最終簡單相關(guān)變量6個,包括:常住人口、人均建筑面積、建筑類型、夏季空調(diào)降溫方式、制冷空調(diào)和電腦臺數(shù)和、空調(diào)電腦電視日均使用時間和。由于簡單相關(guān)分析有一定的局限性,主要是在計算相關(guān)系數(shù)時,不能消除其它變量的影響,因此

7、有必要對年能耗簡單相關(guān)變量進行偏相關(guān)分析。最后,偏相關(guān)分析結(jié)果表明,與年能耗有顯著相關(guān)因素有4個,包括:常住人口、人均建筑面積、制冷空調(diào)和電腦臺數(shù)和、夏季空調(diào)降溫方式。年能耗與各變量的偏相關(guān)系數(shù)從大到小依次為:常住人口(0.307)、人均建筑面積(0.290)、制冷空調(diào)和電腦臺數(shù)和(0.125)、夏季空調(diào)降溫方式(0.124)。在分析和篩選出上述四個影響因素的基礎(chǔ)上,建立了基于相關(guān)分析的多元線性回歸預(yù)測模型:Y=-817.445+380

8、.434X1+30.699X2+87.376X3+226.667X4。該模型與傳統(tǒng)的線性多元回歸分析建模不同,沒有把可能影響建筑能耗的所有因素變量納入模型,而是在通過相關(guān)分析和偏相關(guān)分析后剔除模型冗余變量,消除了共線性因素變量的影響,從而能在模型中更好反映建筑能耗的重要影響因素及影響程度,預(yù)測更為可靠和準確。為了與線性回歸建模進行比較和檢驗,同時,選擇了擬合精度更高、但擬合計算更為復(fù)雜的非線性回歸分析建立模型。
　　本文采用非線性

9、最優(yōu)化算法L—M(Levenberh—Marquardt)算法進行極值計算,進行了多參數(shù)非線性模擬多元回歸分析,確定重慶市居住建筑能耗的非線性函數(shù)的擬合回歸模型,多項式函數(shù)模型y=-10468.60+7148.6x10.14+1556.7x20.27+96x31.48+6.48x4215和指數(shù)函數(shù)模型y=3706.15-3471.9e-0.32x1-3181.5e-0.028x2+509.4e0238x3+192.76e0153x4。最

10、后利用2008-2009年重慶市城市實際居住建筑能耗數(shù)據(jù)對建立的線性和非線性回歸模型擬合效果進行檢驗,模型擬合數(shù)據(jù)與實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)符合度為94%以上,模型擬合度較好。根據(jù)重慶市居住建筑能耗影響因素模型,結(jié)合重慶經(jīng)濟、社會、人口發(fā)展發(fā)展趨勢,對重慶市“十二五”期間各能耗影響因素進行了情景分析,建立了重慶市居住建筑情景分布預(yù)測矩陣:E=∑E退休住戶+∑E年輕住戶+∑E基本家庭住戶+∑E復(fù)合家庭住戶=(c1j)*(bi1)T+(c2j)*(bi

11、2)T+(c3j)*(bi3)T+(c4j)*(bi4)T(i,j=1,2,3)。根據(jù)該情景分析預(yù)測,重慶城市居住建筑能耗預(yù)測結(jié)果重慶市2012年總能耗為414527.7萬kWh,2015年為507214.7萬kWh。結(jié)合重慶市的實際情況,以及居民的可接受程度,針對性提出了制定可持續(xù)的市能源發(fā)展規(guī)劃、建立城市居住建筑能耗管理體系、完善基于低碳的居民用能引導(dǎo)措施和健全基于低碳的居住建筑節(jié)能激勵機制,為重慶市解決能源矛盾和建筑節(jié)能提供了系列