關(guān)于酒店建筑能耗影響因素的探討
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作者：鄭曉敏
從能耗調(diào)查數(shù)據(jù)來看，夏熱冬冷地區(qū)四星級、五星級酒店平均綜合電耗高于200 kW．h/( m2 -a)，而從賓館費用支出組成來看，水、電、煤、油、氣等能源消耗己占經(jīng)營成本的30%，能源費用在其成本開支中僅次于人力成本，能源費用已經(jīng)成為酒店業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸。如何在保障酒店建筑功能和服務(wù)水平的同時，又減少能源消耗已成為酒店建筑能源管理的重要問題。本文運用正交試驗結(jié)合能耗模擬的方法，對酒店建筑能耗影響因素進行了分析，以期為酒店的能源管理提供參考。
1 酒店能耗影響因素研究現(xiàn)狀
目前國內(nèi)酒店建筑節(jié)能的研究主要體現(xiàn)在圍護結(jié)構(gòu)的改造、照明、設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)的改造、采用新技術(shù)和可再生能源以及行為和管理節(jié)能，但如果酒店建筑節(jié)能要有更強的針對性，則需要對酒店建筑能耗影響因素進行分析。
公共建筑的能耗影響因素總體上可以概括為環(huán)境因素、建筑功能、服務(wù)水平和用能習慣四類。由于公共建筑包含的建筑類型較多，其功能各不相同，所以公共建筑的能耗影響分析一般集中在圍護結(jié)構(gòu)、空調(diào)采暖系統(tǒng)等因素。李國帥對公共建筑能耗影響敏感性因素的研究表明，空調(diào)運行模式、供暖和空調(diào)系統(tǒng)能效、室內(nèi)環(huán)境參數(shù)、氣候和新風指標是影響公共建筑采暖空調(diào)能耗的主要因素，而人員密度、建筑設(shè)計與圍護結(jié)構(gòu)、照明設(shè)備功率密度則是非顯著因素。在公共建筑節(jié)能設(shè)計階段，蔡裕盛認為隨著窗墻面積比的增加，空調(diào)能耗增加，采暖能耗降低。王乾坤等用DeST軟件分析了不同熱工性能的外墻、屋面、外窗以及圍護結(jié)構(gòu)整體對建筑能耗的影響，外墻和外窗的節(jié)能潛力較大，均接近為20%；圍護結(jié)構(gòu)整體的節(jié)能潛力很大，約為40%。
公共建筑中辦公建筑的能耗影響因素分析中，曾曉慶以重慶市40棟政府辦公建筑為研究對象，利用數(shù)理統(tǒng)計方法分析了能源使用種類、建筑年代、建筑朝向、建筑層高、圍護結(jié)構(gòu)、空調(diào)形式等因素對政府辦公類建筑能耗的影響。東陽等利用正交試驗和軟件模擬的方法分析了廣東地區(qū)超高層辦公建筑的能耗影響敏感性因素，結(jié)果顯示外窗綜合遮陽系數(shù)、外立面窗墻面積比、平面形狀是影響該類建筑能耗的敏感性因素。
對于酒店建筑能耗影響因素的研究，國內(nèi)方面，許巧玲等基于多元統(tǒng)計的方法對酒店建筑能耗分析時，發(fā)現(xiàn)建筑面積、酒店星級、床位數(shù)和空調(diào)冷源側(cè)功率是影響酒店能耗的主要影響因素，窗體和設(shè)備為輔助影響因素。林燕平通過調(diào)查統(tǒng)計和專家訪談總結(jié)出影響中高星級酒店能源消耗的主要因素有建筑圍護結(jié)構(gòu)、中央空調(diào)型號和節(jié)能技術(shù)、室內(nèi)環(huán)境標準、總建筑面積、客房人住夜數(shù)、設(shè)施項目的數(shù)量和類型、員工行為、烹飪的食物數(shù)量、氣溫、燈光設(shè)計、消費者旅途生活方式及節(jié)能政策。ShileiLu對中國熱帶地區(qū)海南省27家星級酒店建筑的能耗調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，用電比例、客房數(shù)目是影響酒店總能效的關(guān)鍵因素。
國外方面，基于對香港16家高級酒店、新加坡全國29家高級酒店建筑能耗的分析，ShiMingDeng、Rajagopalan Priyadarsini分別認為建筑年齡、酒店星級和人員密度、能源改造的時間長短是影響酒店建筑能源利用的主要因素。Jen ChunWang在對臺灣45家國際觀光酒店，19家標準酒店，116家一般酒店以及20家寄宿酒店進行建筑能耗分析時，選擇建筑面積、客房數(shù)、入住率和建筑年齡作為預測年能耗和能源使用強度回歸模型的獨立變量，相關(guān)系數(shù)分別為0. 928和0.612。PaulinaBohdanowicz等以歐洲的184家Hilton國際酒店和Scandic酒店為例，研究能耗基準線時發(fā)現(xiàn)，氣候、酒店標準、總建筑面積、人住夜數(shù)、售出的食物量都會影響能耗。Deng Shiming'26]選擇了香港36家高級酒店的建筑面積、客房數(shù)、入住人數(shù)、食物的數(shù)量為變量建立建筑能耗回歸模型時，沒有發(fā)現(xiàn)建筑能耗和各因素之間存在著明顯的規(guī)律。
分析來看，總結(jié)國內(nèi)外公共建筑及酒店建筑能耗影響因素，主要包括氣候、建筑面積、建筑年齡、酒店星級、入住率、客房數(shù)、床位數(shù)、人員密度、室內(nèi)參數(shù)、圍護結(jié)構(gòu)以及空調(diào)運行。同時，當前的研究中酒店建筑能耗影響因素的分析主要基于數(shù)理統(tǒng)計回歸模型的方法，而采取這種方法時，并不能確定空調(diào)系統(tǒng)運行控制、使用時間、圍護結(jié)構(gòu)等因素對建筑能耗的影響。
2 酒店建筑能耗影響因素的選擇
通常對于公共建筑而言，其建筑總能耗由分項能耗決定，即由空調(diào)采暖能耗、燈光照明能耗、設(shè)備插座能耗、電梯能耗以及其他能耗共同決定。通過對酒店建筑總能耗及分項能耗進行分析，可以把建筑能耗影響因素分為四類，分別是環(huán)境因素、建筑功能、酒店星級、人的行為方式（用能習慣）。
1)環(huán)境因素
環(huán)境因素影響酒店建筑能耗主要體現(xiàn)在氣候環(huán)境、地理位置和當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展和服務(wù)業(yè)發(fā)展。
氣候環(huán)境和地理位置決定了酒店建筑的室外溫濕度、空調(diào)采暖時間等，直接影響酒店建筑的空調(diào)冷熱負荷；而地理位置又與旅游資源相關(guān)，地理位置好旅游業(yè)發(fā)達，酒店的常年客房入住率就比較高，直接影響酒店建筑的能耗；經(jīng)濟和服務(wù)業(yè)發(fā)展較好的地區(qū)，新建建筑較多，在設(shè)計建造階段就已經(jīng)考慮了建筑節(jié)能，有些新建建筑的能耗可能會較低，同時該地區(qū)的人員對建筑環(huán)境的舒適性要求可能會更高，對能耗也有一定的影響。
2)建筑功能
建筑功能對酒店建筑能耗的影響反映在酒店建筑面積和各功能區(qū)域的使用時間。
酒店建筑內(nèi)一般擁有客房、餐廳、廚房、會議室等多個不同的功能區(qū)域，不同星級的酒店，其應有的功能區(qū)域和客房數(shù)也不同，整體上直接體現(xiàn)了酒店建筑面積的大小。另外，由于各區(qū)域的使用功能不同，也決定了其使用時間的不同，燈光、插座的使用時間決定了建筑的燈光和設(shè)備能耗，人員和空調(diào)作息則主要體現(xiàn)了建筑的空調(diào)采暖能耗。
3)酒店星級
不同星級的酒店建筑，差異主要體現(xiàn)在相關(guān)休閑設(shè)施的配套、公共區(qū)域面積比例、房間人均新風量、人員舒適性等。
不同星級的酒店需要有與其星級對應的休閑設(shè)施，比如五星級酒店一般要求有游泳池、健身房等。不同星級的酒店公共區(qū)域面積比例也不同，五星級酒店公共區(qū)域面積一般占總建筑面積的20%左右，而四星級酒店公共區(qū)域面積占總建筑面積的15 010左右。另外，不同星級酒店各功能房間內(nèi)的人均新風量也不一樣，五星級酒店房間新風量一般比四星級高20 %左右，比三星級高30%—40%。人員舒適性針對的則是酒店建筑內(nèi)的燈光設(shè)計、室內(nèi)熱濕環(huán)境等。
4)人的行為方式
建筑能耗的一個重要影響因素為人的行為方式，即用能習慣。人的行為方式對能耗的影響包括3個方面，分別是使用時間、運行控制以及節(jié)能意識。
使用時間主要體現(xiàn)在對燈光設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)的使用，而運行控制則主要體現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)的控制，對于空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)不依據(jù)設(shè)備規(guī)定操作，使用時間和運行控制的隨意性較大。人的行為方式對建筑能耗的影響還體現(xiàn)在缺乏節(jié)能意識，比如建筑遮陽，采用建筑遮陽可以節(jié)約制冷用能25%以上，節(jié)約采暖用能10%以上，能夠大大提高建筑熱舒適及視覺舒適性。
因此，基于對建筑能耗影響因素的分析，這4類因素最終體現(xiàn)在氣候環(huán)境、客房入住率、建筑面積、人員燈光設(shè)備密度和使用時間、室內(nèi)熱濕環(huán)境、空調(diào)運行控制。
酒店建筑空調(diào)冷熱負荷的影響因素除了氣候環(huán)
境外，還有圍護結(jié)構(gòu)，因此，圍護結(jié)構(gòu)對酒店建筑空
調(diào)能耗有直接的影響。
對于酒店建筑而言，有統(tǒng)計顯示，生活熱水能耗占酒店建筑能耗的16%左右，而西安某酒店建筑生活熱水能耗占總能耗的22% ，因此，生活熱水能耗和空調(diào)供暖能耗時酒店總能耗的主要組成部分，而人均日生活熱水用量則直接影響了生活熱水能耗。
通過對全國300多家高星級酒店建筑調(diào)查，發(fā)現(xiàn)酒店建筑外形以矩形、L形和U形或類似這3類外形的居多，其中矩形酒店建筑占70%左右，而在已有的研究中，建筑外形對建筑能耗的影響的相關(guān)研究較少，為了研究不同形式的建筑外形是否對建筑能耗也有影響，本文將建筑外形作為能耗影響因素給予分析，且在分析時主要針對調(diào)查總結(jié)的四種建筑外形。
綜上所述對酒店建筑能耗影響因素的分析，本文客房人住率、人均日生活熱水用量、人均客房占有面積、室內(nèi)熱濕環(huán)境、客房空調(diào)開啟時間、建筑形式作為酒店建筑能耗的影響因素。
3 酒店建筑能耗影響因素分析
目前，酒店建筑能耗影響因素的分析主要基于對實際酒店能源消費賬單進行統(tǒng)計，應用平均值法、分位數(shù)法、回歸模型等數(shù)理統(tǒng)計方法對能耗數(shù)據(jù)以及因素變量進行分析，但應用此方法分析時，需要較大的樣本容量，當樣本容量偏小時，可能會導致分析結(jié)果不準確。另外，采用數(shù)理統(tǒng)計分析時也不能確定空調(diào)系統(tǒng)運行控制、使用時間、圍護結(jié)構(gòu)等因素對建筑能耗的影響。
因此，為了更全面的分析酒店能耗影響因素，本文應用正交試驗結(jié)合能耗模擬的方法進行分析研究。
3.1 正交試驗設(shè)計
正交試驗是研究多因素多水平的一種設(shè)計方法，依據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，能夠明確影響試驗指標各因素的主次順序，是一種高效率、快速、經(jīng)濟的實驗設(shè)計方法。
根據(jù)所選取的7個酒店建筑能耗影響因素及每個影響因素的3個水平取值，按照正交性從全面試驗中選出部分有代表性的進行試驗，選擇
正交試驗表，正交實驗影響因素及水平取值如表1~表4。能耗影響因素的取值范圍參考GB 50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》、JGJ 62-2014《旅館建筑設(shè)計規(guī)范》、GB 50034-2004《建筑照明設(shè)計標準》、GB/T 14308-2010《旅游飯店量級的劃分與評定》。
按照正交性所選擇的
正交試驗表，只需做18次試驗即可代表全部試驗，正交試驗通過應用能耗模擬軟件對能耗進行模擬。
3.2酒店建筑能耗模擬
國內(nèi)外常用的能耗模擬軟件有DOE-2、EnergyPlus、Equest、DeST等，本文采用清華大學建筑環(huán)境及HVAC系統(tǒng)模擬的軟件平臺DeST對酒店建筑進行能耗模擬。
通過對全國大量酒店進行統(tǒng)計調(diào)查，發(fā)現(xiàn)中高星級酒店的建筑面積在5萬m2左右居多，因此本文所建立的建筑模型地上面積為52 500m2，地下面積為12 000 m2。另外酒店建筑模型中的功能區(qū)域有客房、總統(tǒng)套房、中餐廳、西餐廳、會議室、辦公室、多功能廳、宴會廳、公共區(qū)域、后勤、洗衣房、游泳池、健身房、酒吧、舞廳、棋牌室、走廊、機房、停車場等，各功能區(qū)域的面積比例參照星級酒店功能明細及規(guī)范要求劃分。
本文以寒冷地區(qū)中北京地區(qū)為例，應用DeST能耗模擬軟件分別建立L形、U形、矩形酒店建筑模型，對酒店建筑空調(diào)采暖負荷進行模擬。所建模型的圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)按照GB 50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》中規(guī)定的圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)進行設(shè)置，為了減少模擬的復雜程度，對建筑模型中相同功能房間進行了合并。圖1為3種形式酒店建筑的標準層模型，3種建筑外形的建筑標準層面積均為2 500 m2。
建筑模型中各參數(shù)的設(shè)置依據(jù)表2—表4各因素的取值，圍護結(jié)構(gòu)中外墻、外窗按照節(jié)能設(shè)計標準進行設(shè)置。不同功能房間的用能特點雖然在全年8 760 h表現(xiàn)為1個動態(tài)變化過程，但由于酒店建筑的功能特點所致，酒店各功能房間全年365 d的用能特點基本一樣，因此，可用一天24 h的房間用能特點代表全年365 d 8 760 h的用能特點分布。
本文以客房、會議室、中餐廳和健身房4種典型房間為例進行用能特點說明，各功能區(qū)域用能特點參照DeST能耗模擬軟件中對應功能區(qū)域的用能特點分布，4種房間的用能特點分布如圖2所示。對于客房來說，其用能特點表現(xiàn)為夜間人員在室率為100%，白天在室率偏低，因此，燈光設(shè)備白天的使用率也偏低，在晚上使用率則達到100%，夜間人員入睡時，燈光設(shè)備使用率為0。會議室、多功能廳的用能特點分布類似，房間使用時間一般為白天，因此，上午和下午人員在室率、燈光設(shè)備使用率都為100%，中午時分為人員就餐和休息時間，則人員在室率偏低，但一般會議室、多功能廳的燈光一直處于開啟狀態(tài)，而空調(diào)則在白天一直處于開啟狀態(tài)；在周末和節(jié)假日，人員在室率和燈光使用率相比工作日都會降低。中餐廳、西餐廳、宴會廳的用能特點類似，在就餐時間時人員在室率、燈光設(shè)備使用率為100%，燈光設(shè)備每天開始使用時，就會產(chǎn)生熱負荷，空調(diào)系統(tǒng)就會開啟。對于酒店內(nèi)的娛樂休閑設(shè)施，一般多為晚上休閑使用，以健身房為例，晚上的人員在室率、燈光設(shè)備使用率偏高，而舞廳的人員在室率、燈光設(shè)備使用率在午夜間則偏高。
本文模擬分析的酒店建筑能耗包括空調(diào)采暖能耗、燈光照明能耗、設(shè)備插座用電能耗、生活熱水能耗。在對能量的轉(zhuǎn)換和末端應用過程的統(tǒng)計和分析中，本文采用等效電法對不同種類的能源進行換算分析。
通過設(shè)計正交試驗，結(jié)合DeST能耗模擬軟件，對正交試驗表中的18個試驗分別進行模擬，采用等效電法對不同種類能源進行換算，最終以單位建筑面積能耗值作為結(jié)果進行分析。
4 結(jié)果與分析
為了分析確定各因素及其交互作用的主次順序，判斷出主要因素和次要因素，以及判斷因素對試驗指標影響的程度，本文分別采取極差分析和方差分析兩種方法對酒店建筑能耗影響因素進行了分析。
4.1極差分析
極差值的大小反映了各因素與試驗指標之間的影響關(guān)系，即極差越大，影響因素對試驗指標的影響越大。
極差值可以通過式(1)計算：
式中：K．j為第i個因素中第j個水平取值對應的試驗值；k,．為第i個因素中第j個水平取值對應的試驗值的平均值；n為第i個因素中第-『個水平取值的數(shù)量；R．為第i個因素的極差值。
對各因素的試驗指標值進行極差計算，正交試驗結(jié)果極差數(shù)值見表5，酒店能耗各影響因素均值和極值分布圖如圖3所示。
從表5可以看出，各影響因素對酒店建筑能耗的影響順序依次為客房入住率>日人均生活熱水量>人均客房占有面積>客房空調(diào)開啟時間>室內(nèi)環(huán)境>窗墻比、遮陽系數(shù)>建筑外形。
各影響因素中，客房入住率高，人員密度增大，燈光設(shè)備、空調(diào)的使用時間增多，直接導致空調(diào)能耗、燈光照明能耗、設(shè)備插座能耗、生活熱水能耗增加，所以對酒店建筑能耗的影響大；由于生活熱水能耗是酒店能耗的主要組成部分，所以人均日生活熱水量對酒店能耗有直接的影響；人均客房占有面積反映了人員密度，空調(diào)開啟時間反映了空調(diào)的使用時間，室內(nèi)環(huán)境則體現(xiàn)了對溫濕度的要求，也反映了酒店服務(wù)水平，這3個因素都直接影響了酒店建筑的冷熱負荷，而窗墻比、遮陽系數(shù)和建筑外形則是從建筑圍護結(jié)構(gòu)層面影響了酒店建筑的冷熱負荷，但由于窗墻比、遮陽系數(shù)的取值依照CB 50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》中規(guī)定的指標，而矩形、L形、U形建筑外形在層高、建筑尺寸相同的條件下，其各朝向的外墻、外窗面積相差不大，且外墻、外窗的傳熱系數(shù)相同，東、西、南向的遮陽系數(shù)相同，因此，導致了窗墻比、遮陽系數(shù)和建筑外形對酒店建筑能耗的影響較小。
4.2 方差分析
方差分析的基本思想是通過分析研究不同來源的變異對總變異的貢獻大小，從而確定可控因素對研究結(jié)果影響力的大小。
為了判斷影響作用的大小，需要構(gòu)造F統(tǒng)計量，作F檢驗。
式中：MSb為組間均方和；MSw為組內(nèi)均方和。
對試驗結(jié)果進行方差分析，結(jié)果如表6所示。
根據(jù)方差結(jié)果和上述因素分析，各能耗影響因素對酒店建筑能耗的影響順序為客房人住率>日人均生活熱水量>人均客房占有面積>客房空調(diào)開啟時間>室內(nèi)環(huán)境>窗墻比、遮陽系數(shù)>建筑外形。
5 結(jié)論
通過對酒店建筑能耗影響因素進行分析，本文選取了包括建筑形式在內(nèi)的7個影響因素，通過建立正交試驗并結(jié)合使用能耗模擬軟件DeST對18個試驗進行模擬，并運用極差和方差的方法對酒店建筑能耗影響因素進行了分析，得出如下結(jié)論：
1)選取的7個因素中，酒店客房入住率對酒店能耗的影響最大，其次是人均日生活熱水量、人均客房占有面積、客房空調(diào)開啟時間、室內(nèi)熱濕環(huán)境，窗墻比、遮陽系數(shù)和建筑形式對酒店能耗的影響最小。
2)選取的3種酒店建筑外形因素對酒店建筑能耗的影響比較小，原因是在層高、建筑尺寸相同的條件下，矩形、L形、U形建筑外形其各朝向的外墻、外窗面積相差不大，且外墻、外窗的傳熱系數(shù)相同，東、西、南向的遮陽系數(shù)相同，因此，導致了建筑外形對酒店建筑能耗的影響較小。
此外，對于公共建筑而言，建筑空調(diào)系統(tǒng)多為集中空調(diào)系統(tǒng)，且集中空調(diào)的調(diào)控分為“全時間、全空間”調(diào)控和末端獨立調(diào)控，不同的人對于空調(diào)、照明、生活熱水和電器的使用方式差異較大，所以在對建筑實際能耗進行模擬時，會出現(xiàn)模擬設(shè)置的用能使用時間與實際不符，導致模擬結(jié)果不準確。目前，清華大學針正在對“生活模式和人的行為對建筑能耗的影響”進行研究，并逐步把中國人的用能習慣嵌入到DeST能耗模擬軟件中，該項研究對于保證能耗模擬結(jié)果的準確性具有重要的意義。
6[摘要]
從數(shù)量和建筑面積來看，酒店是公共建筑中重要的一類。相比于其他類型公共建筑，酒店建筑特別是四星級及以上的，能耗強度較高。分析酒店能耗影響因素，是推動酒店節(jié)能的重要基礎(chǔ)。本文提出了包括建筑外形在內(nèi)的7個酒店能耗影響因素，通過設(shè)計正交試驗并結(jié)合能耗模擬軟件對酒店能耗影響因素進行了分析。結(jié)果表明，酒店客房入住率對酒店能耗的影響最大，建筑外形對酒店能耗的影響最小。各因素對酒店能耗影響程度的確定，對于酒店建筑節(jié)能具有重要的指導意義。
