关于酒店建筑能耗影响因素的探讨

    作者：郑晓敏

    从能耗调查数据来看，夏热冬冷地区四星级、五星级酒店平均综合电耗高于200 kW．h/( m2 -a)，而从宾馆费用支出组成来看，水、电、煤、油、气等能源消耗己占经营成本的30%，能源费用在其成本开支中仅次于人力成本，能源费用已经成为酒店业经济发展的“瓶颈。如何在保障酒店建筑功能和服务水平的同时，又减少能源消耗已成为酒店建筑能源管理的重要问题。本文运用正交试验结合能耗模拟的方法，对酒店建筑能耗影响因素进行了分析，以期为酒店的能源管理提供参考。

1  酒店能耗影响因素研究现状

    目前国内酒店建筑节能的研究主要体现在围护结构的改造、照明、设备、空调系统的改造、采用新技术和可再生能源以及行为和管理节能，但如果酒店建筑节能要有更强的针对性，则需要对酒店建筑能耗影响因素进行分析。

    公共建筑的能耗影响因素总体上可以概括为环境因素、建筑功能、服务水平和用能习惯四类。由于公共建筑包含的建筑类型较多，其功能各不相同，所以公共建筑的能耗影响分析一般集中在围护结构、空调采暖系统等因素。李国帅对公共建筑能耗影响敏感性因素的研究表明，空调运行模式、供暖和空调系统能效、室内环境参数、气候和新风指标是影响公共建筑采暖空调能耗的主要因素，而人员密度、建筑设计与围护结构、照明设备功率密度则是非显著因素。在公共建筑节能设计阶段，蔡裕盛认为随着窗墙面积比的增加，空调能耗增加，采暖能耗降低。王乾坤等用DeST软件分析了不同热工性能的外墙、屋面、外窗以及围护结构整体对建筑能耗的影响，外墙和外窗的节能潜力较大，均接近为20%；围护结构整体的节能潜力很大，约为40%。

    公共建筑中办公建筑的能耗影响因素分析中，曾晓庆以重庆市40栋政府办公建筑为研究对象，利用数理统计方法分析了能源使用种类、建筑年代、建筑朝向、建筑层高、围护结构、空调形式等因素对政府办公类建筑能耗的影响。东阳等利用正交试验和软件模拟的方法分析了广东地区超高层办公建筑的能耗影响敏感性因素，结果显示外窗综合遮阳系数、外立面窗墙面积比、平面形状是影响该类建筑能耗的敏感性因素。

    对于酒店建筑能耗影响因素的研究，国内方面，许巧玲等基于多元统计的方法对酒店建筑能耗分析时，发现建筑面积、酒店星级、床位数和空调冷源侧功率是影响酒店能耗的主要影响因素，窗体和设备为辅助影响因素。林燕平通过调查统计和专家访谈总结出影响中高星级酒店能源消耗的主要因素有建筑围护结构、中央空调型号和节能技术、室内环境标准、总建筑面积、客房人住夜数、设施项目的数量和类型、员工行为、烹饪的食物数量、气温、灯光设计、消费者旅途生活方式及节能政策。ShileiLu对中国热带地区海南省27家星级酒店建筑的能耗调查分析发现，用电比例、客房数目是影响酒店总能效的关键因素。

    国外方面，基于对香港16家高级酒店、新加坡全国29家高级酒店建筑能耗的分析，ShiMingDeng、Rajagopalan Priyadarsini分别认为建筑年龄、酒店星级和人员密度、能源改造的时间长短是影响酒店建筑能源利用的主要因素。Jen ChunWang在对台湾45家国际观光酒店，19家标准酒店，116家一般酒店以及20家寄宿酒店进行建筑能耗分析时，选择建筑面积、客房数、入住率和建筑年龄作为预测年能耗和能源使用强度回归模型的独立变量，相关系数分别为0. 928和0.612。PaulinaBohdanowicz等以欧洲的184家Hilton国际酒店和Scandic酒店为例，研究能耗基准线时发现，气候、酒店标准、总建筑面积、人住夜数、售出的食物量都会影响能耗。Deng Shiming'26]选择了香港36家高级酒店的建筑面积、客房数、入住人数、食物的数量为变量建立建筑能耗回归模型时，没有发现建筑能耗和各因素之间存在着明显的规律。

    分析来看，总结国内外公共建筑及酒店建筑能耗影响因素，主要包括气候、建筑面积、建筑年龄、酒店星级、入住率、客房数、床位数、人员密度、室内参数、围护结构以及空调运行。同时，当前的研究中酒店建筑能耗影响因素的分析主要基于数理统计回归模型的方法，而采取这种方法时，并不能确定空调系统运行控制、使用时间、围护结构等因素对建筑能耗的影响。

2  酒店建筑能耗影响因素的选择

    通常对于公共建筑而言，其建筑总能耗由分项能耗决定，即由空调采暖能耗、灯光照明能耗、设备插座能耗、电梯能耗以及其他能耗共同决定。通过对酒店建筑总能耗及分项能耗进行分析，可以把建筑能耗影响因素分为四类，分别是环境因素、建筑功能、酒店星级、人的行为方式（用能习惯）。

    1)环境因素

    环境因素影响酒店建筑能耗主要体现在气候环境、地理位置和当地的经济发展和服务业发展。

    气候环境和地理位置决定了酒店建筑的室外温湿度、空调采暖时间等，直接影响酒店建筑的空调冷热负荷；而地理位置又与旅游资源相关，地理位置好旅游业发达，酒店的常年客房入住率就比较高，直接影响酒店建筑的能耗；经济和服务业发展较好的地区，新建建筑较多，在设计建造阶段就已经考虑了建筑节能，有些新建建筑的能耗可能会较低，同时该地区的人员对建筑环境的舒适性要求可能会更高，对能耗也有一定的影响。

    2)建筑功能

    建筑功能对酒店建筑能耗的影响反映在酒店建筑面积和各功能区域的使用时间。

    酒店建筑内一般拥有客房、餐厅、厨房、会议室等多个不同的功能区域，不同星级的酒店，其应有的功能区域和客房数也不同，整体上直接体现了酒店建筑面积的大小。另外，由于各区域的使用功能不同，也决定了其使用时间的不同，灯光、插座的使用时间决定了建筑的灯光和设备能耗，人员和空调作息则主要体现了建筑的空调采暖能耗。

    3)酒店星级

    不同星级的酒店建筑，差异主要体现在相关休闲设施的配套、公共区域面积比例、房间人均新风量、人员舒适性等。

    不同星级的酒店需要有与其星级对应的休闲设施，比如五星级酒店一般要求有游泳池、健身房等。不同星级的酒店公共区域面积比例也不同，五星级酒店公共区域面积一般占总建筑面积的20%左右，而四星级酒店公共区域面积占总建筑面积的15 010左右。另外，不同星级酒店各功能房间内的人均新风量也不一样，五星级酒店房间新风量一般比四星级高20 %左右，比三星级高30%—40%。人员舒适性针对的则是酒店建筑内的灯光设计、室内热湿环境等。

  4)人的行为方式

  建筑能耗的一个重要影响因素为人的行为方式，即用能习惯。人的行为方式对能耗的影响包括3个方面，分别是使用时间、运行控制以及节能意识。

    使用时间主要体现在对灯光设备、空调系统的使用，而运行控制则主要体现在空调系统的控制，对于空调系统的调节不依据设备规定操作，使用时间和运行控制的随意性较大。人的行为方式对建筑能耗的影响还体现在缺乏节能意识，比如建筑遮阳，采用建筑遮阳可以节约制冷用能25%以上，节约采暖用能10%以上，能够大大提高建筑热舒适及视觉舒适性。

    因此，基于对建筑能耗影响因素的分析，这4类因素最终体现在气候环境、客房入住率、建筑面积、人员灯光设备密度和使用时间、室内热湿环境、空调运行控制。

    酒店建筑空调冷热负荷的影响因素除了气候环

境外，还有围护结构，因此，围护结构对酒店建筑空

调能耗有直接的影响。

    对于酒店建筑而言，有统计显示，生活热水能耗占酒店建筑能耗的16%左右，而西安某酒店建筑生活热水能耗占总能耗的22% ，因此，生活热水能耗和空调供暖能耗时酒店总能耗的主要组成部分，而人均日生活热水用量则直接影响了生活热水能耗。

    通过对全国300多家高星级酒店建筑调查，发现酒店建筑外形以矩形、L形和U形或类似这3类外形的居多，其中矩形酒店建筑占70%左右，而在已有的研究中，建筑外形对建筑能耗的影响的相关研究较少，为了研究不同形式的建筑外形是否对建筑能耗也有影响，本文将建筑外形作为能耗影响因素给予分析，且在分析时主要针对调查总结的四种建筑外形。

    综上所述对酒店建筑能耗影响因素的分析，本文客房人住率、人均日生活热水用量、人均客房占有面积、室内热湿环境、客房空调开启时间、建筑形式作为酒店建筑能耗的影响因素。

3  酒店建筑能耗影响因素分析

    目前，酒店建筑能耗影响因素的分析主要基于对实际酒店能源消费账单进行统计，应用平均值法、分位数法、回归模型等数理统计方法对能耗数据以及因素变量进行分析，但应用此方法分析时，需要较大的样本容量，当样本容量偏小时，可能会导致分析结果不准确。另外，采用数理统计分析时也不能确定空调系统运行控制、使用时间、围护结构等因素对建筑能耗的影响。

    因此，为了更全面的分析酒店能耗影响因素，本文应用正交试验结合能耗模拟的方法进行分析研究。

3.1  正交试验设计

    正交试验是研究多因素多水平的一种设计方法，依据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，能够明确影响试验指标各因素的主次顺序，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。

根据所选取的7个酒店建筑能耗影响因素及每个影响因素的3个水平取值，按照正交性从全面试验中选出部分有代表性的进行试验，选择正交试验表，正交实验影响因素及水平取值如表1~表4。能耗影响因素的取值范围参考GB 50189-2005《公共建筑节能设计标准》、JGJ 62-2014《旅馆建筑设计规范》、GB 50034-2004《建筑照明设计标准》、GB/T 14308-2010《旅游饭店量级的划分与评定》。

    按照正交性所选择的正交试验表，只需做18次试验即可代表全部试验，正交试验通过应用能耗模拟软件对能耗进行模拟。

3.2酒店建筑能耗模拟

    国内外常用的能耗模拟软件有DOE-2、EnergyPlus、Equest、DeST等，本文采用清华大学建筑环境及HVAC系统模拟的软件平台DeST对酒店建筑进行能耗模拟。

    通过对全国大量酒店进行统计调查，发现中高星级酒店的建筑面积在5万m2左右居多，因此本文所建立的建筑模型地上面积为52 500m2，地下面积为12 000 m2。另外酒店建筑模型中的功能区域有客房、总统套房、中餐厅、西餐厅、会议室、办公室、多功能厅、宴会厅、公共区域、后勤、洗衣房、游泳池、健身房、酒吧、舞厅、棋牌室、走廊、机房、停车场等，各功能区域的面积比例参照星级酒店功能明细及规范要求划分。

本文以寒冷地区中北京地区为例，应用DeST能耗模拟软件分别建立L形、U形、矩形酒店建筑模型，对酒店建筑空调采暖负荷进行模拟。所建模型的围护结构参数按照GB 50189-2005《公共建筑节能设计标准》中规定的围护结构传热系数进行设置，为了减少模拟的复杂程度，对建筑模型中相同功能房间进行了合并。图1为3种形式酒店建筑的标准层模型，3种建筑外形的建筑标准层面积均为2 500 m2。

建筑模型中各参数的设置依据表2—表4各因素的取值，围护结构中外墙、外窗按照节能设计标准进行设置。不同功能房间的用能特点虽然在全年8 760 h表现为1个动态变化过程，但由于酒店建筑的功能特点所致，酒店各功能房间全年365 d的用能特点基本一样，因此，可用一天24 h的房间用能特点代表全年365 d 8 760 h的用能特点分布。

    本文以客房、会议室、中餐厅和健身房4种典型房间为例进行用能特点说明，各功能区域用能特点参照DeST能耗模拟软件中对应功能区域的用能特点分布，4种房间的用能特点分布如图2所示。对于客房来说，其用能特点表现为夜间人员在室率为100%，白天在室率偏低，因此，灯光设备白天的使用率也偏低，在晚上使用率则达到100%，夜间人员入睡时，灯光设备使用率为0。会议室、多功能厅的用能特点分布类似，房间使用时间一般为白天，因此，上午和下午人员在室率、灯光设备使用率都为100%，中午时分为人员就餐和休息时间，则人员在室率偏低，但一般会议室、多功能厅的灯光一直处于开启状态，而空调则在白天一直处于开启状态；在周末和节假日，人员在室率和灯光使用率相比工作日都会降低。中餐厅、西餐厅、宴会厅的用能特点类似，在就餐时间时人员在室率、灯光设备使用率为100%，灯光设备每天开始使用时，就会产生热负荷，空调系统就会开启。对于酒店内的娱乐休闲设施，一般多为晚上休闲使用，以健身房为例，晚上的人员在室率、灯光设备使用率偏高，而舞厅的人员在室率、灯光设备使用率在午夜间则偏高。

    本文模拟分析的酒店建筑能耗包括空调采暖能耗、灯光照明能耗、设备插座用电能耗、生活热水能耗。在对能量的转换和末端应用过程的统计和分析中，本文采用等效电法对不同种类的能源进行换算分析。

    通过设计正交试验，结合DeST能耗模拟软件，对正交试验表中的18个试验分别进行模拟，采用等效电法对不同种类能源进行换算，最终以单位建筑面积能耗值作为结果进行分析。

4  结果与分析

    为了分析确定各因素及其交互作用的主次顺序，判断出主要因素和次要因素，以及判断因素对试验指标影响的程度，本文分别采取极差分析和方差分析两种方法对酒店建筑能耗影响因素进行了分析。

4.1极差分析

    极差值的大小反映了各因素与试验指标之间的影响关系，即极差越大，影响因素对试验指标的影响越大。

    极差值可以通过式(1)计算：

式中：K．j为第i个因素中第j个水平取值对应的试验值；k,．为第i个因素中第j个水平取值对应的试验值的平均值；n为第i个因素中第-『个水平取值的数量；R．为第i个因素的极差值。

对各因素的试验指标值进行极差计算，正交试验结果极差数值见表5，酒店能耗各影响因素均值和极值分布图如图3所示。

从表5可以看出，各影响因素对酒店建筑能耗的影响顺序依次为客房入住率>日人均生活热水量>人均客房占有面积>客房空调开启时间>室内环境>窗墙比、遮阳系数>建筑外形。

    各影响因素中，客房入住率高，人员密度增大，灯光设备、空调的使用时间增多，直接导致空调能耗、灯光照明能耗、设备插座能耗、生活热水能耗增加，所以对酒店建筑能耗的影响大；由于生活热水能耗是酒店能耗的主要组成部分，所以人均日生活热水量对酒店能耗有直接的影响；人均客房占有面积反映了人员密度，空调开启时间反映了空调的使用时间，室内环境则体现了对温湿度的要求，也反映了酒店服务水平，这3个因素都直接影响了酒店建筑的冷热负荷，而窗墙比、遮阳系数和建筑外形则是从建筑围护结构层面影响了酒店建筑的冷热负荷，但由于窗墙比、遮阳系数的取值依照CB 50189-2005《公共建筑节能设计标准》中规定的指标，而矩形、L形、U形建筑外形在层高、建筑尺寸相同的条件下，其各朝向的外墙、外窗面积相差不大，且外墙、外窗的传热系数相同，东、西、南向的遮阳系数相同，因此，导致了窗墙比、遮阳系数和建筑外形对酒店建筑能耗的影响较小。

4.2  方差分析

    方差分析的基本思想是通过分析研究不同来源的变异对总变异的贡献大小，从而确定可控因素对研究结果影响力的大小。

    为了判断影响作用的大小，需要构造F统计量，作F检验。

式中：MSb为组间均方和；MSw为组内均方和。

对试验结果进行方差分析，结果如表6所示。

    根据方差结果和上述因素分析，各能耗影响因素对酒店建筑能耗的影响顺序为客房人住率>日人均生活热水量>人均客房占有面积>客房空调开启时间>室内环境>窗墙比、遮阳系数>建筑外形。

5  结论

    通过对酒店建筑能耗影响因素进行分析，本文选取了包括建筑形式在内的7个影响因素，通过建立正交试验并结合使用能耗模拟软件DeST对18个试验进行模拟，并运用极差和方差的方法对酒店建筑能耗影响因素进行了分析，得出如下结论：

    1)选取的7个因素中，酒店客房入住率对酒店能耗的影响最大，其次是人均日生活热水量、人均客房占有面积、客房空调开启时间、室内热湿环境，窗墙比、遮阳系数和建筑形式对酒店能耗的影响最小。

    2)选取的3种酒店建筑外形因素对酒店建筑能耗的影响比较小，原因是在层高、建筑尺寸相同的条件下，矩形、L形、U形建筑外形其各朝向的外墙、外窗面积相差不大，且外墙、外窗的传热系数相同，东、西、南向的遮阳系数相同，因此，导致了建筑外形对酒店建筑能耗的影响较小。

此外，对于公共建筑而言，建筑空调系统多为集中空调系统，且集中空调的调控分为“全时间、全空间”调控和末端独立调控，不同的人对于空调、照明、生活热水和电器的使用方式差异较大，所以在对建筑实际能耗进行模拟时，会出现模拟设置的用能使用时间与实际不符，导致模拟结果不准确。目前，清华大学针正在对“生活模式和人的行为对建筑能耗的影响”进行研究，并逐步把中国人的用能习惯嵌入到DeST能耗模拟软件中，该项研究对于保证能耗模拟结果的准确性具有重要的意义。

6[摘要]

从数量和建筑面积来看，酒店是公共建筑中重要的一类。相比于其他类型公共建筑，酒店建筑特别是四星级及以上的，能耗强度较高。分析酒店能耗影响因素，是推动酒店节能的重要基础。本文提出了包括建筑外形在内的7个酒店能耗影响因素，通过设计正交试验并结合能耗模拟软件对酒店能耗影响因素进行了分析。结果表明，酒店客房入住率对酒店能耗的影响最大，建筑外形对酒店能耗的影响最小。各因素对酒店能耗影响程度的确定，对于酒店建筑节能具有重要的指导意义。