引言供热负荷是重要的供热参数，供热负荷的设计与建筑能耗密切相关。气温对于供热负荷的影响较大，不同地区采暖季室外温度存在较大差别。例如2019—2020年采暖季，平谷区室外平均温度-0.63 ℃，通州区室外平均温度0.8 ℃。除此之外，在既有供热系统的实际运行过程中经常发现系统设计负荷偏大、系统设备匹配度较差等情况，导致系统运行效率不高、节能效果不理想。为掌握北京市郊区居住建筑供热负荷的实际情况，对供热负荷开展统计分析研究。依据北京市节能设计标准中规定的采暖设计热负荷指标值，分析不同建筑能耗水平下，实际供热负荷的节能水平及节能潜力，为提高北京市郊区供热效率提供参考依据，促进乡村供热发展。1建筑“四步节能”供热负荷的设计与建筑能耗密切相关。在城市供热发展中，降低建筑能耗是提高供热节能的重要手段。1.1我国建筑“四步节能”发展我国建筑节能发展经历4个阶段，逐步实现“四步节能”。第一步，《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》（JGJ 26—1986），以1980—1981年当地通用设计采暖能耗为基线，设定节能目标30%，自1986年8月1日起实施。第二步，《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》（JGJ 26—1995），设定在第一步节能目标基础上再节能30%，节能率累计达到50%，自1996年7月1日起实施。第三步，《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26—2010），设定在第二步节能目标基础上再节能30%，节能率累计达到65%，自2010年8月1日起实施。第四步，《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26—2018），节能率累计达到75%，自2019年8月1日起实施［1-4］。1.2北京市建筑“四步节能”发展2020年7月北京市发布《居住建筑节能设计标准》（DB 11/891—2020），在全国率先将居住建筑节能率由75%提升至80%以上，开启“四步节能+”的时代。北京市建筑节能发展历程如图1所示。在各步节能标志性设计标准中，均提出建筑物耗热量指标和采暖设计热负荷指标。北京市建筑节能指标如表1所示［5-9］。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.005.F001图1北京市建筑节能发展历程10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.005.T001表1北京市建筑节能指标节能等级建筑物耗热量指标/（W/m2）对应节能标准采暖设计热负荷指标/（W/m2）“一步节能”25.3DBJ 01—4—198865“二步节能”20.6DBJ 01—602—199752“三步节能”16.1（≤3层）；15（4~8层）；13.4（9~13层）；12.1（≥14层）DBJ 01—602—200432“四步节能”14.5（≤3层）；10.5（4~8层）；9.5（9~13层）；8.5（≥14层）DB 11/891—201220*“四步节能+”28.6（1.0＜F≤1.50）；16.7（F≤1.00）DB 11/891—202017*注：*数值为折算值。2供热负荷统计分析理论依据以各步节能设计标准规定的采暖设计热负荷指标为基准，统计分析北京市郊区各地区不同建筑节能水平条件下，实际供热负荷情况。供暖室外计算温度是采暖设计热负荷指标的重要影响因素。由于郊区各地区的采暖季室外气温差别较大，根据近5年历史气象数据计算郊区10个地区供暖室外计算温度的折算值，并对各步节能的采暖设计热负荷指标进行修正。2.1各地区折算供暖室外计算温度供暖室外计算温度公式[10]：tw'=0.57tlp+0.43tp.min （1）式中：tw'——供暖室外计算温度，℃；tlp——累年最冷月平均温度，℃；tp.min——累年最低日平均温度，℃。针对北京农村平原、浅山区和深山区部分累年气象数据缺乏的情况，tlp和tp.min取值采用近5年历史气象数据进行计算。北京郊区10个地区供暖室外计算温度折算值tw.zh'计算结果如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.005.T002表2北京郊区供暖室外计算温度折算值tw.zh'地区tw.zh'地区tw.zh'房山-9.9昌平-11.7门头沟-10.2大兴-8.5怀柔-12.2密云-11.9平谷-10.1顺义-9.3通州-8.9延庆-15.1/℃2.2各地区采暖设计热负荷指标修正借鉴供热负荷调节基本公式[11]：QQ'=tn-twtn-tw' （2）式中：tw——供暖室外温度，℃；tn——供暖室内温度，℃；Q——tw下供暖热负荷，W；Q'——tw'下的供暖设计热负荷，W。得出采暖设计热负荷指标修正公式：qsqs.x=tn-tw'tn-tw.zh' （3）式中：tw.zh'——供暖室外计算温度折算值，℃；qs——采暖设计热负荷指标，W/m2；qs.x——采暖设计热负荷指标修正值，W/m2。北京郊区10个地区的采暖设计热负荷指标修正值计算结果如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.005.T003表3北京郊区采暖设计热负荷指标修正值建筑节能水平采暖设计热负荷指标采暖设计热负荷指标修正值房山门头沟怀柔平谷通州昌平大兴密云顺义延庆非节能8083839083808878898198一步节能6567677267647163726579二步节能5253545854515751575263三步节能3234353735333733373441四步节能2022222422212321242226四步节能+1719192019182018201822W/m23北京市郊区供暖热负荷统计分析研究挑选房山、门头沟、怀柔、平谷等地区300多个居住建筑作为研究对象，对供热负荷开展统计分析研究，分析节能潜力。3.1实际单位面积热负荷分析按照建筑节能水平，对测试居住建筑进行分类。采集计算2018~2020年，连续两个采暖季实际单位面积热负荷，通过计算得到统计结果如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.005.T004表4用户实际单位面积热负荷统计结果测试地区单位面积热负荷非节能一步节能二步节能三步节能四步节能最大值平均值最大值平均值最大值平均值最大值平均值最大值平均值房山110.7079.5083.7060.7139.1527.1225.3718.52——门头沟————37.7227.04——21.3513.70怀柔——————27.2618.84——平谷105.6571.5859.9340.5150.2433.9939.2725.5120.1119.21测试地区平均值108.1775.5457.6940.2144.7730.8135.1525.5320.0418.50与qs的差值28.17—-7.31—-7.23—3.15—0.04—W/m2与表3采暖设计热负荷指标相比，表4中非节能建筑的热负荷普遍远高于设计热负荷指标值，“一步节能”“二步节能”建筑的热负荷虽然小于设计热负荷指标值，但距离三步节能的指标还有较大距离，可见如果对低于“三步节能”建筑进行节能改造，将具有较大的节能空间。“三步节能”建筑中有部分超出节能标准，“四步节能”建筑情况比较理想。3.2回归分析结果由于测试采集对象的数量有限，为得到更具有普适性的结果，利用统计分析方法计算室外温度-12~12 ℃范围内，单位面积热负荷值，如图2所示。由图2可知，从非节能到四步节能，图线斜率逐渐变小，说明建筑节能水平逐渐升高；热负荷对室外气温波动敏感性越小，建筑热稳定性越高。室外温度高于0 ℃的采暖初期和末期，各类建筑节能水平热负荷之间的差别相对较小，这一期间平均热负荷约为整个采暖季平均热负荷的1/4至1/3，节能水平越高占比越小。在室外温度低于0 ℃的采暖中期，各种建筑节能水平热负荷差别逐渐增大，期间平均热负荷约为整个采暖季平均热负荷的1.2至1.3倍左右，节能水平越高，倍数越小。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.005.F002图2用户实际单位面积热负荷回归结果3.3节能分析采暖设计热负荷指标规定最不利室外温度条件下最大热负荷值，但对于整个采暖季，室外平均温度条件下单位面积热负荷更能反映整个采暖季的整体热负荷水平。为方便进一步分析节能潜力，计算出近5年各地区采暖季室外平均温度，并利用式（3）计算出对应的热负荷指标修正值，结果如表5所示。将各地区实测室外平均温度条件下，单位面积热负荷回归结果与对应的热负荷指标修正值进行对比，计算得到的偏差如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.005.T005表5各地区采暖季室外平均温度及对应热负荷指标修正值测试地区采暖季室外平均温度/℃热负荷指标修正值/（W/m2）非节能一步节能二步节能三步节能四步节能房山0.065343342214门头沟-0.275444352314怀柔-2.106048382516平谷-0.34544435231410.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.005.T006表6单位面积热负荷回归值与热负荷指标修正值偏差测试地区偏差值非节能一步节能二步节能三步节能四步节能房山3.671.51-3.84-1.08—门头沟——-2.18—2.75怀柔———0.45—平谷18.08-2.17-0.613.560.71测试地区平均值6.55-3.82-4.911.831.89W/m2由表6可知，偏差值为正值说明实际热负荷高于室外平均温度下的热负荷指标修正值。“一步节能”是因为建筑年代久远，建筑保温性能不佳，亟须进行节能改造。“三步节能”“四步节能”出现与供热运行管理有一定关系，可能存在室内供热温度过高的问题。“一步节能”“二步节能”多数偏差为负值，说明对比热负荷指标修正值，建筑节能水平较为符合对应的标准，也可能与测试对象选取数量有限有一定关系，这一部分如果进行建筑节能改造也存在较大节能空间。对比“三步节能”室外平均温度下热负荷指标修正值，计算进行建筑节能改造的节能潜力，并对表6中“三步节能”“四步节能”的正值部分计算节能潜力，计算结果如表7所示。由表7可知，对测试范围内的建筑采取相应节能改造措施，节能潜力较大，尤其是非节能建筑，进行改造后，相同的供热量将可增加供给超过1倍的供热面积。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.005.T007表7节能潜力计算结果建筑节能水平地区每万平方米面积节约热量/GJ折合标煤/（t/a）折合节约燃气量/（万m3/a）相当于增加的供暖面积/（万m2/a）节能改造方向非节能平谷5 17917715.01.6建筑改造成“三步节能”房山3 60212310.41.1一步节能平谷1 971675.70.6房山2 308796.70.7二步节能房山844292.40.3门头沟1 040353.00.3平谷1 209413.50.4三步节能平谷372131.10.1改进供热管理怀柔44221.30.01四步节能平谷4730.10.02门头沟74100.20.1注：燃气热值以34.5 MJ/m3计算。4结语通过对研究结果分析，对北京市郊区乡村供热提出几点建议：（1）由于北京郊区各地区实际室外气象条件差异较大，建议在供热设计中，根据郊区各地区实际气象参数，对现行设计标准中供暖室外计算温度进行修正，避免出现设计偏离实际的情况。（2）数据采集测试过程中发现，北京市郊区现存的“三步节能”以下的建筑数量较大。建议对于这部分建筑尽快实施建筑节能改造。各种不同节能水平的建筑处于同一供热管网系统，尽管通过调节手段对供热参数进行分别调整，但仍会造成“三步节能”以上的建筑有供热过剩问题，建议供热企业提高供热运行管理，合理优化供热参数，多方面寻找供热节能途径。