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關鍵詞:食品工藝學 實驗教學 改革
中圖分類號:G71 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)12(c)-0-02
實驗教學作為高等農業院校人才培養方案及其教學體系的重要組成部分,是學生實踐能力和創新能力培養的必需環節[1]。隨著人們認識水準與生活水平的不斷提高,人們對食品的花色品種、營養、安全性等各方面的不同需求,給現代食品工業提出了更高要求,對從業人員也提出了更高的標準。這就意味著高校食品人才培養方案必須不斷改革與完善,因此對專業教學,特別是實驗教學提出了更高要求[2]。
食品工藝學實驗是食品科學類專業一門實踐性極強、與生產實際聯系緊密的重要課程[3]。對培養學生的實驗設計、分析測試、科學研究及實際動手能力,具有十分重要的意義。近年來,我們在改善原有實驗室教學條件、優化食品工藝學實驗教學內容的基礎上,根據學科和專業發展需要,對食品工藝學實驗課程體系、教學質量評價體系、教學方式和教學方法進行了改革,取得了一定成效
1 整合教學內容,構建食品工藝學實驗課程獨立體系
傳統教學中,由于實驗教學得不到應有的重視,實驗教學被認為是教學的輔助環節,以加深和幫助理解課堂教學內容為目的。實驗教學依附于理論教學,沒有獨立的教學地位和相應的教學體系。食品工藝學實驗課也不例外,附著于每門加工工藝類課程(如畜產食品工藝學、果蔬食品工藝學、糧油食品工藝學等)后面,隨著理論課程進行來開設實驗課。
為適應高等學校人才培養改革與發展的趨勢,學校于2005年修訂食品科學與工程專業的人才培養計劃時,進行了課程體系改革。我們按照專業培養目標,建立了與理論教學內涵相統一,但在學時安排、學分要求以及考核模式等方面又相對獨立的食品工藝學實驗教學體系。即將原來零星分散在每門食品加工課后面的實驗內容整合在一起,形成一門獨立設置的“食品工藝學實驗”教學課程,集中在4周內完成。作為食品科學與工程專業重要的專業必修課之一,單獨考核。并制定了獨立的教學計劃和教學大綱,重新編寫了實驗教學教材和指導書。篩選和優化知識點,淘汰內容陳舊、技術落后的實驗,新開了設計性和綜合性實驗,建立起基本技能訓練實驗、應用技能訓練實驗、綜合技能訓練實驗三大板塊構成的、層次分明的新的實驗教學內容體系。
構建食品工藝學實驗課程獨立體系,徹底改變了它在整個課程教學中的附屬地位,保證了實驗教學的系統性[4]。將食品工藝學實驗課歸類為必修課,使老師和學生在思想上對本課程的重要性有一個充分的認識,并引起足夠的重視。從而有利于食品工藝學實驗教學質量的保證和提高。
2 注重能力培養,強化實驗教學質量評價體系建設
缺乏有效的實驗教學質量評價體系,實驗教學改革也可能會流于形式。實驗教學改革是否符合人才培養目標的要求,是否有利于培養學生創新精神和實踐能力,需要通過實驗教學質量評價來進行診斷,并根據評價結果進一步激勵改革的深化[5]。
傳統的食品工藝學實驗教學中,只有學生是被評價的對象,對老師的實驗教學情況很少評價。教學效果是教師教學和學生學習兩個方面相互作用的結果。因此,我們分別從教師和學生兩個不同層面實施教學評價。在對實驗教師教學水平的評價上,評價主體有學生、教學督導專家、同行專家和教師自身。評價內容主要包括教學態度、實驗準備、教學內容、教學方法和學生收獲大小等。評價形式為:學生通過無記名填寫實驗教學情況調查表和登錄教務處的“網上評教”欄目兩種方式,客觀評價教師的教學情況;由學校組織的教學督導團專家和由院組織的同行專家,采取不定期聽課、座談、訪問等形式,對教學人員的教學做出評價;實驗教學人員根據評價指標對自己的教學工作逐項自查,然后得出結論。在教師對學生實驗成績的考核上,不再單純以實驗報告為依據,而注重學生的動手能力、綜合分析問題能力和創新能力。學生實驗成績的考核內容包括實驗態度、操作技能和實驗報告或小論文三方面的綜合評價,每個方面都制定了相應的評分標準和權重。其中操作技能成績在實驗成績中所占比例應不小于50%,是對學生操作規范、創新意識、準確性和熟練度的評價。實驗報告或小論文不小于35%,必須對自己的產品與其他同學的進行比較,應用所學的知識分析原料、配方以及處理條件改變時對產品質量的影響;分析自己產品存在的問題和優勢,并提出今后應注意的問題以及成功的經驗,提出自己的觀點。實驗態度10%~15%之間,主要評價學生參與實驗的積極性、責任心、求真務實和團結協作精神。
建立實驗教學質量評價體系,激發和調動了教師的工作熱情和積極性,強化了教師的競爭意識和責任意識;加強了學生的責任感,使學生由“要我學”變成“我要學”,不再只關心實驗報告,而是積極主動地參與每一次實驗,并有意識地在實驗中鍛煉自己獨立思考和自主創新的能力。
3 重視全員參與,改革食品工藝學實驗教學組織方式
由于食品工藝學實驗設備大、數量少,不可能達到一人一套設備的要求。加之實驗材料有限,實驗一般是以5~6人為一個小組,同時一起做某一個產品。難以保證每個學生都能親自操作每一實驗步驟,總是少數動手能力強的同學操作,其他大多數同學只扮演觀察員的角色,阻礙實驗能力的提高,調動不起學生參與、思考的積極性。為給學生創造充分動手的機會,在爭取實驗設備的同時,我們從2005年開始改變實驗組織形式,改變了一個班作同一個實驗,同一小組只有少數人動手的形式。我們首先將整個班分成兩個大組,分別作不同的實驗。再按3~4人/小組的標準將每個大組又分成不同小組。最后小組中又采取輪流操作制度。即在每個實驗中,由不同的同學分別負責一道工序,讓學生分步操作,未能動手操作的學生在一旁觀看,并找出操作學生在操作中存在的問題,以及解決的辦法。例如面包加工實驗,由于原料需要批量處理,攪拌機、醒發箱、烤箱等不可能每人一臺,實行輪流操作制度,使每個學生都有機會親自操作其中的某一步或某幾步工序,如配料、面團調制、發酵、醒發、焙烤等工序。這樣,解決了設備少,動手機會少的矛盾;學生親身體驗了實驗操作過程,驗證了所學的理論,掌握了實驗方法,激發起了他們發現問題、思考問題的興趣,并提高了解決問題的能力。
另外,食品工藝學實驗其經驗性很強。為更好地使學生將所學理論與實踐緊密聯系,在實驗指導老師的配備上,我們改變了兩位指導老師全由本專業老師擔任的形式。除本專業的一位老師外,另聘請一位校外企業技術人員指導實驗教學。如焙烤食品工藝學實驗中,我們聘請了湖南省焙烤協會的烘焙大師擔任指導老師。由于這些校外企業技術人員實踐經驗豐富,解決實際問題的能力強,學生很愿意把實驗操作過程中遇到或想到的一些具體問題與他們一起交流、探討,學到許多“只可意會,不和言傳”的經驗,極大提高了學生的實驗積極性。同時有助于提高學生對企業的了解,尤其是企業對人才的要求,做到能夠到企業后不陌生,上手快,用的好。
4 融理論于實驗,改革食品工藝學實驗教學方法
在實驗中,學生是主體,只有充分調動學生的主觀能動性,才能收到良好的教學效果。
以往的食品工藝學實驗課中,老師從目的、原理、方法、實驗步驟以及注意事項一一講解,學生按實驗指導操作,并完成實驗報告。這種灌輸性的知識,學生學完就忘。實驗做完后印象不深或還是一知半解。為充分發揮學生的主體地位和老師的主導作用,激發學生對食品工藝學實驗課的興趣,我們改“教師主動包辦,學生被動進行”的教學方法為啟發式、討論式教學。在每次實驗課之前,我們要求學生充分預習,并預測實驗中可能出現的問題及其解決的方法。在上實驗課時,我們將所要講的重點內容融匯于各個提問之中,使學生產生疑問,渴望得到解答,激發起學習興趣。為了消除學生對教師的過分依賴性,對學生實驗中提出的問題,或出現的一些“異常現象”,我們一般不采取有問必答的方式作出肯定或否定的直接回答,而是有意識地引導他們把已有的知識同自己在實驗中遇到的問題結合起來分析。如在“一次發酵法制面包”實驗中,為強調面團調制工序中“油脂必須在面團調制后期加入”這一操作要點,我們以設問“油脂在焙烤食品中有哪些工藝性能?”的方式,啟發學生明白:因油脂具有反水化作用,調制面包面團時加入過早會抑制面筋形成,降低面團的彈性,從而降低產品品質。
5 結語
自我校2005級年開始實施食品工藝學實驗教改革以來,學生技能、就業水平、社會評價等都有明顯的提高。畢業生深受社會和食品行業歡迎,一次性就業率穩定在95%以上。畢業后的學生在食品企業、研究機構等各自的工作崗位上體現出了較高的綜合素質。
實驗教學改革是一項長期艱巨的任務,不可能一蹴而就。在現行實驗教學中仍存在一些弊端,如由于實驗人員總體素質偏低,習慣年復一年地重復過去的實驗,很難適應一些新的設計性和綜合性實驗內容;設計性和綜合性實驗的開設,使原本不足的實驗教學經費更顯緊張等,這些問題都需進一步的探討和解決。
參考文獻
[1] 郭風法,宋憲亮,趙延兵,等.建立實驗教學質量評價體系提高學生創新能力[J].實驗室科學,2007(4):31-34.
[2] 魏寶東,張春紅,孟憲軍.農業院校食品專業實驗室建設探討[J].沈陽農業大學學報(社會科學版),2005(8):
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[3] 劉瑞,盧曉黎,張文學.食品工藝實驗室建設與教學方法的探討[J].實驗技術與管理,2004,21(1):163-166.
關鍵詞美國;居民部門;能源消費;能源結構
中圖分類號F062.1;X24文獻標識碼A文章編號1002-2104(2017)06-0049-08DOI:10.12062/cpre.20170359
從能源消費領域來看,居民部門占終端能源消費比例不斷提高。據IEA(2016)統計,世界能源消費總量中,2014年居民部門能源消費占總量的23%;同時已成為碳排放主要部門,全球近17%碳排放來自于居民部門。美國2015年終端用能占比中,工業占32%、交通占28%、居民占21%、商業占18%。雖然工業部門仍占據最大比重,但近50年來一直呈持續下降趨勢;交通和居民用能持續上升,在未來將占據更大份額。鑒于居民部門用能快速增長,各國都在致力于觀察本國居民能源消費特征以減少能源消費和碳排放,特別是發達國家;如美國制定各種政策和措施以鼓勵居民減少能源消費,并且收集大量微觀數據做支撐。
居民部門由家庭組成,家庭是居民生活的主要場所,大多數學者以家庭為單位進行研究。由于居民是最終消費者,有滿足照明、炊事、熱水、取暖制冷、家用電器等日常需求的直接用能行為,還包括產品生產過程中的間接用能。因此很多學者將居民用能分為直接用能和間接用能,本文主要分析居民的直接用能特征。目前已有大量學者對居民用能進行分析,例如有學者研究居民用能特征變化及其驅動因素[1-2]、如何減少家庭能源消費量[3-4]和影響家庭能源消費因素[5-7]。美國作為用能大國,有大量學者對居民部門用能展開過研究[8-10]。本文主要是基于美國居民能源消費調查數據分析居民生活用能現狀,為發展中國家提供一些借鑒意義。
1數據說明
美國是一個對能源高度重視的國家,不僅關注能源供給與安全、能源效率,更是收集大量能源數據,包括官方統計和專門抽樣調查數據。居民能源消費調查(RECS)便是由美國能源信息署(EIA)發起的專門針對居民生活用能的一個周期性調查,旨在收集家庭能源使用的詳細信息。該調查由當時已存在的兩個調查發展而來,第一次調查是1978年。RECS調查周期由起初的每年一次調整為每四年一次,最近的2009年調查是第13次調查,第14次調查于2016年展開。2009年調查范圍包括50個州和哥倫比亞特區,抽樣方法多采用多級區域概率抽樣,調查對象為居民主要住宅。調查樣本由最初的4 000多個擴展到2009年的12 803個樣本。調查內容主要分為兩部分――家庭調查和能源供應商調查,主要包括住宅特征、廚房設備、電子產品、取暖、熱水、空調、燃料使用、住房面積測量、燃料賬單、居民交通情況、住戶特征、能源補助情況等。每次調查從計劃執行到實施,以及最后的數據整理和都是由美國能源信息署組織實施,對數據質量有著嚴格的監督和控制。每次調查數據及時公布在能源信息署官網上,可免費下載使用。公布的數據信息全面多樣,包括各類總量數據,按不同指標和屬性的分類數據;以及大量有關調查的背景資料。RECS數據常用作能源信息署的常規研究,并支撐每年的能源展望和能源回顧報告。據不完全統計,有1 000余篇學術論文應用RECS數據針對美國居民用能問題開展了研究。圖1是不同調查年份RECS計劃樣本和實際調查樣本情況,可以看到大體上計劃樣本呈現增長趨勢,2009年樣本明顯高于其他年份調查樣本,為準確估計總體提供可靠性。本文所用的能源總量和結構數據,均是按熱當量法計算。本文主要使用RECS數據,為便于比較,也使用了其他部分數據源。
2居民能源消費總量分析
從能源消費總量來看,在1978―2009年期間,存在先降后升波動,總體變化幅度不大,趨于穩定。1978年消耗380萬t標準煤,2009年消耗367萬t標準煤,甚至出現小幅下降(見圖2)。從其他因素來看,數據顯示:人口總量
顯著增長,1981年美國總人口約為2.3億人,2009年增長到3億人,增長33%。美國房屋總數大幅上升,1978年,美國擁有7 660萬戶房屋,2009年上升到11 300萬戶,增長47%。家庭住宅總建筑面積明顯增加,從1981年的134億m2增加到2009的208億m2,增長55%;總加熱面積也從114億m2增加到174億m2,增長約52%;對應的人均住宅建筑面積從58 m2增加到69 m2。伴隨著人口、家庭數量和建筑面積的上升,能源消費總量并沒有大幅增長,這與能源效率提高有著密切關系。
從平均水平上看,戶均能源消費量由1978年4 969 kg標準煤下降到2009年3 226 kg標準煤,降幅35%。從人均水平上看,人均用能量隨時間呈現平穩下降趨勢;1978年,人均能源消費量為1 764 kg標準煤;2009年,人均能源消費量為1 260 kg標準煤,在這期間下降28.6%。從單位面積耗能看,用能量由1981年2.3 kg標準煤下降到2009年1.6 kg標準煤,下降30%。相比,大多數發展中國家處于發展階段,人均用能量和單位面積用能正處在上升階段。
3能源消費結構分析
3.1消費結構以天然氣和電力為主,其中天然氣占比下降,電力占比上升。
在美國,居民部門能源消費品種分天然氣、電力、燃料油、煤油、LPG和木材,能源品種多樣,高效清潔的天然氣和電力占絕大比例。在2009年能源消費結構中,天然氣占44%,電力占41%,其余三類占比在5%左右(見圖3)。
從各個能源品種變化趨勢來看,天然氣占比平緩下降,電力明顯上升,燃料油和煤油、木材持續下降,LPG小幅上升。在2001年之前,天然氣占能源消費總量的50%以上,2001年之后有所下降,但仍然是居民用能最主要的能源。電力消費在1981―2009年之間大幅增長,占比由
1981年24%上升到2009年41%,并不斷接近天然氣占比(44%)。燃料油和煤油在早期所占比重較高,1981年為13%;但在1981―2009年之間,一直是下降趨勢,2009年所占比例僅為5%左右。LPG占比較小,在1981年到2009年之間一直維持在5%以下,但是近年來呈現上升趨勢。在早期,木材是居民部門的重要燃料來源,木材消費在1981年占8%;但在2009年,僅占4%左右,消費比例逐漸下降。
3.2完善的電力和天然氣設施使得能源可獲得性高,LPG家庭使用比例上升。
從每百戶家庭是否使用某種能源百分比來看(見圖4),在1980年,100%家庭就可以獲得電力服務。這和美國電力設施完善,電力服務具有可獲得性高、用途廣泛、使用方便安全等特點有著密切關系。第二種家庭使用率比較高的能源是天然氣,一直維持在60%左右。這首先得益于美國國內豐富的天然氣資源,美國是僅次于俄羅斯的第二大天然氣生產國;同時,也是世界上最大的天然氣消費國,主要的天然氣進口國。另一方面,美國有著悠久的天然氣發展歷史,1966年,全國48個州全部通氣;高度完整的輸配氣網系統,為居民使用天然氣提供極大的便利性。家庭中使用木材的比例在不斷下降,1981年占28.8%,2009年僅占11.5%,下降較為明顯。由于木材是傳統能源,隨著收入提高可替代性較高。燃料油和煤油的家庭使用百分比隨時間呈現下降趨勢。LPG的家庭使用百分比在2001年以前一直維持在8%―9%左右,2005年占比11%,2009年呈現大幅上升,占比43%。這主要是由于近年來頁巖氣的大規模開發,使得頁巖氣開采過程中伴生氣LPG產量不斷提高。
美國擁有豐富的煤炭資源。在1950年,煤炭還是居民的主要生活燃料;而近30年,居民部門幾乎沒有直接消費煤炭。隨著美國經濟發展,能源效率改進,絕大部分煤炭用于發電領域;2015年消耗的總煤炭量中,近93%用于發電。這主要考慮煤炭直接用于燃燒,不僅利用效率低,還會帶來嚴重的環境污染和危害人體健康問題。但是,對于中國和印度等發展中國家,仍然有絕大多數家庭將煤炭作為炊事和取暖的直接燃料來源,造成了嚴重的環境和健康危害。
和其他終端用能部門相比,居民部門能源消費結構和其他部門相比有著較大區別。在交通部門,90%以上能源消費來自于石油;商I用能和居民比較類似,能源消耗主要是以電力和天然氣為主,電力消耗占比達到60%,天然氣為32%;制造業部門用能結構也更為復雜,差異較大。
4最終用途能耗分析
4.1取暖和家電占據用能總量的絕大比例,其中,取暖呈下降趨勢,家電呈上升趨勢
居民用能按照用途劃分可以分為取暖、熱水、制冷和其他(主要是家電),2009年取暖和其他項占用能總量76%,熱水占18%,空調占6%(見圖5)。由于美國大部分地區維度較高,取暖月數長,取暖用能占據總量的絕大比例,但在1978―2009年之間出現持續下降;1978年取暖用能占66%,1997年之后下降到50%以下,2009年占41%,但仍然占用能結構中的最大比例。取暖用能占比下降與居民移到更加溫暖的地區和房屋隔離保溫性能加強有較大關系[11]。制冷也是居民能源消費的基本用途,但和取暖相比,用能占比較小;在1978年,占3%,2009年,占6%,呈現上升趨勢;未來,隨著全球氣候變暖,夏季高溫天氣頻現,居民對制冷需求可能會不斷增加。熱水是居民生活的必要服務,除1978年占比14%,之后熱水用能占比一直比較穩定,維持在18%左右。其他用途中,包括了冰箱、照明、其他電器設備用能等,內容和項目比較多,增長趨勢比較明顯;1978年,該項占比16.8%, 2009年占比34.6%,增加近1倍;這主要是和家用電器產品擁有量增加、以及電子產品越來越豐富有關。
從整個發展趨勢上看,取暖用能占比將平緩下降,制冷小幅上升,其他項將明顯上升,可能會超過取暖項,熱水用能則比較穩定。
4.2取暖和熱水用途主要消耗天然氣,其他用途主要消耗電力
從不同用途用能結構(見圖6)來看,2009年在取暖和熱水用途中,天然氣占絕大比例,占比接近70%。在主要供暖設備中,大多數都是由天然氣驅動,比較穩定;2009年主要取暖設備中,有50%家庭使用天然氣驅動設備,30%用電。取暖用能中消耗其次是燃料油,占比12%;電力,丙烷和LPG占比相當。熱水用能中,電力消耗高于取暖,占比23%,這主要是和熱水設備大部分是電驅動有關系。在其他用途中,包括冰箱、廚房設備、電子產品、照明等,大部分是用電設備,因此電力占據絕大比例,達到80%;天然氣占比17%。結合用途用能變化趨勢來看,隨著取暖用能持續下降,其他用能占比不斷上升,且其他用能中消耗大量電力,未來電力消耗量將不斷上升,有望超過天然氣。相比中國,在取暖過程中,絕大部分燃料來源是煤炭,未來將面臨更大挑戰。
5中美炊事用能結構對比分析
炊事是大多數家庭日常進行的必要活動,一直在居民用能中占據重要地位。2009年,美國主要炊事燃料結構
中,絕大部分家庭使用清潔燃料作為炊事燃料;其中有60%家庭將電力作為最常使用炊事燃料,34%家庭使用天然氣(見圖7)。
中國2010年人口普查數據顯示,居民主要炊事燃料分為燃氣、電、煤炭、柴草和其他。其中,燃氣占據著較大比例,達到43%;電力占比最低,只占9%。此外,在中國,仍有33%和14%的家庭分別把柴草和煤炭作為主要炊事燃料,這種燃料在使用過程中,會產生嚴重的空氣污染,影響人體健康。
此外,中美居民飲食習慣也存在差異。在中國,隨著城鎮化及農民工的增多,居民在外就餐的比例增加;但基于傳統飲食文化習慣,大部分家庭每天都要有一次或兩次炊事活動,頻率比較高;炊事用能往往占總能源消費較大比例,特別是在農村地區[12]。在美國,一天做三次及以上熱飯的家庭只占7%,兩次占24%,一次占36%,接近30%家庭做飯頻率少于一天一次;且美國家庭廚房器具高度電氣化,使用高效清潔。
6家電保有量和用能效率分析
6.1生活服務型家電保有量顯著增加
電器產品的增加和豐富能夠提高居民生活質量,提高工作效率,同時也會促使用能量的增加。對1980年和2009年調查數據對比,發現空調、冰箱、微波爐、洗碗機、洗衣機、烘干機家庭保有量在這一期間有著明顯增加。如絕大比例家庭都擁有空調設備,占比由1980年57%上升到2009年87%。另外,在空調的類型上,也有著明顯變化;1980年只有27%的家庭擁有中央空調,分體空調占30%,43%家庭沒有空調;2009年,家庭中擁有中央空調的比例上升到63%,24%家庭擁有分體空調,沒有空調的家庭下降到13%。冰箱是日常生活必要設備,家庭擁有量在1980年和2009年都達到100%;不同的是2009年更多家庭擁有兩臺冰箱,由1980年14%上升到2009年23%。微波爐家庭擁有量在這一期間大幅度上升,1980年只有14%家庭擁有微波爐,2009年這一比例上升到96%,絕大部分家庭都擁有該設備;另外,烤箱和咖啡機在2009年也得到廣泛使用。 洗碗機、洗衣機和烘干機的家庭保有量也呈現明顯上升(見圖8)。
除了常規電器產品增加以外,一些學習型和娛樂性電子產品也有明顯增加,特別是電視機和計算機(見圖9)。電視機作為一種常見娛樂消遣設備,幾乎所有家庭都擁有電視機,近年來變化較大的是更多家庭擁有不止一臺電視機。和1997年相比,2009年所有家庭中,擁有三臺及以上電視機的家庭占44%,高于1997年的29%。同樣,在計算機擁有量上,2009年有76%家庭擁有計算機,高于1997年的35%,增長近一倍;并且2009年家庭中擁有兩臺計算機的家庭比例為35%,1997年僅為6%,增長快速。打印機的擁有量也從1997年12%上升到60%,增長趨勢比較明顯。另外,2009年,家庭廣泛使用可充電便攜式設備(手機)、DVD、DVR、音響設備等。從這些電器增長中可以
看出,居民在滿足基本溫飽需求之后,對其他娛樂性、學習性和提高生活質量的電子產品有著更多需求。
6.2家電產品用能效率提高
據研究表示,能源效率標識對于降低能耗、保護環境方面具有重要作用[13]。根據國際能源署統計,目前世界上已經有歐盟、美國、加拿大、澳大利亞等40多國家和地區實行了能效標識制度,如歐盟的GEA標識和EU能源標識制度、美國能源之星、日本領跑者標識、中國能效標識等。美國環境保護署和能源部在1992年開始建立“能源之星”志愿活動項目,鼓勵廠商和消費者提高能源使用效率來減少能源使用和減輕環境危害;經過不斷發展,“能源之星”涵蓋的產品和范圍不斷擴大,由最初的電腦和顯示屏擴展到包括多種家用電器、照明、電子產品、辦公設備和新建住宅等(US,EPA,2016)。RECS調查數據是從2005年才開始收集家庭擁有某些重要家電設備是否是“能源之星”產品,因此對2005年和2009年的調查數據進行對比;發現在空調、冰箱、洗碗機和洗衣機這幾類電器中,2009年有“能源之星”標識的家庭比例遠遠高于2005年(見圖10)。隨著該標識的推廣,居民認知的提高,居民購買“能源之星”的比例越來越高。2015年,美國人購買了超過3億多“能源之星”認證的產品,囊括70多個種類;且超過85%的美國居民對“能源之星”標識有一定的認知[14]。實踐證明“能源之星”產品在降低能耗方面具有積極作用[15-16],2014年,“能源之星”項目節約了3.6×1011kW?h,相當于美國電力需求的5%,減少溫室氣體排放2.83億公t,并且減少了能源消費支出[17]。
7建筑用能特征
7.1后期修建房屋隔離保溫效果高于早期
住宅建筑結構與能源消耗有著密切關系。以2009年調查數據看,2009年現有居民住房建筑年代劃分為幾個階段,各個階段房屋建筑數量分布比較均勻,如1950年以前修建的房屋占總房屋數量17%,在2000―2009年修建的房屋占13.7%(見圖11)。從單位面積耗能來看,后期修建房屋小于早期修建房屋,這主要得益于后期修建房屋在隔離保溫性能上更優。
圖12是分析了不同建筑年代房屋在保溫性能方面的差異,早期建筑房屋在房屋保溫性能上遠遠低于后來建筑的房屋。如1950年,保溫效果“很好”的房屋只占27%,30%的房屋保溫效果“差”,甚至有2%的房屋沒有保溫效果;相比,2009年建筑的房屋在保溫性能便有很大提升,“很好”占比59%,一般占35%,只有很小一部分房屋保溫效果比較差。另外,從房屋建筑玻璃上看,1950年到1990之間建筑的房屋45%以上都是單層玻璃,1990年之后的房屋有70%以上是雙層及以上玻璃,雙層玻璃在保溫絕緣等方面更具優勢。
7.2中美建筑特征Ρ
根據中國2010年人口普查數據,可以看到住房建筑年代分布中,新建房屋所占比重大。1980年之前建筑的房屋只占10%左右,接近90%的房屋是1980年之后修建,30%以上是2000年以后修建(見圖13),絕大部分建筑使用時間不超過40年;美國超過40%的住房房齡在40年以上。房屋修建過程中需要消耗大量的鋼鐵、建材和有色金屬等高耗能產品,中國建筑物壽命短暫,大拆大修是目前中國最大的能源與資源浪費。我們曾建議“中國今后
應制定并嚴格執行有利于延長建筑物服役周期的系統性政策體系,這比出臺具體技術裝備能效標準、投資項目節能評估和審查、淘汰‘落后’產能等技術政策和產業政策更為重要與緊迫”[18]。
另外,從建筑材料來看,中美的住房建筑也存在較大差異。按照外墻建筑材料分類,美國分為壁板、磚、木質結構、灰泥和其他結構(見圖14);中國劃分為鋼及鋼筋混泥土、混合結構、磚木和其他四種類型。在美國,有36%房屋建筑外觀材料為壁板結構(如輕薄鋁材、鋼材和乙烯等),有17%為木質結構,大大節省了能源與資源,且回收利用率較高。反觀中國,根據2010年人口普查數據,房屋承重類型以鋼筋混泥土和混合結構為主,占比超過60%,屬于高耗能建筑材料。
8結論與啟示
從美國居民能源消費調查數據分析來看,居民部門用能量在近30年沒有明顯變化,趨于穩定;表明美國居民能源消費處在一個飽和狀態,這和居民用能效率改進有著密切關系。從用能結構來看,以清潔能源為主,2009年電力和天然氣占比達到85%。從近30年的用能結構變化趨勢來看,天然氣占比出現小幅下降,電力占比明顯上升,木材、燃料油和煤油占比下降,LPG隨著頁巖氣開發占比出現上升。從能源可獲得性來看,美國早年已經實現了電力的全覆蓋,并且有著完善的天然氣管道設施,為居民使用清潔能源提供了極大的便利。從用途分類來看,取暖用能占絕大比例,占40%左右,近30年來出現平緩下降趨勢,燃料來源70%是天然氣;制冷占比較小,近年出現小幅上升;其他項(主要是家電設備)用能明顯上升,主要消耗電力;熱水用能則比較穩定,主要靠天然氣和電力。近30年,家電產品豐富多樣,家庭保有量不斷提高,能源效率標識產品率增加,促使電力消費的增加。建筑用能方面,美國房屋服務時間長,后期建筑房屋在保溫性能方面高于早期房屋,單位面積耗能下降。
美國居民能源消費一直處于較高水平、能源浪費情況比較嚴重,這與美國經濟發展水平較高和居民生活習慣有著較大關系。和其他國家相比,美國戶均能源消費量和人均能源消費量均處于較高水平。美國住宅63%的房屋是獨棟住宅,房屋面積比較大,戶均住宅面積和人均住宅建筑面積均位于世界前列。美國居民享受更加舒適、享受型的生活,體現在家庭電器產品種類和數量上。每個家庭都擁有冰箱,23%家庭擁有兩臺,大部分冰箱體積是在400~600升之間,且有30%的家庭擁有冰柜;中央空調比例高于分體空調,中央空調一般是空間連續運行,不能單獨控制;66%的家庭每次洗衣都用烘干機;大部分家庭電腦和電視機的數量多于1臺;洗碗機、微波爐、咖啡機、烤箱、打印機在美國家庭中也得到廣泛使用。雖然美國居民享受著較高水平的能源服務,但能源消費總量在30年沒有明顯變化,這和能源效率的提高有著密切關系,例如,完善的“能源之星”項目便是一個強有力的措施。整個項目實施時間長,范圍廣,種類多;涉及工業部門、商業部門和居民部門,包括制造商、零售商、消費者和各種合作伙伴,囊括家電、辦公設備、住宅修建、工廠等,在很大程度上減少了能源消費。另一方面,美國完善的能源統計制度為能源分析提供了有力的數據支撐,有利于政策制定、推行與監督。
相比,中國目前處于發展階段,能源消費快速增長;同時,城鄉之間能源消費結構、水平差異較大。體現在高收入家庭對生活舒適度要求更高,家庭電氣化水平高,家庭電器種類齊全,存在向美國居民生活模式發展的可能性;而在一些農村地區,能源貧困仍然存在。這對中國發展提出了更多挑戰,一方面要制定政策提高效率,引導高收入人群節約用能;另一方面要改善低收入人群能源消費水平。另外,中國還存在建筑服務周期短,建筑材料耗能比重大等問題。建議中國政府進一步完善能源統計制度、推行農村能源扶持項目和能源標識、落實建筑能耗標準,加強建筑規劃、提高建筑物使用壽命。
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1.School of Management and Economics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;
2.Center for Energy and Environmental Policy Research, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;
3.Colla borative Innovation Centre of Electric Vehicles in Beijing, Beijing 100081,China;
4.School of Management, Jinan University, Guangzhou Guangdong 510632, China)