运用Excel 回归分析功能实现GB/T13234-2018《用能单位节能量计算方法》中的归一化操作

顾淼波

扬州市节能监察中心

2018年9月17日，国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会联合发布GB/T13234-2018《用能单位节能量计算方法》（以下简称《方法》），定于2019年4月1日正式实施。《方法》较前一版GB/T13234-2009《企业节能量计算方法》有大幅改动，其中最重要的创新是提出了“归一化”的概念，即根据相关变量的变化关系，通过建立模型对能耗数据进行校准和修正。

1 归一化的概念

1.1 原理

归一化是指：为了达到满足同等需求或达到相同目的的要求（例如：批量生产完全相同的产品），根据相关变量（例如：产量、效率等）的变化关系，对能源消耗数据进行修正的过程。

将能耗量实测值设为Y，相关变量实测值设为X，归一化就是要确定两者之间的变化关系Y=f（X），并以此关系为基础，重新代入相关变量的条件值X′，算出能耗量校准值Y′。当基期能耗量或者报告期能耗量按照相同的条件值X′进行校准后，基期和报告期的能耗量就可以直接相减，从而得到节能量。

1.2 方法

归一化的方法有三种，分别是后推校准法、前推校准法和参考条件校准法。

1）按照报告期条件进行归一化，称为后推校准法。

该方法以基期的能耗量实测值Y1和相关变量实测值X1为基础，建立模型Y1=f（X1）。将报告期条件（即报告期相关变量实测值X2）代入上述模型，得到基期能耗量校准值Y1′。节能量由Y1′减去报告期能耗量实测值Y2得到。

2）按照基期条件进行归一化，称为前推校准法。

该方法与后推校准法相反，以报告期的能耗量实测值Y2和相关变量实测值X2为基础，建立模型Y2=f（X2）。将基期条件（即基期相关变量实测值X1）代入上述模型，得到报告期能耗量校准值Y2′。节能量由基期能耗量实测值Y1减去Y2′得到。

3）按照参考条件进行归一化，称为参考条件校准法。

该方法顾名思义是以某个标准状态为条件（例如：典型年产品产量），因此不受基期和报告期条件影响，适用于连续跟踪节能量。

另外《方法》还特别强调：第一，通常情况下应采用后推校准法计算用能单位节能量。第二，当在多个报告期连续计算节能量时（例如：逐年开展重点用能单位“十三五”节能目标考核时），不应中途改变归一化方法。

2 Excel回归分析示例

2.1 选择相关变量

根据常识可知，用能单位能耗大小与其产品产量有直接联系。在实际工作中，我们常常选择产品产量作为相关变量。为方便对比理解，本文借用《方法》附录A中的案例进行操作演示。具体数据见表1和表2。

表1 基期产品产量与能耗数据

2.2 建立回归模型

采用后推校准法。首先打开Excel（这里以2019版为例），导入表1数据。

如图1 所示，框选单元格B2 到C13 的数据区域，点击【插入】/【图表】/【XY散点图】。系统默认B列为X轴系列值，C列为Y轴系列值，自动生成散点图。

图1 散点图

如图2 所示，右键点击图中的散点，选择【添加趋势线】，在【趋势线选项】中勾选【线性】、【显示公式】、【显示R2值】。由此得到了基期能耗校准模型Y=0.3538X+67.956。

表2 报告期产品产量与能耗数据表

图2

2.3 检验模型有效性

模型是否可用，还要经过有效性检验，通常看三个值：判定系数（R2值）、t统计量和F统计量。

R2值用于说明回归趋势线对数据的拟合程度，越接近1.0，拟合度越好，反之，越接近0，拟合度越差。上述案例中R2=0.994 7，充分说明X、Y高度相关。

统计量是检验自变量的系数是否显著为零，F统计量是检验所有自变量系数是否显著为零，前者对应具体自变量，后者对应整个回归方程。

如图3 所示，框选单元格B2 到C13 的数据区域，点击【数据】/【数据分析】/【回归】，设置【置信度】为95%（t检验和F检验结果小于0.05即表示显著为0）。初次使用，未显示【数据分析】按钮的，可点选【文件】/【选项】/【加载项】/【分析工具库】加载该功能。

图3 回归分析

如图4所示，F检验是显著的（Significance F为1.06×10-12），变量X 的t 检验也是显著的（P-value为1.06×10-12）。这两个结果完全一致，是因为本模型为一元回归方程，只有一个自变量X。

图4 模型有效性检验

2.4 校准能耗并计算节能量

模型检验通过，即可计算节能量。具体过程见表3。

表3 节能量计算表

2.5 从“特例”看建模计算的优势

《方法》附录B节能量计算的特例，提出“只有当用能单位能源消耗与产品产量或产值（或增加值）成正比例关系时，用后推法进行归一化，节能量计算公式简化为”：

节能量=（基期产品单耗-报告期产品单耗）×报告期产品产量

此简化版的公式，是目前节能量审核工作中最常用的单耗法。

正比例关系，指能耗与产量满足Y＝kX（k 为常数，k≠0）。而满足了此关系，即表示产品单耗保持恒定，不随生产负荷变化。在现实中几乎不会发生，因此《方法》将其归为特例，目的是推广建模计算，限制和替代传统的单耗法。

传统单耗法是基于“产量与能耗成正比例关系”此不够严谨的思维，且在计算节能量时通常只采用基期合计产量、基期合计能耗、报告期合计产量、报告期合计能耗4 个数据，忽略了月度数据之间的变化规律。本文示例的建模计算，充分分析了全年12 组数据。其最终拟合方程Y=0.3538X+67.956 反映出，用能单位存在部分与产量变化无关的固定能耗，而这一情况也明显更加符合客观实际。

3 结语

《方法》的发布实施，为节能量审核认定工作启发了新思路、提出了新要求。Excel 作为最常用的办公软件之一，其自带的回归分析功能可简便快捷地实现“归一化”操作。通过本文的介绍，能够有助于广大节能量审核人员，更好地理解《方法》相关理念、熟练地应用Excel相关功能，促进节能减排事业繁荣发展。