建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)依賴度評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

王海濤，王　韌，李　群，張　宇

(安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230000)

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建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)依賴度評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

王海濤，王韌，李群，張宇

(安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230000)

摘要：利用建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)依賴度。初步構(gòu)建了建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)依賴度的評(píng)價(jià)體系，采用層次分析法得出評(píng)價(jià)體系中各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。通過(guò)此評(píng)價(jià)體系可以找到建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能途徑，即如何通過(guò)改變體型系數(shù)、窗墻比、自然通風(fēng)量等條件來(lái)減小室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)依賴度，從而降低空調(diào)的負(fù)荷，減少建筑的能耗。

關(guān)鍵詞：依賴度；建筑室內(nèi)環(huán)境；評(píng)價(jià)體系；層次分析法

0　引　　言

當(dāng)代的建筑設(shè)計(jì)對(duì)建筑朝向、建筑外形、日照特點(diǎn)等因素的重視遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠.常常忽視被動(dòng)的暖通空調(diào)技術(shù)的重要性，過(guò)分依賴人工的暖通空調(diào)手段進(jìn)行建筑熱環(huán)境的調(diào)節(jié).而建筑能耗和建筑形式之間的關(guān)系卻是非常明確的。在大型公共建筑中,空調(diào)用電量達(dá)到總用電量的50%～ 60%[1]。并且室內(nèi)空氣的生物性污染， 也絕大多數(shù)來(lái)自于空調(diào)系統(tǒng)污染和空調(diào)系統(tǒng)引起的室內(nèi)濕度失控[2-3]。為了減少中央空調(diào)的過(guò)度使用，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，降低建筑能耗，人們?cè)诮ㄖ跏荚O(shè)計(jì)時(shí)努力探尋節(jié)能方法，即如何使建筑本體不需或僅需很小的空調(diào)制冷量就可以滿足人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境的要求。本文以這一系列問(wèn)題為背景，提出了建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的“依賴度”概念。

1　依賴度

定義建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的依賴度為D，

(1)

其中：

D：建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的依賴度 ； B1：主動(dòng)暖通空調(diào)技術(shù)承擔(dān)的室內(nèi)負(fù)荷

B2：被動(dòng)暖通空調(diào)技術(shù)承擔(dān)的室內(nèi)負(fù)荷

D=0時(shí)，建筑的室內(nèi)環(huán)境完全不依賴空調(diào)，靠建筑本體和自然通風(fēng)就能完全解決。

0

D=1時(shí)，室內(nèi)環(huán)境完全依賴于空調(diào)，此時(shí)能耗最大。

主動(dòng)暖通空調(diào)技術(shù)是利用暖通空調(diào)手段進(jìn)行建筑熱環(huán)境調(diào)節(jié)，而被動(dòng)暖通空調(diào)技術(shù)是利用自然環(huán)境和建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行建筑熱環(huán)境調(diào)節(jié)。

2　評(píng)價(jià)體系的建立

建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可以使人們更全面和深入的了解和研究室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的依賴度。但由于一些評(píng)價(jià)指標(biāo)不易量化的原因，現(xiàn)階段不可能建造出一個(gè)全面的衡量尺度。本文根據(jù)科學(xué)性，合理性、適用性三個(gè)原則[4]，結(jié)合相關(guān)資料[5]與專家意見(jiàn)構(gòu)建了建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)依賴度的評(píng)價(jià)體系(表1)。本文所建立的評(píng)價(jià)體系分為三層，處于最左面的是總目標(biāo)層，既依賴度D；處于中間的為準(zhǔn)則層，包括決定依賴度的主動(dòng)暖通空調(diào)技術(shù)承擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷與被動(dòng)暖通空調(diào)技術(shù)承擔(dān)室內(nèi)符合兩部分；最右面的是指標(biāo)層，為依賴度的各影響因素。

3基于層次分析法確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

3.1層次分析法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process)是T.L.Saaty于上世紀(jì)70年代提出的一種定性與定量相結(jié)合，層次化系統(tǒng)化的決策方法。它是通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的兩兩對(duì)比來(lái)確定層次中各指標(biāo)的權(quán)重，然后綜合評(píng)估這些因素相對(duì)于總體的權(quán)重，即相對(duì)重要性[6]。

表1　建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)依賴度的評(píng)價(jià)體系

3.2層次分析法的基本流程

3.2.1構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣

根據(jù)已知評(píng)價(jià)體系，對(duì)每一層兩兩因素關(guān)于上一層指標(biāo)的相對(duì)重要性用數(shù)值形式給出判斷，即標(biāo)度，并寫成矩陣形式。

判斷矩陣由元素bij(i=1,2，…n;j=1,2,…n) 構(gòu)成。由A表示目標(biāo)，bij表示Bi和Bj的相對(duì)重要性，如表2所示。按表3對(duì)標(biāo)度進(jìn)行賦值[7-8]，標(biāo)度通常在1～9及其倒數(shù)中取值。指標(biāo)值可以根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，專家意見(jiàn)與數(shù)據(jù)分析綜合權(quán)衡后得到。

表2　示例判斷矩陣A

表3　標(biāo)度及含義

3.2.2層次單排序及一致性檢驗(yàn)

由于諸多主客觀因素的影響，實(shí)際所構(gòu)成的兩兩比較矩陣很難具有完全的一致性。因而允許比較矩陣存在一定程度的不一致，這時(shí)我們就需要對(duì)得到的兩兩比較矩陣一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。

對(duì)判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)步驟如下：

首先，計(jì)算判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI：

其中：

λmax：判斷矩陣的最大特征值；CI：判斷矩陣的一致性指標(biāo)；

n:判斷矩陣的階數(shù)

其次，計(jì)算一致性比例CR：

其中：

CR：一致性比例； RI：平均一致性指標(biāo)

Saaty.T.L給出了平均一致性指標(biāo)RI值，如表4所示：

表4　平均一致性指標(biāo)RI

當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣是一致的可接受的，否則判斷矩陣需要做相應(yīng)的修正[10]。

本文通過(guò)數(shù)據(jù)分析與專家意見(jiàn)綜合得到相應(yīng)的標(biāo)度數(shù)值，并構(gòu)建出下列兩兩判斷矩陣。采用軟件MATLAB 計(jì)算矩陣的特征值與特征向量，并將特征向量歸一化。

(1)判斷矩陣D-B(相對(duì)于預(yù)定目標(biāo)D而言，各準(zhǔn)則之間相對(duì)重要性比較)λmax=2 ，CI=0 ，具有完全一致性

表5

(2)判斷矩陣B1-Bij(相對(duì)于準(zhǔn)則B1而言，各隸屬指標(biāo)之間相對(duì)重要性比較)

表6

最大特征值λmax=6.0467，CI=0.0093 ，RI=1.24 ，CR=0.0075<0.10

(3)判斷矩陣B2-Bij(相對(duì)于準(zhǔn)則B2而言，各隸屬指標(biāo)之間相對(duì)重要性比較)

表7

最大特征值λmax=3.0385CI=0.0193

RI=0.58CR=CI/RI=0.0333<0.1

3.2.3層次總排序和一致性檢驗(yàn)

上面我們得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于上一層因素的權(quán)重。而我們最終要得到各最基層評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)的權(quán)重，以便于更好的評(píng)價(jià)各指標(biāo)在總評(píng)價(jià)體系中的重要性。這就要求我們要進(jìn)行層次總排序。層次總排序是各單層排序自上而下合成而成。

表8　各級(jí)指標(biāo)權(quán)重總排序

求出的權(quán)重總排序后也要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)?？偱判螂S機(jī)一致性比例為：

=0.0256<0.1000

其中：

CRT：總排序隨機(jī)的一致性比例；ai：各準(zhǔn)則層指標(biāo)相對(duì)于總指標(biāo)D的權(quán)重

CIi：各判斷矩陣的一致性指標(biāo)； RIi：各判斷矩陣的平均一致性指標(biāo)

CRT的結(jié)果表明總排序的結(jié)果具有一致性。

4　結(jié)　　論

本文提出了建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)依賴度的概念，并初步建立了其評(píng)價(jià)體系，通過(guò)層次分析法量化的得出依賴度各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。通過(guò)各指標(biāo)權(quán)重可看出自然通風(fēng)量對(duì)依賴度的影響最大。從而印證了主動(dòng)暖通空調(diào)技術(shù)不承擔(dān)負(fù)荷，即以自然通風(fēng)為主體的被動(dòng)暖通空調(diào)技術(shù)承擔(dān)全部負(fù)荷的可行性。

建筑室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的依賴度評(píng)價(jià)體系的建立也給建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)提供了有效的節(jié)能途徑，即如何通過(guò)改變體形系數(shù)，窗墻比，自然通風(fēng)量等條件來(lái)減小室內(nèi)環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)依賴度，從而降低空調(diào)的負(fù)荷，減少建筑的能耗。

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10T.L.Saaty.The Analytic Hierarchy Process[M],New York, McGraw-Hill Inc,1980.

Establish of Evaluation System of Dependence Degree

in Building Indoor Environment to Air-conditioning System

WANG Haitao,WANG Ren,LI Qun,ZHANG Yu

(School of Environment and Energy Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei , 230601, China)

Abstract:Dependence on air conditioning system of building indoor environment，we established the preliminary construction of the relevant evaluation system, and used the analytic hierarchy process to calculate the weight of evaluation index system. The way of energy saving through this evaluation system can be found in the architectural design of the indoor environment, how to reduce the dependence of air-conditioning system by changing the shape coefficient, ratio of window to wall, the natural ventilation conditions, so as to reduce air conditioning load, reduce the energy consumption of the building.

Key words:dependence degree; building indoor environment; evaluation system; Analytic Hierarchy Process

中圖分類號(hào)：TU411.01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-8382(2015)05-085-04

DOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20150519

作者簡(jiǎn)介：王海濤(1971-),男，副教授，博士，主要研究方向?yàn)榕照{(diào)。

基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技支撐子課題(2012BAJ08B04);安徽省教育廳重大項(xiàng)目(KJ2012ZD03)

收稿日期：2015-03-31