DOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20150519

建筑室內(nèi)環(huán)境對空調(diào)系統(tǒng)依賴度評價體系的構(gòu)建

王海濤，王韌，李群，張宇

(安徽建筑大學 環(huán)境與能源工程學院，安徽 合肥 230000)

摘要：利用建筑室內(nèi)環(huán)境對空調(diào)系統(tǒng)依賴度。初步構(gòu)建了建筑室內(nèi)環(huán)境對空調(diào)系統(tǒng)依賴度的評價體系，采用層次分析法得出評價體系中各項指標的權(quán)重。通過此評價體系可以找到建筑設(shè)計的節(jié)能途徑，即如何通過改變體型系數(shù)、窗墻比、自然通風量等條件來減小室內(nèi)環(huán)境對空調(diào)系統(tǒng)依賴度，從而降低空調(diào)的負荷，減少建筑的能耗。

關(guān)鍵詞：依賴度；建筑室內(nèi)環(huán)境；評價體系；層次分析法

收稿日期：2015-03-31

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

作者簡介：王海濤(1971-),男，副教授，博士，主要研究方向為暖通空調(diào)。

中圖分類號：TU411.01

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

0　引　　言

當代的建筑設(shè)計對建筑朝向、建筑外形、日照特點等因素的重視遠遠不夠.常常忽視被動的暖通空調(diào)技術(shù)的重要性，過分依賴人工的暖通空調(diào)手段進行建筑熱環(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)的過度使用，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，降低建筑能耗，人們在建筑初始設(shè)計時努力探尋節(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室內(nèi)環(huán)境的要求。本文以這一系列問題為背景，提出了建筑室內(nèi)環(huán)境對空調(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)境對空調(diào)系統(tǒng)的依賴度 ； B1：主動暖通空調(diào)技術(shù)承擔的室內(nèi)負荷

B2：被動暖通空調(diào)技術(shù)承擔的室內(nèi)負荷

D=0時，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就能完全解決。

0

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

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

2　評價體系的建立

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

3基于層次分析法確定各級指標權(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。它是通過對評價指標的兩兩對比來確定層次中各指標的權(quán)重，然后綜合評估這些因素相對于總體的權(quán)重，即相對重要性[6]。

表1　建筑室內(nèi)環(huán)境對空調(diào)系統(tǒng)依賴度的評價體系

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)已知評價體系，對每一層兩兩因素關(guān)于上一層指標的相對重要性用數(shù)值形式給出判斷，即標度，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，bij表示Bi和Bj的相對重要性，如表2所示。按表3對標度進行賦值[7-8]，標度通常在1～9及其倒數(shù)中取值。指標值可以根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，專家意見與數(shù)據(jù)分析綜合權(quán)衡后得到。

表2　示例判斷矩陣A

表3　標度及含義

3.2.2層次單排序及一致性檢驗

由于諸多主客觀因素的影響，實際所構(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，這時我們就需要對得到的兩兩比較矩陣一致性進行檢驗。

對判斷矩陣的一致性檢驗步驟如下：

首先，計算判斷矩陣的一致性指標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；

n:判斷矩陣的階數(shù)

其次，計算一致性比例CR：

其中：

CR：一致性比例； RI：平均一致性指標

Saaty.T.L給出了平均一致性指標RI值，如表4所示：

表4　平均一致性指標RI

當CR<0.1時，認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]。

本文通過數(shù)據(jù)分析與專家意見綜合得到相應(yīng)的標度數(shù)值，并構(gòu)建出下列兩兩判斷矩陣。采用軟件MATLAB 計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(相對于預(yù)定目標D而言，各準則之間相對重要性比較)λmax=2 ，CI=0 ，具有完全一致性

表5

(2)判斷矩陣B1-Bij(相對于準則B1而言，各隸屬指標之間相對重要性比較)

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(相對于準則B2而言，各隸屬指標之間相對重要性比較)

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

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

表8　各級指標權(quán)重總排序

求出的權(quán)重總排序后也要進行一致性檢驗?？偱判螂S機一致性比例為：

=0.0256<0.1000

其中：

CRT：總排序隨機的一致性比例；ai：各準則層指標相對于總指標D的權(quán)重

CIi：各判斷矩陣的一致性指標； RIi：各判斷矩陣的平均一致性指標

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)境對空調(diào)系統(tǒng)依賴度的概念，并初步建立了其評價體系，通過層次分析法量化的得出依賴度各評價指標的權(quán)重。通過各指標權(quán)重可看出自然通風量對依賴度的影響最大。從而印證了主動暖通空調(diào)技術(shù)不承擔負荷，即以自然通風為主體的被動暖通空調(diào)技術(shù)承擔全部負荷的可行性。

建筑室內(nèi)環(huán)境對空調(diào)系統(tǒng)的依賴度評價體系的建立也給建筑的節(jié)能設(shè)計提供了有效的節(jié)能途徑，即如何通過改變體形系數(shù)，窗墻比，自然通風量等條件來減小室內(nèi)環(huán)境對空調(diào)系統(tǒng)依賴度，從而降低空調(diào)的負荷，減少建筑的能耗。

參考文獻

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