建筑室内环境对空调系统依赖度评价体系的构建

王海涛，王　韧，李　群，张　宇

(安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230000)



建筑室内环境对空调系统依赖度评价体系的构建

王海涛，王韧，李群，张宇

(安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230000)

摘要：利用建筑室内环境对空调系统依赖度。初步构建了建筑室内环境对空调系统依赖度的评价体系，采用层次分析法得出评价体系中各项指标的权重。通过此评价体系可以找到建筑设计的节能途径，即如何通过改变体型系数、窗墙比、自然通风量等条件来减小室内环境对空调系统依赖度，从而降低空调的负荷，减少建筑的能耗。

关键词：依赖度；建筑室内环境；评价体系；层次分析法

0　引　　言

当代的建筑设计对建筑朝向、建筑外形、日照特点等因素的重视远远不够.常常忽视被动的暖通空调技术的重要性，过分依赖人工的暖通空调手段进行建筑热环境的调节.而建筑能耗和建筑形式之间的关系却是非常明确的。在大型公共建筑中,空调用电量达到总用电量的50%～ 60%[1]。并且室内空气的生物性污染， 也绝大多数来自于空调系统污染和空调系统引起的室内湿度失控[2-3]。为了减少中央空调的过度使用，提高室内空气品质，降低建筑能耗，人们在建筑初始设计时努力探寻节能方法，即如何使建筑本体不需或仅需很小的空调制冷量就可以满足人们对室内环境的要求。本文以这一系列问题为背景，提出了建筑室内环境对空调系统的“依赖度”概念。

1　依赖度

定义建筑室内环境对空调系统的依赖度为D，

(1)

其中：

D：建筑室内环境对空调系统的依赖度 ； B1：主动暖通空调技术承担的室内负荷

B2：被动暖通空调技术承担的室内负荷

D=0时，建筑的室内环境完全不依赖空调，靠建筑本体和自然通风就能完全解决。

0

D=1时，室内环境完全依赖于空调，此时能耗最大。

主动暖通空调技术是利用暖通空调手段进行建筑热环境调节，而被动暖通空调技术是利用自然环境和建筑设计进行建筑热环境调节。

2　评价体系的建立

建立评价指标体系可以使人们更全面和深入的了解和研究室内环境对空调系统的依赖度。但由于一些评价指标不易量化的原因，现阶段不可能建造出一个全面的衡量尺度。本文根据科学性，合理性、适用性三个原则[4]，结合相关资料[5]与专家意见构建了建筑室内环境对空调系统依赖度的评价体系(表1)。本文所建立的评价体系分为三层，处于最左面的是总目标层，既依赖度D；处于中间的为准则层，包括决定依赖度的主动暖通空调技术承担室内负荷与被动暖通空调技术承担室内符合两部分；最右面的是指标层，为依赖度的各影响因素。

3基于层次分析法确定各级指标权重系数

3.1层次分析法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process)是T.L.Saaty于上世纪70年代提出的一种定性与定量相结合，层次化系统化的决策方法。它是通过对评价指标的两两对比来确定层次中各指标的权重，然后综合评估这些因素相对于总体的权重，即相对重要性[6]。

表1　建筑室内环境对空调系统依赖度的评价体系

3.2层次分析法的基本流程

3.2.1构造两两比较判断矩阵

根据已知评价体系，对每一层两两因素关于上一层指标的相对重要性用数值形式给出判断，即标度，并写成矩阵形式。

判断矩阵由元素bij(i=1,2，…n;j=1,2,…n) 构成。由A表示目标，bij表示Bi和Bj的相对重要性，如表2所示。按表3对标度进行赋值[7-8]，标度通常在1～9及其倒数中取值。指标值可以根据调研数据，专家意见与数据分析综合权衡后得到。

表2　示例判断矩阵A

表3　标度及含义

3.2.2层次单排序及一致性检验

由于诸多主客观因素的影响，实际所构成的两两比较矩阵很难具有完全的一致性。因而允许比较矩阵存在一定程度的不一致，这时我们就需要对得到的两两比较矩阵一致性进行检验。

对判断矩阵的一致性检验步骤如下：

首先，计算判断矩阵的一致性指标CI：

其中：

λmax：判断矩阵的最大特征值；CI：判断矩阵的一致性指标；

n:判断矩阵的阶数

其次，计算一致性比例CR：

其中：

CR：一致性比例； RI：平均一致性指标

Saaty.T.L给出了平均一致性指标RI值，如表4所示：

表4　平均一致性指标RI

当CR<0.1时，认为判断矩阵是一致的可接受的，否则判断矩阵需要做相应的修正[10]。

本文通过数据分析与专家意见综合得到相应的标度数值，并构建出下列两两判断矩阵。采用软件MATLAB 计算矩阵的特征值与特征向量，并将特征向量归一化。

(1)判断矩阵D-B(相对于预定目标D而言，各准则之间相对重要性比较)λmax=2 ，CI=0 ，具有完全一致性

表5

(2)判断矩阵B1-Bij(相对于准则B1而言，各隶属指标之间相对重要性比较)

表6

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

(3)判断矩阵B2-Bij(相对于准则B2而言，各隶属指标之间相对重要性比较)

表7

最大特征值λmax=3.0385CI=0.0193

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

3.2.3层次总排序和一致性检验

上面我们得到各评价指标对于上一层因素的权重。而我们最终要得到各最基层评价指标相对于目标的权重，以便于更好的评价各指标在总评价体系中的重要性。这就要求我们要进行层次总排序。层次总排序是各单层排序自上而下合成而成。

表8　各级指标权重总排序

求出的权重总排序后也要进行一致性检验。总排序随机一致性比例为：

=0.0256<0.1000

其中：

CRT：总排序随机的一致性比例；ai：各准则层指标相对于总指标D的权重

CIi：各判断矩阵的一致性指标； RIi：各判断矩阵的平均一致性指标

CRT的结果表明总排序的结果具有一致性。

4　结　　论

本文提出了建筑室内环境对空调系统依赖度的概念，并初步建立了其评价体系，通过层次分析法量化的得出依赖度各评价指标的权重。通过各指标权重可看出自然通风量对依赖度的影响最大。从而印证了主动暖通空调技术不承担负荷，即以自然通风为主体的被动暖通空调技术承担全部负荷的可行性。

建筑室内环境对空调系统的依赖度评价体系的建立也给建筑的节能设计提供了有效的节能途径，即如何通过改变体形系数，窗墙比，自然通风量等条件来减小室内环境对空调系统依赖度，从而降低空调的负荷，减少建筑的能耗。

参考文献

1江亿,我国建筑耗能状况及有效的节能途径[J].暖通空调,2005,35(5):30-40.

2Klaus Fitzner. Effects of air handling and cleanliness of ventilation systems on indoor air quality [N]. Baltic Symposium, Tallinn,2000.

3Arundel AV, Sterling EM, Biggin JH, et al. Indirect health effects of relative humidity in indoor environments[J]. Environmental Health Perspective,1986,65(5):351-361.

4邵强,李友俊,田庆旺，综合评价指标体系构建方法[J].大庆石油学院学报,2004,28(3):74-76.

5陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调[M].中国建筑工业出版社，2007.

6陈衍泰, 陈国宏, 李美娟.综合评价方法分类及研究进展[J].管理科学学报，2004,7(2):69-71.

7许树伯.层次分析法原理[M].天津:天津出版社,1988..

8彭国甫，李树丞，盛明科.应用层次分析法确定政府绩效评估指标权重研究[J].中国软科学，2004(6):136-138.

9张真怡.武汉市R&D绩效评价研究[D].武汉：华中科技大学,2007.

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

中图分类号：TU411.01

文献标识码：A

文章编号：2095-8382(2015)05-085-04

DOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20150519

作者简介：王海涛(1971-),男，副教授，博士，主要研究方向为暖通空调。

基金项目：“十二五”国家科技支撑子课题(2012BAJ08B04);安徽省教育厅重大项目(KJ2012ZD03)

收稿日期：2015-03-31