層次分析法在高校體育館圍護結構節能中的應用

寧蕊蕊 寧吉環

(1.大連工業大學基建處，遼寧 大連 116034； 2.聊城市規劃建筑設計院，山東 聊城 252000)

層次分析法在高校體育館圍護結構節能中的應用

寧蕊蕊1寧吉環2

(1.大連工業大學基建處，遼寧 大連 116034； 2.聊城市規劃建筑設計院，山東 聊城 252000)

圍繞高校體育場館的節能問題，重點針對圍護結構，從屋頂、墻體、門窗和地面四個方面建立了評價指標體系，并利用層次分析法建立了模型，研究了各圍護結構的節能程度，同時給出了節能設計措施，以建造出新型的節能體育場館。

層次分析法，高校體育館，圍護結構，評價指標體系，節能

0 引言

隨著國家節能工程的啟動，高校節能尤其是高校公共建筑節能逐漸成為國家需要解決的一項重要任務。高校體育館作為校內的大型公共建筑，主要是為學生上課和教師的體育鍛煉提供服務，使用頻率較高，節能要求也更高。因此，需要建設節能型的新型體育場館降低能耗。

目前，體育場館的通風采光比較依賴設備系統，室外環境單一，能耗量較高。在建筑設計時，高校體育館主要通過控制窗地面積比、體形系數等指標進行降耗。

本文主要從節能的角度，對屋頂、墻體、門窗和地面等圍護結構進行分析，利用層次分析法得出四個圍護結構在節能降耗中的重要程度，從而為以后高校體育場館的建設提供依據。

1 建立評價指標體系

為了降低能耗，高校體育館的室內空間多采用自然通風采光為主，人工照明空調為輔的原則進行建筑設計。在用頻度統計法對指標進行統計篩選后，根據指標設置的層次性、獨立性和可操作性原則，從建筑設計方案和節能材料措施兩個方面對圍護結構進行分析評價。

1)屋蓋：屋蓋是體育館的重要組成部分，為實現內部的大空間，屋蓋首先要保證內部場地的使用，然后根據需要達到滿足外部造型和節約能源的目的。由于大多數體育館的屋面形狀不規則且結構外露，所以為了降低保溫層的設計難度，保證建筑的外觀造型，常選擇熱工性能好的輕質屋面材料結合保溫層的方式進行保溫設計。

a.設計節能：為了滿足自然通風和采光的需要，在設計時應選擇開窗方式。目前常用的有局部開窗、側面開窗和膜結構三種方式。局部開窗采光效率高、照度均勻，但對施工技術要求較高；側面開窗施工技術要求較為簡單，空間開敞通透，有利于自然通風，但采光效率較低；膜結構利用自然光效果好，內部空間光照均勻，夜間外表面明亮，但成本較高。

b.節能材料及措施：一方面可以采用節能措施，如采用倒置式屋面、在屋面上種植綠色植物或涂刷高反射率的涂料；另一方面考慮屋面荷載問題，所選屋面保溫材料宜導熱系數低、自身重量輕、吸水率低，常采用膨脹珍珠巖、擠塑板、巖棉、聚苯乙烯板、加氣混凝土等。

2)外墻：體育館的外墻主要包括兩部分：實體墻面和鋼結構玻璃幕墻。填充墻部分均設置保溫層，面層材料選用高檔石材或陶瓷面磚等。同時，由于玻璃幕墻具有輕質、通透、美觀的特點，很多體育館采用大面積透明玻璃幕墻作外墻。

a.設計節能：在滿足功能需求和通風采光的情況下，控制窗墻面積比，結合內部空間功能和立面需要選擇實體墻或玻璃幕墻。

b.節能材料及措施：一方面可以采用添加保溫板或種植綠色植物等保溫措施；另一方面，可以使用導熱系數小的材料附著在墻體結構上改善墻體的熱工性能，常用的節能材料有加氣混凝土、多孔磚以及空心砌塊等，常用的保溫材料有巖棉板、礦棉板、玻璃棉等。

3)門窗：由于門窗的熱損耗占整體能耗的35%～45%，因此，在設計的時候應該嚴格控制門窗的數量和面積，并且采用一定的節能措施。

a.設計節能：包括降低窗地面積比等。根據各高校外墻面的實際構成情況，調整窗戶的數量和方式，控制達到合適的窗地面積比、窗墻面積比，根據體育場館的運動要求調整到最佳。

b.節能材料及措施：一方面，提高安裝質量，減少門窗縫隙；另一方面，選擇保溫性能好的玻璃，常用雙層玻璃、材料鍍膜玻璃、保溫Low-E玻璃和復合中空型玻璃等。

4)地面：將地面設計成節能材料，根據需要安裝木地板等。

2 層次分析法

根據高校體育館評價指標體系間的關系采用層次分析法建立模型。

1)確定目標層、準則層和指標層，建立層次結構圖。

2)根據人們容易給出判斷的1～9標度法，對在同一層次上的n個指標進行兩兩比較，得出如下判斷矩陣：

3)根據判斷矩陣，用方根法求各評價指標的權重。

4)單排序一致性檢驗。

判斷矩陣的一致性指標CI與同階平均隨機一致性指標RI之比稱為隨機一致性比率，記為CR。當CR=CI/RI<0.10時，即認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則，就需要調整判斷矩陣，直到取得滿意的一致性為止。

其中，CI為判斷矩陣的一致性指標，CI=(λmax-1)/(n-1);RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標，對于1～9階判斷矩陣，RI值列于表1。

表1 1～9階判斷矩陣值

指標的權重越大，表示指標越重要，在設計時越應該考慮指標的影響程度降低能耗。

3 應用舉例

以某校的體育場館為例，通過調查分析得出指標間的關系及重要程度，現利用層次分析法對其進行分析。

1)建立如圖1所示的評價指標層次結構圖。

2)構造判斷矩陣。

根據1～9標度法，對屋頂、墻體、門窗和地面四個指標的相對重要程度進行兩兩比較后得到表2判斷矩陣。

表2A—B判斷矩陣

AB1B2B3B4B11235B21/2124B31/31/213B41/51/41/31

3)方根法求權重。

a.計算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi，并計算出Mi的m次方根Wi為：

W1=2.34，W2=1.41,W3=0.84,W4=0.36。

b.對向量W=[W1,W2,…,Wn]進行正規化處理得：

則W=[0.47,0.29,0.17,0.07]T即為所求的特征向量。

c.計算判斷矩陣的最大特征根λmax：

λmax=1/4×(1.91/0.47+1.15/0.29+0.69/0.17+0.29/0.07)=4.05。

4)單排序一致性檢驗。

CI=(λmax-4)/(4-1)=0.05/3=0.017。

CR=CI/RI=0.017/0.89=0.019<0.10,滿足一致性要求。

同理，可求得其他各指標單層次間的相對權重：

[C1,C2]T=[0.60,0.40]T，

[C3,C4]T=[0.60,0.40]T，

[C5,C6]T=[0.60,0.40]T。

綜合以上各權重，可得相對總目標的權重分配向量W：

W=[W1,W2,…，W7]T=[0.28,0.19,0.17,0.12,0.10,0.07,0.07]T。

根據調查結果可知，在圍護結構中墻體占得比重最大，在確定節能方案時應該通過控制墻體的設計方案和采取節能材料措施降低建筑能耗。

4 結語

1)國家啟動了高校節能工程建設，高校體育場館作為高校的大型公共建筑，其節能性需要研究，從建筑方案的設計和節能材料措施兩個方面對其進行研究對其他新建公共建筑的節能具有參考意義。

2)節能建筑從根本上難于推廣的原因在于其高昂的建造成本，在進行建筑方案設計時應該盡量因地制宜，適當考慮高校所處的區域和地理環境，進行被動式節能。

3)對于高校建筑節能監管體系的建立和執行依然是我們下一步需要解決的問題。

[1] 高等學校節約型校園建設管理與技術導則(試行)[Z].2008.

[2] 李塵璐.北京市高校新建體育館建筑節能設計研究[D].北京：北京建筑工程學院碩士學位論文，2009：28-64.

[3] 楊元華.學校建筑節能途徑探討[J].建設科技，2008(15)：26-27.

Application of AHP in the retaining structure energy-saving in college gymnasium

Ning Ruirui1Ning Jihuan2

(1.InfrastructureDepartment,DalianPolytechnicUniversity,Dalian116034,China;2.LiaochengInstituteofArchitectureandDesign,Liaocheng252000,China)

In view of the energy-saving problem of college gymnasium, focusing on retaining structure, the paper analyzed the retaining structure energy-saving from the roof, walls, windows and doors and the ground. It set up the index system through the AHP, researched the energy saving level of each retaining structure, and gave the energy-saving design measures, in order to build a new energy-saving gymnasium.

AHP, gymnasium in college, retaining structure, index system, energy-saving

2015-02-12

寧蕊蕊(1982- )，女，碩士，講師； 寧吉環(1987- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)12-0199-03

TU201.5

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