某公共建筑空調能耗影響因子正交試驗分析

某公共建筑空調能耗影響因子正交試驗分析

本文以重慶市某辦公建筑為研究對象，基于DEST能耗模擬軟件，采用正交試驗、極差分析和顯著性分析法對外墻、外窗、窗墻比、人員密度、照明指標、設備熱擾、室內設計溫度及遮陽系數等8個影響因子對公共建筑空調冷負荷的影響程度進行研究，結果表明：外墻、外窗、窗墻比、人員密度、室內設計溫度均對該公共建筑空調季的累計冷負荷產生顯著性影響；綜合能耗呈現拋物線變化趨勢，在窗墻比為0.6時，最為節能。

辦公類建筑屬于典型的城市公共建筑，具有人員密度大，燈光、設備要求較高等特點，一些辦公類建筑的空調系統日常運營費用已占建筑物總運營費用的60 %以上。影響建筑空調能耗高低的因素很多，諸如外墻、外窗、窗墻比、人員密度、照明、室內設計溫度等。文獻通過對一幢建筑進行全年能耗模擬，分析了建筑全年能耗的基本構成和影響因子；文獻通過模擬某上海地區的居住建筑，分析了窗墻比在不同朝向下對建筑全年的空調、采暖以及兩者能耗的影響，結果表明，對建筑空調、采暖能耗影響較大的是北向和東（西）向的窗墻比。現有文獻大多只是針對個別影響因子進行了分析，對主要影響因子的全面分析較少，可靠的分析每個因素對建筑能耗影響的程度是設計人員進行建筑節能設計的前提。正交試驗可以分析各因素在不同水平下對試驗主體的影響程度，具備快速、經濟和高效等特點，也是分式析因設計的主要方法。它的原理是根據正交原理，從大量、全面的試驗中挑選出具備一定特點的有代表性的點來設計和安排試驗，力求用最少的試驗次數獲得最優的試驗結果，以此節省大量的人力和時間。

正交試驗設計

研究對象

本文的研究對象為重慶市某辦公大樓，建筑面積48467m2，建筑高度125.45m，共25層，其中1～3層用于商業，空調面積為5966m2，4～25層用于辦公，空調面積為34493m2。DeST能耗模擬采用1：1的比例建立模型。

根據正交試驗的相關理論，對外墻、外窗、新風指標、窗墻比、人員密度、照明指標、設備熱擾、室內設計溫度及遮陽系數SC等8個影響公共建筑空調負荷的主要因素進行正交試驗。其中，外墻、外窗、遮陽系數SC各取4個水平，其余因素均取2個水平，不考慮彼此相互作用。在設計過程中新風量是按最小新風量進行計算，不納入試驗比較。試驗采用L16（43×26）正交實驗表，各影響因子不同水平的取值如表1所示。

各影響因子極差分析

注：ki=Ki/s ，Ki：表示任一列上水平號為i時所對應的試驗結果之和；其中s為任一列上各水平出現的次數，ki表示任一列上因素水平i時所取得試驗結果的算術平均值；Q為通過DEST軟件模擬得到的各影響因子在不同水平取值下所對應的空調累計冷負荷值；R為極差，在任一列上R=MAX｛ki｝-MIN｛ki｝。

從極差值R的相對大小（見表2）可以看出，各影響因子對于辦公室負荷影響的強弱依次是：人員密度＞室內設計溫度＞外墻＞外窗＞窗墻比＞遮陽系數SC＞設備熱擾＞照明指標。

各影響因子顯著性分析

各影響因子的顯著性檢驗：

1）離差平方和

2）各影響因子的自由度

3）各影響因子均方

按照上述步驟計算出的結果如表3所示。

表1 各因素不同水平的取值

表2 L16（43×26）試驗極差計算結果

表3 各影響因子顯著性分析表

對某個因素的顯著性水平Fi檢驗，一般是將其顯著性水平與臨界水平值比較，若大于臨界水平值，則該因素對試驗主體有顯著的影響作用。根據需要取臨界水平α=0.05，通過F分布，知 F0.05（3，2）=19.16，F0.05（1，2）=18.51，由表3可知F1、F2的值均大于19.16，而F4、F5、F8值都大于18.51，因此，F1、F2、F4、F5、F8所對應的外墻、外窗、窗墻比、人員密度以及室內設計溫度等因素均對該公共建筑能耗產生顯著性影響。

圖1 不同窗墻比下建筑能耗的變化情況

分析及建議

正交試驗結果表明，各因素對于辦公室負荷影響的強弱依次是：人員密度＞室內設計溫度＞外墻＞外窗＞窗墻比＞遮陽系數SC＞設備熱擾＞照明指標。人員密度是由辦公室功能和面積決定的，較為穩定不易改變。綜上所述節能的重點應是窗墻比以及室內設計溫度。

1）通常來說，在夏熱冬冷地區，由于太陽輻射的作用將部分輻射熱通過外窗帶入室內，尤其是東、西向的外窗，減小窗墻比可以降低制冷和采暖能耗，但是，窗墻比過小又會影響采光，增加照明負荷，因此需要綜合考慮這兩個因素。用DeST軟件針對不同窗墻比對研究對象的全年空調能耗進行了模擬，不同窗墻比下建筑能耗的變化情況如圖 1，結果顯示：受窗戶采光和太陽輻射的影響，隨著窗墻比的不斷增大，該辦公建筑的空調能耗基本按線性趨勢增大，照明能耗不斷減小，而其綜合能耗則呈現拋物線變化趨勢，在窗墻比為0.6時達到最小值，為最佳的窗墻比。

2）通過合理的室內溫度設定，減小室內外傳熱溫差，可以大幅度降低建筑能耗。為了分析室內設計溫度對建筑負荷的影響，分別取空調季室內設計溫度為24℃、26℃、28℃，相對濕度為40%～65%，由DeST模擬軟件能耗模擬分析得出對應的空調季累計冷負荷分別為5661279kWh，4522258kWh和3427872kWh。可見，當設計溫度由24℃上升到26℃時，累計冷負荷降低20.1%，而由26℃上升到28℃時，累計冷負荷降低24.2%。因此，在合理的范圍內適當提高空調冷負荷設計溫度對建筑節能意義重大。

結語

本文通過對重慶市某公共建筑空調能耗影響因子的正交試驗分析，提出了有效的節能建議，為相關人員提供了更為科學合理的設計思路，以期為公共建筑空調設計與既有建筑空調系統的節能改造提供可供參考的資料。

手機客戶端接收到快遞查收系統端發來的信息后，首先對用NFC傳來的信息用系統的公鑰進行驗簽，驗證通過后使用收貨者的私鑰將保護密鑰進行解密，得到保護密鑰，再使用得到的保護密鑰將密鑰進行解簽，得到需要用到的驗證密鑰。

收貨人將手機放到攝像頭下進行二維碼掃描，快遞查收管理系統讀取二維碼信息，利用該手機客戶單的密鑰進行解密，解密完成之后，進行校驗，如果用戶信息與快遞信息匹配，校驗通過則允許取快遞，否則禁止取快遞。

NFC和二維碼信息傳遞

在快遞收取的過程中，信息的傳遞方式至關重要。在短距離的由后臺管理端向手機客戶端發送密鑰過程選擇NFC近距離下發密鑰，防止在傳送的過程中被他人截獲，安全，迅速，使用方便。

手機客戶端生成的二位碼包含驗證用戶身份和快遞的重要信息。手機APP獲取來自二維碼管理系統下發的驗證密鑰后，經過解密后的驗證密鑰與用戶手機號及快遞單號一起生成二維碼，快遞員掃描后即可知是否驗證成功，決定是否發取快遞。

圖2 密鑰分發與接收流程圖

代收管理

代收快遞申請功能由收貨者身份鑒別端實現運行，由收貨者確認是否允許代收者代收快遞。代收者在收貨者提出代收申請后填寫代收者申請，然后由收貨者身份管理系統向收貨者發送確認請求，確認之后，身份鑒別端根據收貨者反饋的結果，判斷是否允許代收快遞。

總結

從實際應用的角度出發提出的二維碼快遞查收管理系統，將二維碼和NFC應用到快遞查收系統系統中去，并且采用密碼學中的核心理論保證驗證二維碼的安全性和可靠性。在對系統經過全方位的測試后，確認了本系統的可用性。

本系統運用到實際中勢必將會增強快遞行業的規范性，我們有理由相信我們的系統有著很高的實用性。在經過更好的完善后，本系統一定會有很好的前景，進而被社會廣泛接受。我們期待著該系統為社會做出巨大貢獻的那一天。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.024