某公共建筑空調(diào)能耗影響因子正交試驗(yàn)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(yàn)、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(biāo)、設(shè)備熱擾、室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度及遮陽系數(shù)等8個影響因子對公共建筑空調(diào)冷負(fù)荷的影響程度進(jìn)行研究，結(jié)果表明：外墻、外窗、窗墻比、人員密度、室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度均對該公共建筑空調(diào)季的累計(jì)冷負(fù)荷產(chǎn)生顯著性影響；綜合能耗呈現(xiàn)拋物線變化趨勢，在窗墻比為0.6時，最為節(jié)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(shè)備要求較高等特點(diǎn)，一些辦公類建筑的空調(diào)系統(tǒng)日常運(yùn)營費(fèi)用已占建筑物總運(yùn)營費(fèi)用的60 %以上。影響建筑空調(diào)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(nèi)設(shè)計(jì)溫度等。文獻(xiàn)通過對一幢建筑進(jìn)行全年能耗模擬，分析了建筑全年能耗的基本構(gòu)成和影響因子；文獻(xiàn)通過模擬某上海地區(qū)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(diào)、采暖以及兩者能耗的影響，結(jié)果表明，對建筑空調(diào)、采暖能耗影響較大的是北向和東（西）向的窗墻比。現(xiàn)有文獻(xiàn)大多只是針對個別影響因子進(jìn)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(shè)計(jì)人員進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的前提。正交試驗(yàn)可以分析各因素在不同水平下對試驗(yàn)主體的影響程度，具備快速、經(jīng)濟(jì)和高效等特點(diǎn)，也是分式析因設(shè)計(jì)的主要方法。它的原理是根據(jù)正交原理，從大量、全面的試驗(yàn)中挑選出具備一定特點(diǎn)的有代表性的點(diǎn)來設(shè)計(jì)和安排試驗(yàn)，力求用最少的試驗(yàn)次數(shù)獲得最優(yōu)的試驗(yàn)結(jié)果，以此節(jié)省大量的人力和時間。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(yè)，空調(diào)面積為5966m2，4～25層用于辦公，空調(diào)面積為34493m2。DeST能耗模擬采用1：1的比例建立模型。

根據(jù)正交試驗(yàn)的相關(guān)理論，對外墻、外窗、新風(fēng)指標(biāo)、窗墻比、人員密度、照明指標(biāo)、設(shè)備熱擾、室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度及遮陽系數(shù)SC等8個影響公共建筑空調(diào)負(fù)荷的主要因素進(jìn)行正交試驗(yàn)。其中，外墻、外窗、遮陽系數(shù)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(shè)計(jì)過程中新風(fēng)量是按最小新風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，不納入試驗(yàn)比較。試驗(yàn)采用L16（43×26）正交實(shí)驗(yàn)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(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和；其中s為任一列上各水平出現(xiàn)的次數(shù)，ki表示任一列上因素水平i時所取得試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)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(yīng)的空調(diào)累計(jì)冷負(fù)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?。ㄒ姳?）可以看出，各影響因子對于辦公室負(fù)荷影響的強(qiáng)弱依次是：人員密度＞室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度＞外墻＞外窗＞窗墻比＞遮陽系數(shù)SC＞設(shè)備熱擾＞照明指標(biāo)。

各影響因子顯著性分析

各影響因子的顯著性檢驗(yàn)：

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(jì)算出的結(jié)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(yàn)極差計(jì)算結(jié)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(yàn)，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(yàn)主體有顯著的影響作用。根據(jù)需要取臨界水平α=0.05，通過F分布，知 F0.05（3，2）=19.16，F(xiàn)0.05（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，F(xiàn)1、F2、F4、F5、F8所對應(yīng)的外墻、外窗、窗墻比、人員密度以及室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度等因素均對該公共建筑能耗產(chǎn)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(yàn)結(jié)果表明，各因素對于辦公室負(fù)荷影響的強(qiáng)弱依次是：人員密度＞室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度＞外墻＞外窗＞窗墻比＞遮陽系數(shù)SC＞設(shè)備熱擾＞照明指標(biāo)。人員密度是由辦公室功能和面積決定的，較為穩(wěn)定不易改變。綜上所述節(jié)能的重點(diǎn)應(yīng)是窗墻比以及室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度。

1）通常來說，在夏熱冬冷地區(qū)，由于太陽輻射的作用將部分輻射熱通過外窗帶入室內(nèi)，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(fù)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(diào)能耗進(jìn)行了模擬，不同窗墻比下建筑能耗的變化情況如圖 1，結(jié)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(diào)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(xiàn)拋物線變化趨勢，在窗墻比為0.6時達(dá)到最小值，為最佳的窗墻比。

2）通過合理的室內(nèi)溫度設(shè)定，減小室內(nèi)外傳熱溫差，可以大幅度降低建筑能耗。為了分析室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度對建筑負(fù)荷的影響，分別取空調(diào)季室內(nèi)設(shè)計(jì)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(yīng)的空調(diào)季累計(jì)冷負(fù)荷分別為5661279kWh，4522258kWh和3427872kWh?？梢?，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度由24℃上升到26℃時，累計(jì)冷負(fù)荷降低20.1%，而由26℃上升到28℃時，累計(jì)冷負(fù)荷降低24.2%。因此，在合理的范圍內(nèi)適當(dāng)提高空調(diào)冷負(fù)荷設(shè)計(jì)溫度對建筑節(jié)能意義重大。

結(jié)語

本文通過對重慶市某公共建筑空調(diào)能耗影響因子的正交試驗(yàn)分析，提出了有效的節(jié)能建議，為相關(guān)人員提供了更為科學(xué)合理的設(shè)計(jì)思路，以期為公共建筑空調(diào)設(shè)計(jì)與既有建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造提供可供參考的資料。

手機(jī)客戶端接收到快遞查收系統(tǒng)端發(fā)來的信息后，首先對用NFC傳來的信息用系統(tǒng)的公鑰進(jìn)行驗(yàn)簽，驗(yàn)證通過后使用收貨者的私鑰將保護(hù)密鑰進(jìn)行解密，得到保護(hù)密鑰，再使用得到的保護(hù)密鑰將密鑰進(jìn)行解簽，得到需要用到的驗(yàn)證密鑰。

收貨人將手機(jī)放到攝像頭下進(jìn)行二維碼掃描，快遞查收管理系統(tǒng)讀取二維碼信息，利用該手機(jī)客戶單的密鑰進(jìn)行解密，解密完成之后，進(jìn)行校驗(yàn)，如果用戶信息與快遞信息匹配，校驗(yàn)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(guān)重要。在短距離的由后臺管理端向手機(jī)客戶端發(fā)送密鑰過程選擇NFC近距離下發(fā)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(jī)客戶端生成的二位碼包含驗(yàn)證用戶身份和快遞的重要信息。手機(jī)APP獲取來自二維碼管理系統(tǒng)下發(fā)的驗(yàn)證密鑰后，經(jīng)過解密后的驗(yàn)證密鑰與用戶手機(jī)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(yàn)證成功，決定是否發(fā)取快遞。

圖2 密鑰分發(fā)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(shí)現(xiàn)運(yùn)行，由收貨者確認(rèn)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(tǒng)向收貨者發(fā)送確認(rèn)請求，確認(rèn)之后，身份鑒別端根據(jù)收貨者反饋的結(jié)果，判斷是否允許代收快遞。

總結(jié)

從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)提出的二維碼快遞查收管理系統(tǒng)，將二維碼和NFC應(yīng)用到快遞查收系統(tǒng)系統(tǒng)中去，并且采用密碼學(xué)中的核心理論保證驗(yàn)證二維碼的安全性和可靠性。在對系統(tǒng)經(jīng)過全方位的測試后，確認(rèn)了本系統(tǒng)的可用性。

本系統(tǒng)運(yùn)用到實(shí)際中勢必將會增強(qiáng)快遞行業(yè)的規(guī)范性，我們有理由相信我們的系統(tǒng)有著很高的實(shí)用性。在經(jīng)過更好的完善后，本系統(tǒng)一定會有很好的前景，進(jìn)而被社會廣泛接受。我們期待著該系統(tǒng)為社會做出巨大貢獻(xiàn)的那一天。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.024