某公共建筑空调能耗影响因子正交试验分析

某公共建筑空调能耗影响因子正交试验分析

本文以重庆市某办公建筑为研究对象，基于DEST能耗模拟软件，采用正交试验、极差分析和显著性分析法对外墙、外窗、窗墙比、人员密度、照明指标、设备热扰、室内设计温度及遮阳系数等8个影响因子对公共建筑空调冷负荷的影响程度进行研究，结果表明：外墙、外窗、窗墙比、人员密度、室内设计温度均对该公共建筑空调季的累计冷负荷产生显著性影响；综合能耗呈现抛物线变化趋势，在窗墙比为0.6时，最为节能。

办公类建筑属于典型的城市公共建筑，具有人员密度大，灯光、设备要求较高等特点，一些办公类建筑的空调系统日常运营费用已占建筑物总运营费用的60 %以上。影响建筑空调能耗高低的因素很多，诸如外墙、外窗、窗墙比、人员密度、照明、室内设计温度等。文献通过对一幢建筑进行全年能耗模拟，分析了建筑全年能耗的基本构成和影响因子；文献通过模拟某上海地区的居住建筑，分析了窗墙比在不同朝向下对建筑全年的空调、采暖以及两者能耗的影响，结果表明，对建筑空调、采暖能耗影响较大的是北向和东（西）向的窗墙比。现有文献大多只是针对个别影响因子进行了分析，对主要影响因子的全面分析较少，可靠的分析每个因素对建筑能耗影响的程度是设计人员进行建筑节能设计的前提。正交试验可以分析各因素在不同水平下对试验主体的影响程度，具备快速、经济和高效等特点，也是分式析因设计的主要方法。它的原理是根据正交原理，从大量、全面的试验中挑选出具备一定特点的有代表性的点来设计和安排试验，力求用最少的试验次数获得最优的试验结果，以此节省大量的人力和时间。

正交试验设计

研究对象

本文的研究对象为重庆市某办公大楼，建筑面积48467m2，建筑高度125.45m，共25层，其中1～3层用于商业，空调面积为5966m2，4～25层用于办公，空调面积为34493m2。DeST能耗模拟采用1：1的比例建立模型。

根据正交试验的相关理论，对外墙、外窗、新风指标、窗墙比、人员密度、照明指标、设备热扰、室内设计温度及遮阳系数SC等8个影响公共建筑空调负荷的主要因素进行正交试验。其中，外墙、外窗、遮阳系数SC各取4个水平，其余因素均取2个水平，不考虑彼此相互作用。在设计过程中新风量是按最小新风量进行计算，不纳入试验比较。试验采用L16（43×26）正交实验表，各影响因子不同水平的取值如表1所示。

各影响因子极差分析

注：ki=Ki/s ，Ki：表示任一列上水平号为i时所对应的试验结果之和；其中s为任一列上各水平出现的次数，ki表示任一列上因素水平i时所取得试验结果的算术平均值；Q为通过DEST软件模拟得到的各影响因子在不同水平取值下所对应的空调累计冷负荷值；R为极差，在任一列上R=MAX｛ki｝-MIN｛ki｝。

从极差值R的相对大小（见表2）可以看出，各影响因子对于办公室负荷影响的强弱依次是：人员密度＞室内设计温度＞外墙＞外窗＞窗墙比＞遮阳系数SC＞设备热扰＞照明指标。

各影响因子显著性分析

各影响因子的显著性检验：

1）离差平方和

2）各影响因子的自由度

3）各影响因子均方

按照上述步骤计算出的结果如表3所示。

表1 各因素不同水平的取值

表2 L16（43×26）试验极差计算结果

表3 各影响因子显著性分析表

对某个因素的显著性水平Fi检验，一般是将其显著性水平与临界水平值比较，若大于临界水平值，则该因素对试验主体有显著的影响作用。根据需要取临界水平α=0.05，通过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所对应的外墙、外窗、窗墙比、人员密度以及室内设计温度等因素均对该公共建筑能耗产生显著性影响。

图1 不同窗墙比下建筑能耗的变化情况

分析及建议

正交试验结果表明，各因素对于办公室负荷影响的强弱依次是：人员密度＞室内设计温度＞外墙＞外窗＞窗墙比＞遮阳系数SC＞设备热扰＞照明指标。人员密度是由办公室功能和面积决定的，较为稳定不易改变。综上所述节能的重点应是窗墙比以及室内设计温度。

1）通常来说，在夏热冬冷地区，由于太阳辐射的作用将部分辐射热通过外窗带入室内，尤其是东、西向的外窗，减小窗墙比可以降低制冷和采暖能耗，但是，窗墙比过小又会影响采光，增加照明负荷，因此需要综合考虑这两个因素。用DeST软件针对不同窗墙比对研究对象的全年空调能耗进行了模拟，不同窗墙比下建筑能耗的变化情况如图 1，结果显示：受窗户采光和太阳辐射的影响，随着窗墙比的不断增大，该办公建筑的空调能耗基本按线性趋势增大，照明能耗不断减小，而其综合能耗则呈现抛物线变化趋势，在窗墙比为0.6时达到最小值，为最佳的窗墙比。

2）通过合理的室内温度设定，减小室内外传热温差，可以大幅度降低建筑能耗。为了分析室内设计温度对建筑负荷的影响，分别取空调季室内设计温度为24℃、26℃、28℃，相对湿度为40%～65%，由DeST模拟软件能耗模拟分析得出对应的空调季累计冷负荷分别为5661279kWh，4522258kWh和3427872kWh。可见，当设计温度由24℃上升到26℃时，累计冷负荷降低20.1%，而由26℃上升到28℃时，累计冷负荷降低24.2%。因此，在合理的范围内适当提高空调冷负荷设计温度对建筑节能意义重大。

结语

本文通过对重庆市某公共建筑空调能耗影响因子的正交试验分析，提出了有效的节能建议，为相关人员提供了更为科学合理的设计思路，以期为公共建筑空调设计与既有建筑空调系统的节能改造提供可供参考的资料。

手机客户端接收到快递查收系统端发来的信息后，首先对用NFC传来的信息用系统的公钥进行验签，验证通过后使用收货者的私钥将保护密钥进行解密，得到保护密钥，再使用得到的保护密钥将密钥进行解签，得到需要用到的验证密钥。

收货人将手机放到摄像头下进行二维码扫描，快递查收管理系统读取二维码信息，利用该手机客户单的密钥进行解密，解密完成之后，进行校验，如果用户信息与快递信息匹配，校验通过则允许取快递，否则禁止取快递。

NFC和二维码信息传递

在快递收取的过程中，信息的传递方式至关重要。在短距离的由后台管理端向手机客户端发送密钥过程选择NFC近距离下发密钥，防止在传送的过程中被他人截获，安全，迅速，使用方便。

手机客户端生成的二位码包含验证用户身份和快递的重要信息。手机APP获取来自二维码管理系统下发的验证密钥后，经过解密后的验证密钥与用户手机号及快递单号一起生成二维码，快递员扫描后即可知是否验证成功，决定是否发取快递。

图2 密钥分发与接收流程图

代收管理

代收快递申请功能由收货者身份鉴别端实现运行，由收货者确认是否允许代收者代收快递。代收者在收货者提出代收申请后填写代收者申请，然后由收货者身份管理系统向收货者发送确认请求，确认之后，身份鉴别端根据收货者反馈的结果，判断是否允许代收快递。

总结

从实际应用的角度出发提出的二维码快递查收管理系统，将二维码和NFC应用到快递查收系统系统中去，并且采用密码学中的核心理论保证验证二维码的安全性和可靠性。在对系统经过全方位的测试后，确认了本系统的可用性。

本系统运用到实际中势必将会增强快递行业的规范性，我们有理由相信我们的系统有着很高的实用性。在经过更好的完善后，本系统一定会有很好的前景，进而被社会广泛接受。我们期待着该系统为社会做出巨大贡献的那一天。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.024