层次分析法在高校体育馆围护结构节能中的应用

宁蕊蕊 宁吉环

(1.大连工业大学基建处，辽宁 大连 116034； 2.聊城市规划建筑设计院，山东 聊城 252000)

层次分析法在高校体育馆围护结构节能中的应用

宁蕊蕊1宁吉环2

(1.大连工业大学基建处，辽宁 大连 116034； 2.聊城市规划建筑设计院，山东 聊城 252000)

围绕高校体育场馆的节能问题，重点针对围护结构，从屋顶、墙体、门窗和地面四个方面建立了评价指标体系，并利用层次分析法建立了模型，研究了各围护结构的节能程度，同时给出了节能设计措施，以建造出新型的节能体育场馆。

层次分析法，高校体育馆，围护结构，评价指标体系，节能

0 引言

随着国家节能工程的启动，高校节能尤其是高校公共建筑节能逐渐成为国家需要解决的一项重要任务。高校体育馆作为校内的大型公共建筑，主要是为学生上课和教师的体育锻炼提供服务，使用频率较高，节能要求也更高。因此，需要建设节能型的新型体育场馆降低能耗。

目前，体育场馆的通风采光比较依赖设备系统，室外环境单一，能耗量较高。在建筑设计时，高校体育馆主要通过控制窗地面积比、体形系数等指标进行降耗。

本文主要从节能的角度，对屋顶、墙体、门窗和地面等围护结构进行分析，利用层次分析法得出四个围护结构在节能降耗中的重要程度，从而为以后高校体育场馆的建设提供依据。

1 建立评价指标体系

为了降低能耗，高校体育馆的室内空间多采用自然通风采光为主，人工照明空调为辅的原则进行建筑设计。在用频度统计法对指标进行统计筛选后，根据指标设置的层次性、独立性和可操作性原则，从建筑设计方案和节能材料措施两个方面对围护结构进行分析评价。

1)屋盖：屋盖是体育馆的重要组成部分，为实现内部的大空间，屋盖首先要保证内部场地的使用，然后根据需要达到满足外部造型和节约能源的目的。由于大多数体育馆的屋面形状不规则且结构外露，所以为了降低保温层的设计难度，保证建筑的外观造型，常选择热工性能好的轻质屋面材料结合保温层的方式进行保温设计。

a.设计节能：为了满足自然通风和采光的需要，在设计时应选择开窗方式。目前常用的有局部开窗、侧面开窗和膜结构三种方式。局部开窗采光效率高、照度均匀，但对施工技术要求较高；侧面开窗施工技术要求较为简单，空间开敞通透，有利于自然通风，但采光效率较低；膜结构利用自然光效果好，内部空间光照均匀，夜间外表面明亮，但成本较高。

b.节能材料及措施：一方面可以采用节能措施，如采用倒置式屋面、在屋面上种植绿色植物或涂刷高反射率的涂料；另一方面考虑屋面荷载问题，所选屋面保温材料宜导热系数低、自身重量轻、吸水率低，常采用膨胀珍珠岩、挤塑板、岩棉、聚苯乙烯板、加气混凝土等。

2)外墙：体育馆的外墙主要包括两部分：实体墙面和钢结构玻璃幕墙。填充墙部分均设置保温层，面层材料选用高档石材或陶瓷面砖等。同时，由于玻璃幕墙具有轻质、通透、美观的特点，很多体育馆采用大面积透明玻璃幕墙作外墙。

a.设计节能：在满足功能需求和通风采光的情况下，控制窗墙面积比，结合内部空间功能和立面需要选择实体墙或玻璃幕墙。

b.节能材料及措施：一方面可以采用添加保温板或种植绿色植物等保温措施；另一方面，可以使用导热系数小的材料附着在墙体结构上改善墙体的热工性能，常用的节能材料有加气混凝土、多孔砖以及空心砌块等，常用的保温材料有岩棉板、矿棉板、玻璃棉等。

3)门窗：由于门窗的热损耗占整体能耗的35%～45%，因此，在设计的时候应该严格控制门窗的数量和面积，并且采用一定的节能措施。

a.设计节能：包括降低窗地面积比等。根据各高校外墙面的实际构成情况，调整窗户的数量和方式，控制达到合适的窗地面积比、窗墙面积比，根据体育场馆的运动要求调整到最佳。

b.节能材料及措施：一方面，提高安装质量，减少门窗缝隙；另一方面，选择保温性能好的玻璃，常用双层玻璃、材料镀膜玻璃、保温Low-E玻璃和复合中空型玻璃等。

4)地面：将地面设计成节能材料，根据需要安装木地板等。

2 层次分析法

根据高校体育馆评价指标体系间的关系采用层次分析法建立模型。

1)确定目标层、准则层和指标层，建立层次结构图。

2)根据人们容易给出判断的1～9标度法，对在同一层次上的n个指标进行两两比较，得出如下判断矩阵：

3)根据判断矩阵，用方根法求各评价指标的权重。

4)单排序一致性检验。

判断矩阵的一致性指标CI与同阶平均随机一致性指标RI之比称为随机一致性比率，记为CR。当CR=CI/RI<0.10时，即认为判断矩阵具有满意的一致性，否则，就需要调整判断矩阵，直到取得满意的一致性为止。

其中，CI为判断矩阵的一致性指标，CI=(λmax-1)/(n-1);RI为判断矩阵的平均随机一致性指标，对于1～9阶判断矩阵，RI值列于表1。

表1 1～9阶判断矩阵值

指标的权重越大，表示指标越重要，在设计时越应该考虑指标的影响程度降低能耗。

3 应用举例

以某校的体育场馆为例，通过调查分析得出指标间的关系及重要程度，现利用层次分析法对其进行分析。

1)建立如图1所示的评价指标层次结构图。

2)构造判断矩阵。

根据1～9标度法，对屋顶、墙体、门窗和地面四个指标的相对重要程度进行两两比较后得到表2判断矩阵。

表2A—B判断矩阵

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

3)方根法求权重。

a.计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi，并计算出Mi的m次方根Wi为：

W1=2.34，W2=1.41,W3=0.84,W4=0.36。

b.对向量W=[W1,W2,…,Wn]进行正规化处理得：

则W=[0.47,0.29,0.17,0.07]T即为所求的特征向量。

c.计算判断矩阵的最大特征根λmax：

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

4)单排序一致性检验。

CI=(λmax-4)/(4-1)=0.05/3=0.017。

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

同理，可求得其他各指标单层次间的相对权重：

[C1,C2]T=[0.60,0.40]T，

[C3,C4]T=[0.60,0.40]T，

[C5,C6]T=[0.60,0.40]T。

综合以上各权重，可得相对总目标的权重分配向量W：

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

根据调查结果可知，在围护结构中墙体占得比重最大，在确定节能方案时应该通过控制墙体的设计方案和采取节能材料措施降低建筑能耗。

4 结语

1)国家启动了高校节能工程建设，高校体育场馆作为高校的大型公共建筑，其节能性需要研究，从建筑方案的设计和节能材料措施两个方面对其进行研究对其他新建公共建筑的节能具有参考意义。

2)节能建筑从根本上难于推广的原因在于其高昂的建造成本，在进行建筑方案设计时应该尽量因地制宜，适当考虑高校所处的区域和地理环境，进行被动式节能。

3)对于高校建筑节能监管体系的建立和执行依然是我们下一步需要解决的问题。

[1] 高等学校节约型校园建设管理与技术导则(试行)[Z].2008.

[2] 李尘璐.北京市高校新建体育馆建筑节能设计研究[D].北京：北京建筑工程学院硕士学位论文，2009：28-64.

[3] 杨元华.学校建筑节能途径探讨[J].建设科技，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

宁蕊蕊(1982- )，女，硕士，讲师； 宁吉环(1987- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)12-0199-03

TU201.5

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