建筑因素對(duì)環(huán)境溫度的雙因素方差分析

王學(xué)偉，武新乾，劉珂妍

(河南科技大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，河南 洛陽 471023)

0 前 言

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)和城市化的快速發(fā)展，建筑業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，而建筑行業(yè)作為一個(gè)資源和能源消耗量比較大的行業(yè)，需要基于循環(huán)發(fā)展以及綠色發(fā)展等理念，在確保工程順利建設(shè)的同時(shí)，盡量減少對(duì)環(huán)境的傷害[1]。而當(dāng)前我國在綠色建筑技術(shù)方面雖取得了一定的成果，但人與自然的可持續(xù)發(fā)展仍是一場(chǎng)永久性的戰(zhàn)略，需要不斷地前進(jìn)，才能更好地應(yīng)對(duì)未來的發(fā)展局勢(shì)，才能為人類提供更好的生存居住空間[2]。因此，對(duì)于綠色建筑的持續(xù)性探索是有必要的，建筑因素對(duì)環(huán)境溫度的影響是綠色建筑中應(yīng)考慮的一個(gè)重要問題。許多專家和學(xué)者對(duì)此類問題進(jìn)行了探究。于志超[3]分析了建筑高度對(duì)頂棚溫度場(chǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著建筑高度的增加，火源中心線附近處的水平溫度變化梯度減小；梁樹維[4]研究得出，百葉遮陽可以有效控制進(jìn)入辦公建筑內(nèi)的太陽輻射，合理利用太陽光不僅可以改善室內(nèi)的光熱環(huán)境，而且可以降低室內(nèi)的綜合能耗。而本文主要通過SAS軟件來分析建筑因素對(duì)環(huán)境溫度影響的關(guān)鍵性因素，從而來控制這些因素對(duì)環(huán)境溫度產(chǎn)生的影響。

1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文依據(jù)河南科技大學(xué)建筑學(xué)院團(tuán)隊(duì)實(shí)地勘測(cè)獲得的環(huán)境溫度和高度、綠化率、密度這三個(gè)建筑因素的440組數(shù)據(jù)。

對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，即：

(1)

式中，yi為xi標(biāo)準(zhǔn)化的值。

通過對(duì)建筑的三個(gè)因素即高度、綠化率、密度分別聚類，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類歸并。對(duì)于K值的選擇，本文采用手肘法，通過誤差平方和SSE來確定合適的K值。即：

(2)

式中，K為聚類數(shù)量，p為聚類樣品，mk為k個(gè)聚類的中心點(diǎn)。

2 不等重復(fù)雙因素方差分析

2.1 綠化率和密度雙因素方差分析

通過對(duì)建筑因素高度進(jìn)行控制變量，對(duì)其進(jìn)行K均值聚類分析，并利用手肘法來確定類族，選擇第三類高度數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，從而得出各個(gè)分組后的溫度數(shù)據(jù)。首先對(duì)獲得的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果顯示都通過正態(tài)性檢驗(yàn)；然后利用SAS軟件進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 綠化率和密度方差齊性檢驗(yàn)

表1結(jié)果顯示滿足方差齊性，最后將獲得的溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入SAS軟件[5]，進(jìn)行不等重復(fù)雙因素方差分析[6]，結(jié)果見表2(因素a為綠化率，因素d為密度)。

表2 綠化率和密度因素不等重復(fù)方差分析

由表2可知，模型的顯著性檢驗(yàn)值為0.104 5>0.05，因此，模型擬合不顯著，即可以認(rèn)為建筑因素綠化率和密度對(duì)環(huán)境溫度沒有顯著影響。

2.2 密度和高度雙因素方差分析

對(duì)綠化率因素進(jìn)行控制變量，然后通過同樣的方法獲得分組后的溫度數(shù)據(jù)，驗(yàn)證滿足正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊性之后，將獲得的溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入SAS軟件內(nèi)進(jìn)行雙因素不等重復(fù)方差分析[7-8]，結(jié)果見表3(因素d為密度，因素b為高度)。

表3 密度和高度因素不等重復(fù)方差分析

表3結(jié)果顯示：模型假設(shè)顯著性有效，建筑因素密度對(duì)環(huán)境溫度的F值為4.58，p值為0.011 6<0.05，表明建筑因素密度對(duì)環(huán)境溫度有顯著性差異；建筑因素高度對(duì)環(huán)境溫度的F值為150.31，p值<0.05，說明建筑因素高度對(duì)環(huán)境溫度有顯著性差異；而對(duì)于兩者的交互作用的p值>0.05，可以認(rèn)為建筑因素密度和高度的交互作用對(duì)環(huán)境溫度沒有顯著性影響。因此，研究表明，適當(dāng)?shù)乜刂平ㄖ母叨群兔芏瓤梢詼p少對(duì)環(huán)境溫度的影響。

2.3 綠化率和高度雙因素方差分析

對(duì)建筑因素密度進(jìn)行控制變量，然后通過同樣的方法獲得分組后的溫度數(shù)據(jù)，驗(yàn)證滿足正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊性之后，將獲得的溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入SAS軟件內(nèi)進(jìn)行雙因素不等重復(fù)方差分析，結(jié)果見表4(因素a為綠化率，因素b為高度)。

表4 綠化率和高度因素不等重復(fù)方差分析

表4結(jié)果顯示：模型顯著有效，建筑因素綠化率對(duì)環(huán)境溫度的F值為3.54，p值為0.016 5<0.05，表明建筑因素綠化率對(duì)環(huán)境溫度有顯著性差異；建筑因素高度對(duì)環(huán)境溫度的F值為195.69，p值<0.05，說明建筑因素高度對(duì)環(huán)境溫度有顯著性差異；而對(duì)于兩者的交互作用的p值>0.05，可以認(rèn)為建筑因素綠化率和高度的交互作用對(duì)環(huán)境溫度沒有顯著性影響。因此，經(jīng)過探究可知，通過合理控制建筑的高度和綠化率來降低對(duì)環(huán)境溫度的影響。

3 結(jié) 語

本文主要在不考慮其他建筑因素的前提下，探究建筑因素高度、綠化率和密度兩兩之間對(duì)環(huán)境溫度的影響。研究表明，綠化率和密度的調(diào)整對(duì)環(huán)境溫度沒有造成顯著的差異；而綠化率和高度以及密度和高度的改變對(duì)環(huán)境溫度造成顯著性差異。因此，在建筑實(shí)施過程中，通過對(duì)綠化率和高度或者密度和高度的改變來調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，提高環(huán)境的質(zhì)量，更好地推進(jìn)綠色建筑的發(fā)展。

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