基于灰色物元分析法的冷熱源評(píng)選方法

黃藝 于航

同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

在實(shí)際工程中，冷熱源方案的評(píng)選過程包含著錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，存在諸多不確定因素，其中涉及的初投資、年運(yùn)行費(fèi)用、安全性、對(duì)環(huán)境的影響等既有定量指標(biāo)，又有定性指標(biāo)，且各指標(biāo)之間是不相容的，因此為了使冷熱源方案的評(píng)選建立在全面和科學(xué)的基礎(chǔ)上，本文根據(jù)有關(guān)學(xué)者提出的灰色物元分析法對(duì)冷熱源方案進(jìn)行評(píng)選[1]。

灰色物元分析法[2～3]是以各評(píng)價(jià)指標(biāo)ui在各方案Mj中的量值rji為灰數(shù)，建立灰色物元矩陣，將滿足度函數(shù)引入關(guān)聯(lián)度的計(jì)算中，通過加權(quán)求和得到各方案的綜合關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而根據(jù)綜合關(guān)聯(lián)度評(píng)選出最佳方案，此方法計(jì)算過程較為復(fù)雜，在實(shí)際工程應(yīng)用中存在諸多不便，因此本文在此基礎(chǔ)上利用Visual Basic6.0編程軟件[4]編制了冷熱源方案評(píng)選軟件，只需輸入初投資、年運(yùn)行費(fèi)用等指標(biāo)的具體數(shù)值，就可以快速地得出方案的優(yōu)劣，十分便捷。

1 數(shù)學(xué)方法介紹

1.1 灰色物元分析法計(jì)算公式

具體計(jì)算公式如下：

式中：xi為第 i個(gè)指標(biāo)的具體數(shù)值；λ1，λ2，λ3表示評(píng)價(jià)指標(biāo)ui的滿足度函數(shù)的閾值；rji為第j個(gè)方案第i個(gè)指標(biāo)的灰量值；kji為j個(gè)方案第i個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，aoi，api分別為標(biāo)準(zhǔn)方案、可行方案滿足度，取值為0.8和0.7；wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；Kj為第j個(gè)方案的綜合關(guān)聯(lián)度。

式（2）和式（3）分別適用于指標(biāo)越大越好和越小越好的情況。值得注意的是，Kj＞0表示方案各項(xiàng)指標(biāo)接近標(biāo)準(zhǔn)方案；當(dāng)-1≤Kj≤0時(shí)，方案為可轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)方案的可行方案；當(dāng)Kj＜-1時(shí)，為淘汰方案。通過比較不同冷熱源方案的綜合關(guān)聯(lián)度可實(shí)現(xiàn)對(duì)方案的評(píng)選，其值越大則表示該方案越優(yōu)。

1.2 層次分析法確定權(quán)重

在方案評(píng)選中，各評(píng)價(jià)指標(biāo)ui（i=1，2，3……，n）對(duì)方案的優(yōu)劣影響程度是不一樣的，因此需要賦予各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。確定權(quán)重的方法有很多種，一類是主觀賦權(quán)法，包括Delphi法、二項(xiàng)系數(shù)法等；另一類是客觀賦權(quán)法，有主要成分分析法、多目標(biāo)最優(yōu)化方法、層次分析法等[5]。其中，層次分析法是根據(jù)指標(biāo)本身的相對(duì)重要性確定權(quán)重，較好地避免了主觀隨意性，具有一定的科學(xué)性，因此，本文利用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，具體賦值計(jì)算參考文獻(xiàn)[6]。

2 程序的編制

2.1 計(jì)算流程

本軟件采用Visual Basic6.0編程軟件編制，將方案分為方案Ⅰ和方案Ⅱ兩個(gè)方案進(jìn)行兩兩計(jì)算評(píng)價(jià)。首先需要確定程序應(yīng)用方式——方案優(yōu)選或改造評(píng)價(jià)，其中方案優(yōu)選主要針對(duì)新建冷熱源項(xiàng)目，而改造評(píng)價(jià)則是針對(duì)既有冷熱源改造項(xiàng)目。軟件根據(jù)使用者輸入的初投資（萬元）、年運(yùn)行費(fèi)用（萬元/a）、安全性（%）、CO2排放量（t/a）、技術(shù)先進(jìn)性（%）以及操作管理（%）六項(xiàng)指標(biāo)具體數(shù)值，確定方案Ⅰ和方案Ⅱ的綜合關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而對(duì)方案進(jìn)行比較。具體計(jì)算流程圖如圖1所示。

圖1具體計(jì)算流程圖

2.2 界面介紹

圖2 所示為冷熱源方案評(píng)選軟件的主界面，如圖中所示，整個(gè)界面包含“工具欄”、“操作欄”及“按鈕”等。值得注意的是，安全性、技術(shù)先進(jìn)性及操作管理文本框中的數(shù)值應(yīng)是百分制形式，然后單擊“計(jì)算”按鈕，即可獲得計(jì)算結(jié)果，較為直觀地說明了方案的優(yōu)劣。

圖2 評(píng)選程序主界面圖

3 案例計(jì)算與分析

本文以上海某工廠冷熱源節(jié)能改造為例計(jì)算分析。系統(tǒng)原有的兩臺(tái)蒸汽型溴化鋰吸收式機(jī)組已使用15年，效率很低，將其替換為全熱回收型螺桿式冷水機(jī)組，在滿足制冷量的同時(shí)，將回收的熱量用于員工洗浴和冬季車間采暖，既節(jié)約能源降低運(yùn)行成本，又可以保護(hù)環(huán)境。替換前后冷熱源方案見表1，其中方案Ⅰ和方案Ⅱ分別對(duì)應(yīng)于替換前后的冷熱源方案。

表1 替換前后的冷熱源方案

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值

利用層次分析法確定的初投資、年運(yùn)行費(fèi)用、安全性、環(huán)境效益、技術(shù)先進(jìn)性以及操作管理六項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重分別為 0.25、0.38、0.10、0.16、0.04、0.07，其中年運(yùn)行費(fèi)用的權(quán)重最大（0.38），其次是初投資（0.25）和環(huán)境效益（0.16），這一結(jié)果與實(shí)際工程背景下人們普遍關(guān)注經(jīng)濟(jì)環(huán)保的角度相符合。

將表2中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體數(shù)值輸入如圖2所示的軟件界面計(jì)算得到方案Ⅰ和方案Ⅱ的綜合關(guān)聯(lián)度分別為 KⅠ=-3.571和 KⅡ=1.06。KⅠ＜-1，說明替換前的方案Ⅰ為淘汰方案，KⅡ=1.06＞0，KⅡ＞KⅠ，說明替換后的方案近似達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)方案的要求，且替換后方案明顯優(yōu)于替換前，較好的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的目的。

4 結(jié)論

1）灰色物元分析法能很好地處理不確定且不相容的信息，因而，應(yīng)用該方法可對(duì)冷熱源方案可進(jìn)行全面而合理地評(píng)價(jià)，具有一定的科學(xué)性。

2）本工程案例利用層次分析法分別計(jì)算了六項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，能夠較好地避免確定評(píng)價(jià)指標(biāo)過程的主觀隨意性。

3）采用Visual Basic6.0計(jì)算機(jī)語言編制的冷熱源方案評(píng)選程序，界面友好，使用便捷，所得結(jié)果比較直觀，便于在工程實(shí)際中應(yīng)用，并且具有一定的可靠性。

[1]劉澤華,彭夢(mèng)瓏,周湘江.空調(diào)冷熱源工程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005

[2]沈紅.灰色物元分析法在空調(diào)冷熱源方案評(píng)選中的應(yīng)用[J].暖通空調(diào),2001,(1):32-34

[3]吳薇.上海某公共建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造實(shí)踐與研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2007

[4]林卓然.VB程序語言設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009

[5]劉建新,張瑞鳳.多目標(biāo)決策中一種確定權(quán)重的方法[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(bào),2002,(3):20-22

[6]朱茵,孟志勇,闞叔愚.用層次分析法計(jì)算權(quán)重[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999,(5):119-122