地埋管地源熱泵綜合效益指標評價體系及評價方法研究

霍捷，馬秀琴，郭敏，張國華

（河北工業(yè)大學能源與環(huán)境工程學院）

地埋管地源熱泵綜合效益指標評價體系及評價方法研究

霍捷，馬秀琴，郭敏，張國華

（河北工業(yè)大學能源與環(huán)境工程學院）

地源熱泵技術(shù)雖然基本成熟，但是在應(yīng)用中存在著多種問題，影響了地源熱泵技術(shù)的健康發(fā)展。論文結(jié)合地埋管地源熱泵系統(tǒng)的特點，構(gòu)建了一套科學有效的地埋管地源熱泵綜合效益指標評價體系。將基于可拓層次分析的模糊綜合評價法應(yīng)用到地埋管地源熱泵評價中，建立了指標體系遞階層次結(jié)構(gòu)模型，確定了指標的權(quán)重值，制定了指標等級評分值，給出了隸屬度函數(shù)以及構(gòu)造了模糊綜合評價模型，最后對地埋管綜合效益進行綜合評價。

地埋管地源熱泵；評價體系；可拓層次分析法；模糊綜合評價法

1　引言

近幾年，在能源危機、生態(tài)環(huán)境惡化的背景下，地源熱泵系統(tǒng)作為一項建筑節(jié)能和利用可再生能源的重要技術(shù)，得到了政府部門的大力支持，從而得以迅速推廣和大量應(yīng)用［1］。地源熱泵技術(shù)在各個應(yīng)用環(huán)節(jié)還存在著一些問題，所以建立一套地源熱泵綜合效益指標評價體系，對于保證我國地源熱泵技術(shù)的健康發(fā)展具有重要的意義［2］。本文針對地埋管地源熱泵進行研究，建立指標評價體系，并對評價方法進行研究。

2　評價體系建立

通過對地埋管地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計及運行各階段的研究，首先從環(huán)境、經(jīng)濟、技術(shù)、節(jié)能四個方面來選取了18個指標，并依據(jù)可拓層次分析法建立地埋管綜合效益指標評價體系層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

3　評價方法研究

針對地埋管地源熱泵指標評價體系的特點，采用可拓層次分析法［3］與模糊綜合評價相結(jié)合的方法：基于可拓層次分析法的模糊綜合評價，來評價地埋管地源熱泵系統(tǒng)綜合效益。

一般情況下，基于可拓層次分析法的模糊綜合評價包括以下幾個步驟。

1） 確定影響因素和評價等級論域

本文中被評價的事物為地埋管地源熱泵綜合性能，它的影響因素論域和評價等級論域分別為：

U= ｛u1，u2，u3，u4｝ =｛技術(shù)效益，節(jié)能效益，環(huán)境效益，經(jīng)濟效益｝；

V=｛v1，v2，v3，v4｝ =｛好，較好，一般，差｝。

2）模糊權(quán)重向量的確定

依據(jù)可拓層次分析法確定指標的模糊權(quán)重向量，首先就地埋管地源熱泵綜合效益指標評價體系遞階層次中因素的兩兩重要性，咨詢了來自高校、施工單位以及設(shè)計院等多位專家，再按照T.J.Saaty提出1～9標度法［4］構(gòu)造的各級綜合可拓區(qū)間判斷矩陣，最后通過計算得到模糊權(quán)重，詳見圖1。

3）指標評分值的制定

參考地源熱泵相關(guān)國家標準、行業(yè)標準以及調(diào)研情況等，制定了地埋管地源熱泵綜合效益評價體系各指標等級評分值，并按照優(yōu)劣程度將其分為4個評價等級：好、較好、一般、差，如表1所示。

圖1　遞階層次結(jié)構(gòu)圖以及指標權(quán)重值

表1　地源熱泵評價體系指標評分值

4）隸屬度的計算

隸屬度函數(shù)是指用函數(shù)的方式來說明隸屬度的變化規(guī)律，準確地反映實際情況。以下給出了指標實測結(jié)果對4個評價等級的隸屬函數(shù)表達式。其中，mi（x）為指標對第i個評價等級的隸屬度函數(shù)，ci為4個評價等級相對應(yīng)的評分值。

進行隸屬度計算時，依據(jù)等級評分值的排序類型，將各指標的實際測試結(jié)果或計算結(jié)果，代入相對應(yīng)的隸屬度函數(shù)公式，即可以求解出各指標對于4個等級的隸屬度。

當評分值c1＜c2＜c3＜c4＜時，隸屬度函數(shù)的表達式為：

當評分值 時，隸屬度函數(shù)的表達式為：

5）模糊合成值的計算

利用模糊合成算子M（●， ） ，將模糊權(quán)重向量P與模糊關(guān)系矩陣R合成，得到被評價對象的模糊合成值M［5］。模糊綜合評價的模型為：

+

其中，P為權(quán)重值組成的權(quán)重向量， mj表示被評價對象從整體上看對評價等級模糊子集元素vj的隸屬程度。

6）綜合評價

為了便于得到一個精確的評價結(jié)果，充分利用權(quán)重所反映的信息，對評價等級評語進行賦值，做量化處理，將主觀評價的語義學標度進行量化，依次賦值為v1=100、v2=80、v3=65及v4=50，則：

V=｛v1，v2，v3，v4｝ =｛好，較好，一般，差｝=｛100，80，65，50｝

綜合評價分值S計算公式如下： S=M × V （4）

根據(jù)綜合評價分值S，對照表2評價定量分級標準，找出相應(yīng)的等級。

4　結(jié)束語

為了使地埋管地源熱泵技術(shù)健康地發(fā)展，充分地利用其節(jié)能環(huán)保的特性，本文從技術(shù)、節(jié)能、環(huán)境和經(jīng)濟4個方面共選取了18個指標，建立了一套科學有效的地源熱泵綜合效益指標評價體系。

表2　綜合評價定量分級標準

本文采用基于可拓層次分析的模糊綜合評價法，通過咨詢專家意見，確定因素權(quán)重值，并給出整個評價過程。

【1】李鵬輝.地埋管地源熱泵系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀［J］.潔凈與空調(diào)技術(shù)，2012（2）.

【2】徐偉.中國地源熱泵發(fā)展研究報告［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

【3】閆東方.可拓層次分析法及其應(yīng)用［D］.大連海事大學，2012（2）.

【4】薛居征.基于層次分析法的群決策方法及應(yīng)用研究［D］.哈爾濱工業(yè)大學，2011.

【5】李玉琳，高志剛，韓延玲.模糊綜合評價中權(quán)值確定和合成算子選擇［J］.計算機工程與應(yīng)用，2006（23）.

Study on Evaluation System and Method of Comprehensive Benefi t Indexes for Ground Coupled Heat Pump

HUO Jie， MA Xiu-qin， GUO Min， ZHANG Guo-hua（Hebei University of Technology，Energy and Environment Engineering School）

Although ground coupled heat pump （GCHP） technology has matured， but there are many problems affected the healthy development of GCHP technology in the application. In this paper， combined with characteristics of GCHP， a scientific and effective GCHP comprehensive benefit indexes evaluation system is constructed. The fuzzy comprehensive evaluation based on AHP Extension is applied to evaluation of GCHP， the hierarchical structure model of index system is established， determine the weight value of index， index rating values is set， the membership functions and fuzzy comprehensive evaluation model are constructed， Finally， comprehensive benefit evaluation of GCHP is evaluated.

ground coupled heat pump； evaluation system； extension AHP； fuzzy comprehensive evaluation method