摘 要：為了全面掌握可再生能源系統(tǒng)運行狀況，提高系統(tǒng)的節(jié)能水平，建立了基于綜合考慮各種因素影響的模糊綜合評價體系，并提出基于層次的模糊綜合評價方法，對太陽能地源熱泵系統(tǒng)根據(jù)當時的室內(nèi)溫度、機組功率、系統(tǒng)COP等觀測數(shù)據(jù)對系統(tǒng)運行狀態(tài)做出優(yōu)、良、中、差分級評價。本文對大量實測數(shù)據(jù)樣本的分析，合理的定量評價各個輸入?yún)?shù)對評價目標的影響，實驗證明本評價方法有效性和可行性強，為當前可再生能源系統(tǒng)的優(yōu)化設計與節(jié)能運行評價提供切實有效地依據(jù)。

關鍵詞：綜合評價；模糊方法；分層體系；可再生能源

中圖分類號：TP274；O159

近年來，地源熱泵、太陽能等可再生能源系統(tǒng)作為一種建筑節(jié)能新技術(shù)，在我國得到較為廣泛的應用，尤其是近年來，大型公共建筑在城市建筑中占有的比例越來越高，成為建筑能源消耗的高密度領域，而缺乏對空調(diào)系統(tǒng)運行狀況的監(jiān)測、診斷、分析手段，對建筑物能源系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)能耗情況認識不清等因素成為影響大型公共建筑節(jié)能改造的一個突出問題。就可再生能源系統(tǒng)的節(jié)能性而言，除了設計、施工等因素外，在很大程度上還取決于運行狀況和有效監(jiān)管。完善的運行評價體系是充分發(fā)揮可再生能源建筑應用系統(tǒng)功能的重要保障之一。然而，目前尚很少有對采用地源熱泵技術(shù)、太陽能技術(shù)等可再生能源技術(shù)的建筑能耗系統(tǒng)進行連續(xù)一年以上的運行狀況監(jiān)測的實例，更缺少對系統(tǒng)性能綜合指標的評價研究，因此很難獲得地源熱泵系統(tǒng)在不同地區(qū)、氣候條件下的真實運行狀況及節(jié)能水平，一定程度上限制了可再生能源系統(tǒng)的進一步規(guī)?；瘧谩?/p>

1 基于分層的可再生能源評價指標體系

可再生能源系統(tǒng)性能評價需要輸入或考慮的參數(shù)至少包含以下方面：當?shù)貧庀髤?shù)，熱泵機組性能參數(shù)，地源側(cè)泵組參數(shù)，空調(diào)側(cè)泵組參數(shù)，運行管理模式和用戶使用模式。性能評價目標應該包含三個方面：室內(nèi)舒適度、系統(tǒng)COP、系統(tǒng)節(jié)電量。其中，運行管理模式、用戶使用模式、室內(nèi)舒適度等也很難用數(shù)量指標來描述，也需要采用模糊數(shù)學的方法來建模，才能使評價的效果更加切合實際，更加準確。因此，在綜合分析的基礎上，建立分層的模糊綜合評價體系。

本文實現(xiàn)對某中學可再生能源系統(tǒng)的2011年6-9月運行狀況進行評價。該可再生能源系統(tǒng)主要包括一個太陽能地源熱泵系統(tǒng)，利用太陽能發(fā)電，帶動水泵機組，利用了底下溫度常年恒定這一特性，以水作為熱量交換媒介，利用地熱對地面建筑進行供暖和制冷。對此可再生系統(tǒng)進行綜合評價主要需要考慮兩方面的因素：建筑室內(nèi)舒適度和系統(tǒng)的能耗。室內(nèi)溫度舒適但系統(tǒng)能耗很大，或者系統(tǒng)能耗低但室內(nèi)舒適度差，系統(tǒng)的運行狀態(tài)都不能算作良好。室內(nèi)舒適度要與系統(tǒng)能耗達到一定的平衡系統(tǒng)運行狀態(tài)才能算作良好。

2 模糊綜合評價方法

2.1 評價指標的選取

該可再生能源系統(tǒng)包含有多個監(jiān)測傳感器，可以檢測的指標包括：水泵的供水溫度、回水溫度以及各個機組的功率，還有機組COP和系統(tǒng)COP。

評價指標集分為三個層次：第一層，總目標因素集u=（u1，u2）；第二層，子目標因素集u1=（u11，u12），子目標因素集u2=（u21，u22），子目標因素集u3=（u31，u32）。第三層，子目標因素集u11=（u111，u112，u113，u114）和子目標因素集u12=（u211，u212，u213，u214）。系統(tǒng)運行狀態(tài)綜合評價系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其各評價指標的具體含義見圖1。

圖1 評價指標體系結(jié)構(gòu)

2.2 評價集的確定

評價集是對各層次評價指標的一種語言描述，是評審人對各評價指標所給出的評語集合。本模型的評語共分四個等級。具體的評價集為：

v=（v1，v2，v3，v4，）={A，B，C，D}

ABCD為是個評語，A為最好，D為最差。

2.3 權(quán)重的確定

在進行模糊綜合評價是，權(quán)重對于最終的評價結(jié)果會產(chǎn)生很大的影響，不同的權(quán)重又是會得到完全不同的結(jié)論。因此，權(quán)重選擇的合適與否直接關系到模型的成敗。確定權(quán)重的方法很多，如專家估計法、層次分析法等，可根據(jù)系統(tǒng)的復雜程度和實際工作需要進行適當?shù)倪x擇。本模型評價系統(tǒng)采用專家估計法來確定權(quán)重，在綜合有關專家意見的基礎上，本模型最終的權(quán)重確定如下：

A=[0.5，0.2，0.3]；A1=[0.5，0.5]；A2=[0.3，0.7]；A3=[0.4，0.6]；A11=[0.3，0.3，0.1，0.3]；A12=[0.3，0.3，0.1，0.3]；

這里所確定的權(quán)重是各元素相對于其上一層元素的相對重要性權(quán)重值。權(quán)重確定的依據(jù)有以下兩條：

（1）室內(nèi)舒適度與系統(tǒng)能耗同等重要，系統(tǒng)能耗主要表現(xiàn)在機組能耗和COP上。

（2）室內(nèi)舒適度有空調(diào)側(cè)供能和地源側(cè)供能共同決定，兩者同等重要。提供能量多少由溫度、溫差與流量影響。

2.4 模糊判斷矩陣的確定

利用系統(tǒng)以往的監(jiān)測數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計可得到單因素模糊評價矩陣。其中m為評價指標集ui中元素的個數(shù)，n為評價集v中元素的個數(shù)

其中m為評價指標集u1i中元素的個數(shù)，n為評價集v中元素的個數(shù)

2.5 綜合評價

由第三步得到的權(quán)重和第四步得到的單因素模糊評價判斷矩陣，進行如下的綜合評價判斷：

Bi=AioRi=（bi1，bi2，bi3，bi4）i=1，2，3；

B1i=A1ioR1i=（b1i1，b1i2，b1i3，b1i4）i=1，2；

；；

B=AoR=（b1，b2，b3，b4）

2.6 評價指標等級的確定

根據(jù)專家給出的意見。系統(tǒng)COP與機組COP的評價等級及范圍應為下表所示。

表1 COP評價等級

系統(tǒng)COP機組COP

A2.37-2.804.28-4.80

B1.98-2.373.80-4.28

C1.60-1.983.33-3.80

D1.20-1.602.61-3.33

對于其他指標，專家的意見為：系統(tǒng)在2011年夏季大部分情況下運行狀態(tài)優(yōu)良，即處于某一指標處于某一范圍的數(shù)據(jù)最多，則此范圍為優(yōu)，處在某范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)少，則此范圍為差。

因此分別對各個指標項目的所有數(shù)據(jù)進行了聚類處理，將數(shù)據(jù)分為4類，數(shù)量最多的為A，次之為B，再次之為C，最少的為D。查看每一類數(shù)據(jù)的范圍即得出ABCD的范圍取值。

利用IBM SPSS Statistics 19這一數(shù)據(jù)分析工具，使用K-means聚類算法對原始數(shù)據(jù)進行聚類分析得出下表的結(jié)果。

對某中學6月至9月的全部數(shù)據(jù)進行異常數(shù)據(jù)處理，而后進行一次綜合評價。可得出以下結(jié)果（以下精確到小數(shù)點后兩位）：

，，

，，

B2=A2oR2，B3=A3oR3，B11=A11oR11，B12=A12oR12，

，

利用Matlab R2012得出運算結(jié)果：

B=[0.3696 0.3062 0.1874 0.1355]

根據(jù)最大隸屬度原則系統(tǒng)在2011年6-9月的運行狀態(tài)為A。

3 結(jié)束語

本文建立了基于綜合考慮各種因素影響的可再生能源模糊綜合評價體系，并提出基于層次的模糊綜合評價方法。通過對大量實測數(shù)據(jù)樣本的分析，合理的定量評價各個輸入?yún)?shù)對評價目標的影響，本評價方法有效性和可行性強，為當前可再生能源系統(tǒng)的優(yōu)化設計與節(jié)能運行評價具有一定的指導作用。

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作者簡介：薛桂香（1979-），女，河北秦皇島人，講師，博士，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘，神經(jīng)網(wǎng)絡。

作者單位：河北工業(yè)大學 計算機科學與軟件學院，天津 300401

基金項目：河北省科學技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目（編號：11213585），河北省高等學?？茖W技術(shù)研究項目（編號：QN20131118）