張寶剛孫暢*劉鳴呂琳

1大連理工大學建設工程學部

2大連理工大學建筑與藝術學院

0 引言

冷熱源是暖通空調(diào)系統(tǒng)的心臟，承擔著生產(chǎn)冷負荷和熱負荷所需熱量和冷量的重要作用，設計階段評選的方案優(yōu)劣直接影響整個空調(diào)系統(tǒng)的設計目標和運行效率。評選冷熱源方案要考慮到經(jīng)濟性，安全性和先進性。其中包括初投資，年經(jīng)營費，環(huán)境影響，安全性，技術先進性和操作管理6個指標，屬多目標決策問題。目前常用的多目標參數(shù)決策方法有模糊評價法、理想點法、灰色系統(tǒng)決策法、層次分析法、遺傳算法等。冷熱源布局指標的優(yōu)選模型建立方法主要包括方案排隊法，灰色系統(tǒng)決策法和可拓理論[1-3]。

目前關于冷熱源評價方案模型的構建基本成熟，且構建模型大同小異，但未量化定性指標量值，本文應用專家調(diào)查法對此進行研究。

1 專家調(diào)查法在冷熱源方案中的應用

1.1 專家調(diào)查法概述

專家調(diào)查法是以專家作為索取信息的對象，依靠專家的知識和經(jīng)驗，由專家通過調(diào)查研究對問題作出判斷，評估和預測的一種方法，此方法在工程技術研究領域得到廣泛的應用，尤其針對數(shù)據(jù)缺乏、新技術應用評估等工作，結果表明，15人以上的專家小組可以保證足夠高的可靠性[4]。

專家調(diào)查法的工作流程為：通過需求分析確定工作目標。調(diào)查專家評判基礎、調(diào)查因子、專家組成等關鍵內(nèi)容。對調(diào)查的信息與內(nèi)容進行初步判定有效與否，反饋需求分析是否發(fā)生偏差，判斷是否需要重新開展需求分析或調(diào)查工作（圖1）。

圖1 專家調(diào)查工作流程圖

1.2 專家調(diào)查分析

《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》（GB50736-2012）、《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》（GB50019-2015）、《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189-2015）對冷源與熱源都有規(guī)定。該規(guī)定基于建筑規(guī)模、用途、建設地點的能源條件，結構，價格以及國家節(jié)能減排和環(huán)保政策的相關規(guī)定，但影響冷熱源方案評選的因素較多，國標未考慮到各個方案在應用中的安全性，技術先進性和運行管理情況。

按經(jīng)濟性、安全性、先進性原則確定以下6項評價指標[2]：

①初投資：指土建費、設備費、安裝費、電力增容費之和。

②年經(jīng)營費：指固定費與運行費之和。

③安全性：指鍋爐、燃油（氣）設施對安全、消防的影響。

④環(huán)境影響：指制冷劑破壞臭氧潛值ODP、能量消耗中的燃燒產(chǎn)物如煙塵、CO2、SO2排放量對環(huán)境的影響。

⑤技術先進：指技術先進性與成熟程度，設備復雜程度與節(jié)能措施等。

⑥操作管理：指操作管理的簡易程度和運行可靠程度。

使用專家調(diào)查法制作調(diào)查表，以國標對冷源與熱源規(guī)定的方案為評價目標，將安全性、技術先進性、操作管理作為一級評價指標。根據(jù)評價指標含義，安全性二級指標包括建筑安全和消防安全，技術先進性包括技術先進程度，成熟程度，設備復雜程度和節(jié)能措施應用。操作管理包括簡易程度和可靠程度。

調(diào)查對象包括常年進行暖通空調(diào)設計，施工，管理和研究的專家，專家遴選主要從以下幾個方面考慮：1）從工程技術能力方面考慮，以高級工程師為主（B類），教授級高級工程師作為指導（A類），中級工程師作為參考（D類），以具有較高科研能力的副教授為輔（C類）。2）從學術能力方面考慮，以碩士以下學歷為主（B類），工學博士為輔（A類）。3）從常在工作地點所在地氣候分區(qū)方面考慮，調(diào)查專家均為寒冷地區(qū)。

專家調(diào)查收回有效問卷21份，專家構成：2A級人員0位，1A級人員9位，0A級人員12位。專家與遴選條件的分布情況如表1。被調(diào)查者按照調(diào)查表格，依據(jù)自己的經(jīng)驗判斷二級評價因素的優(yōu)良程度。對回收來的完整的21份調(diào)查表格按照優(yōu)、良、中、一般、差代表的 5、4、3、2、1分值計算該二級評價因素的得分值，最后取平均值，得到該方案的安全性，技術先進性和操作管理等評價指標的量值，見表2。

表1 專家組與遴選條件分布表

表2 各評價指標量值

根據(jù)表2，得到冷熱源方案定性指標量值。

1.3 專家排序法確定評價指標權重

專家排序法[5]就是根據(jù)選取的評價某問題的因素，按其重要程度，請專家排次序，最重要的因素記為1，排在最前面，次重要的指標記為2，……。

權重的計算公式：

式中：dj為第j個指標的權重；n為評價指標數(shù)量；m為專家人數(shù)；Rj為第j個因素的秩和。

將m=21，n=6代入dj，得到各評價指標權重，詳細見表3。

表3 專家排序結果

對專家評定的權重結果進行顯著性檢驗[5]，確認其意見基本一致。

假設H0：21個專家對6個因素的重要程度的看法不一致。

計算統(tǒng)計量χ2=m(n-1)W，其中W=12S/[m2(n3-n)]，S=(R12+R22+…+Rn2)-(R1+R2+…+Rn)2/n，Rj(j=1,2,…,n)為第j個因素的秩和。由 m=21，n=6，得S=1925.500，W=0.249，所以 χ2=26.197。

根據(jù)顯著性水平α=0.01，自由度df=6-1=5，查表得χ20.01（5）=15.086。

因為 χ2=26.097＞15.086，所以拒絕 H0，即認為 21個專家對6個因素的重要程度的看法一致。

2 Visual Basic程序編制

2.1 灰色系統(tǒng)決策法[2]

灰色系統(tǒng)決策法就是以各評價指標ui在各方案Mj中的量值rij為灰數(shù)，建立灰色無源矩陣，將滿足度函數(shù)f引入關聯(lián)度k的計算中，通過加權求和得到各方案的綜合關聯(lián)度，從而評出最佳方案。

選用線性函數(shù)構造關聯(lián)函數(shù)，關聯(lián)函數(shù)式為：

式中：kji為j個方案第i個指標的關聯(lián)度；rji為j個方案第i個指標的滿足度；aoi、api分別為標準方案、可行方案滿足度0.8、0.7。

在方案評價中，各評價指標ui(i=1,2,…,n)對方案的優(yōu)劣影響程度是不一樣的，因此要賦予權重，權重集為 W=(w1,w2,…,wn)，式中

由式（2）及權重集得各方案綜合關聯(lián)度Kj：

當Kj≥0時，為標準方案。當-1≤Kj≤0時，為可轉(zhuǎn)化為標準方案的可行方案。當Kj＜-1時，為淘汰方案。選出關聯(lián)度值最大的方案，其K*=max{K1,K2,…,Km}即為最優(yōu)方案。

2.2 計算流程

本軟件采用Visual Basic 6.0編程軟件編制，針對新建冷熱源項目和冷熱源改造項目，根據(jù)使用者輸入的初投資（萬元）u1、年經(jīng)營費（萬元）u2、環(huán)境影響（kg/h）u4三項定量指標的數(shù)值，以及前文得到的安全性（分）u3、技術先進性（分）u5、操作管理（分）u6等定性指標灰量值，按照灰色系統(tǒng)決策法的計算流程，得到各方案的綜合關聯(lián)度，選出最優(yōu)方案。具體計算流程如圖2所示。

圖2 計算流程

2.3 界面介紹

圖3為冷熱源方案評選程序界面。

圖3 冷熱源方案評選界面

輸入各方案的定量指標值，選擇相應方案，即出現(xiàn)各方案綜合關聯(lián)度。

3 案例分析

某建筑位于大連市，建筑面積16985 m2，建筑功能為辦公樓和酒店，其集中空調(diào)系統(tǒng)冷熱負荷分別為2540 kW和1840 kW，根據(jù)該工程實際情況，提出以下3種典型方案：

方案1：2臺制冷量為1453 kW吸收式冷水機組。

方案2：2臺制冷量為1407 kW離心式冷水機組+熱網(wǎng)。

方案3：8臺制冷量為351 kW空氣源熱泵機組。

三種方案的定量指標值如表4。

表4 定量評價指標值

圖4 冷熱源方案評選案例

將三個方案的定量指標輸入冷熱源方案評選軟件，選中相應方案，即顯示各方案綜合關聯(lián)度。

如圖4，結果如下：-1

4 結論

1）應用專家排序法計算影響冷熱源方案評選的6個指標的權重，并對其進行顯著性檢驗，保證權重結果真實可信。

2）使用專家調(diào)查法對評選冷熱源方案定性指標進行研究，量化定性指標，完善冷熱源方案評選體系。

3）采用Visual Basic 6.0計算機語言編制冷熱源方案評選程序，界面友好，使用便捷，結果直觀，可以在工程實際中廣泛應用。