劉 成

(咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院工學(xué)院，湖北 咸寧 437100)

0 引言

建筑能耗中空調(diào)能耗占據(jù)一定比重，具有較大的節(jié)能潛力，因此合理選擇空調(diào)系統(tǒng)既是空調(diào)工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，又對(duì)降低能耗和環(huán)境影響具有重要意義。但對(duì)于一項(xiàng)具體的空調(diào)工程而言，評(píng)價(jià)的主觀因素太多，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果具有多樣性和不確定性，因此有必要建立空調(diào)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)方法。本文嘗試建立空調(diào)系統(tǒng)的選擇評(píng)價(jià)模型，對(duì)定性因素采用隸屬度函數(shù)進(jìn)行度量，并結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行計(jì)算，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更客觀、更全面。

1 空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化的指標(biāo)體系

空調(diào)系統(tǒng)的選擇是一個(gè)較復(fù)雜的問題，主要受到以下因素的影響：

經(jīng)濟(jì)性：是從經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)空調(diào)方案進(jìn)行選型。初投資費(fèi)用作為固定成本，直接影響方案的選型，是考慮的首要因素之一。費(fèi)用年值和運(yùn)行費(fèi)用作為變動(dòng)成本，也是需要考慮的因素。

能耗性：主要考慮一次能源消耗量。減少系統(tǒng)的能量消耗是我國(guó)節(jié)能環(huán)保的基本國(guó)策，也是空調(diào)系統(tǒng)選型的重要因素之一。

環(huán)保性：主要表現(xiàn)為噪聲、二氧化碳、粉塵和煙氣排放等問題。

可靠性：主要指系統(tǒng)在使用過程的可靠程度，含空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)管理及冬季采暖等可靠性。

運(yùn)行可靠，維護(hù)管理的難易以及冬季采暖情況等。

本文對(duì)以上四因素進(jìn)行歸納，建立基于多層次評(píng)價(jià)的空調(diào)系統(tǒng)指標(biāo)體系，如表1所示。

2 灰色多層次系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

2.1 建立評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)體系

對(duì)空調(diào)系統(tǒng)而言，主要涉及到費(fèi)用、能耗、環(huán)保及性能等要素，涉及到12個(gè)指標(biāo)。該系統(tǒng)影響因素多，各因素間又具有多個(gè)指標(biāo)，權(quán)重值確定較困難，因此建立了多層次評(píng)價(jià)模型。

2.2 定性評(píng)價(jià)指標(biāo)處理

表1 空調(diào)系統(tǒng)多層次評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系

對(duì)空調(diào)環(huán)保和性能要素，無法采用客觀方式量化分析，通常采用定性評(píng)價(jià)方式進(jìn)行。通過對(duì)空調(diào)系統(tǒng)指標(biāo)賦予評(píng)語集C，C={c1,c2,…,ck},這樣就建立了一個(gè)模糊評(píng)價(jià)向量。量化處理評(píng)語集，通常采用幾種確定模糊隸屬度函數(shù)的方法分別為模糊統(tǒng)計(jì)學(xué)和三分法等[1]。在空調(diào)系統(tǒng)評(píng)價(jià)中，利用三角模糊數(shù)表示定量指標(biāo)屬性值。假設(shè)論域R上的模糊數(shù)M，設(shè)M的隸屬度函數(shù)μM：U→[0,1]，則：

(1)

2.3 數(shù)值的無量綱化處理

為了突出各指標(biāo)值間的差異，擴(kuò)大方案間區(qū)分度，按照“獎(jiǎng)優(yōu)罰劣”原則進(jìn)行歸一化處理。如果定量指標(biāo)值優(yōu)于平均水平時(shí)，則數(shù)值為0～1的正數(shù)，否則，為-1～0的負(fù)數(shù)，具體做法如下[2]：

若為效益型指標(biāo)，則:

(2)

若為成本型指標(biāo)，則：

(3)

對(duì)量化處理基礎(chǔ)上的定性指標(biāo)需無量綱化處理時(shí)，也可采用相同原則，分別令:

(4)

對(duì)于成本型指標(biāo)，見式(5)：

(5)

對(duì)于效益型指標(biāo)，見式(6)：

(6)

2.4 確定灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

灰色關(guān)聯(lián)數(shù)計(jì)算系數(shù)數(shù)值為[3]：

(7)

2.5 確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重矩陣

可根據(jù)專家打分法或?qū)哟畏治龇ù_定各層次指標(biāo)的權(quán)重。

2.6 灰色綜合評(píng)價(jià)

由權(quán)重矩陣和關(guān)聯(lián)度矩陣，可求出用灰色關(guān)聯(lián)度表示的評(píng)價(jià)結(jié)果：由D=W×E得：

(8)

其中，dj的最大值對(duì)應(yīng)的方案即為最優(yōu)方案。

3 應(yīng)用實(shí)例

某夏熱冬冷地區(qū)辦公樓建筑面積為10 000 m2，經(jīng)計(jì)算冷熱負(fù)荷分別為1 000 kW和800 kW。根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉垂?yīng)、能源價(jià)格、城市熱網(wǎng)、可選擇的方案：風(fēng)冷冷熱水熱泵空調(diào)系統(tǒng)A1、水冷機(jī)組+集中市政熱網(wǎng)A2、水冷機(jī)組+自建燃?xì)忮仩t房A3、水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)A4、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)A5共5種方案。

3.1 建立各方案原始指標(biāo)值

1)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)值。

初投資含主機(jī)、輔助設(shè)備、空調(diào)末端、機(jī)房土建費(fèi)、管路系統(tǒng)費(fèi)用等。年運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、水費(fèi)、材料費(fèi)、維修費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)以及人工費(fèi)用等[4]。其中水冷機(jī)組和燃?xì)忮仩t系統(tǒng)分別需要2名和3名運(yùn)維工。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，空調(diào)運(yùn)維工月工資多數(shù)在4 000元～6 000元之間，本文取平均值5 000元。年人工費(fèi)用按人數(shù)×?xí)r間×月工資計(jì)算。動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值計(jì)算按設(shè)備的殘值取初投資的10%[5]。

2)節(jié)能性指標(biāo)值。

節(jié)能性指標(biāo)反映設(shè)備消耗原始能源利用情況的參數(shù)，用一次能耗量數(shù)值表示耗能量。

3)環(huán)保性指標(biāo)值。

空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的污染物主要以二氧化硫、二氧化碳、粉塵、氮氧化合物和噪聲為主。除噪聲由定性指標(biāo)界定外，其余污染物由表2確定各種燃料排放的單位指標(biāo)值乘以能量的消耗量確定。

表2 各種燃料的排放指標(biāo)[5]

4)技術(shù)性指標(biāo)值。

由于技術(shù)性的指標(biāo)無法具體量化，采取模糊評(píng)語進(jìn)行定型化確定。

將上述數(shù)據(jù)匯總，得到各原始指標(biāo)數(shù)值，見表3。

表3 各方案的原始指標(biāo)值

3.2 定性定量指標(biāo)數(shù)據(jù)的處理

1)定性指標(biāo)量化處理。

本文將維護(hù)管理等四個(gè)模糊指標(biāo)進(jìn)行量化，賦予其相應(yīng)數(shù)值，具體劃分為五個(gè)等級(jí)為{無,很小,小,大,很大}。若值越大越好，則依次{(0.8,0.9,1.0),(0.6,0.7,0.8),(0.4,0.5,0.6),(0.2,0.3,0.4),(0,0.1,0.3)}；反之，若值越小越好，則逆向取值。

2)數(shù)據(jù)無量綱化處理。

取參考序列,C0={320 80 410 4 500 300 2.0 0.8 0.15 (0.8,0.9,1.0) (0.8,0.9,1.0) (0.8,0.9,1.0) (0.8,0.9,1.0)}并將精確屬性值轉(zhuǎn)化為三角模糊數(shù)后，由式(4)，式(5)可以得到規(guī)范化的決策矩陣。

3.3 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)確定

關(guān)聯(lián)度系數(shù)值的計(jì)算，由式(7)確定，具體數(shù)值如表4所示。

表4 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算值

3.4 最優(yōu)方案的選型

采用Dephi或?qū)哟畏治龇?，可得到?quán)重為：

最后由式(8)得到各方案的關(guān)聯(lián)度依次如表5所示。

ω=(0.18 0.13 0.11 0.19 0.06 0.05 0.03 0.02 0.04 0.05 0.04 0.1)。

比較關(guān)聯(lián)度大小，得到五個(gè)方案的優(yōu)劣依次為方案一>方案四>方案三>方案二>方案五，則風(fēng)冷熱泵機(jī)組為最優(yōu)選擇。

4 結(jié)語

本文針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的選型問題，提出了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分別從經(jīng)濟(jì)性、能耗性、環(huán)保性、可靠性四個(gè)方面提出了12個(gè)指標(biāo)。在使用灰色系統(tǒng)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)過程中，對(duì)于無法定量化的指標(biāo)，提出了三角模糊數(shù)進(jìn)行數(shù)值量化后，避免了直接將定量指標(biāo)精確數(shù)字化。同時(shí)，對(duì)定性定量指標(biāo)創(chuàng)造性地利用“獎(jiǎng)優(yōu)罰劣”算子進(jìn)行無量綱化處理，加大了各方案的區(qū)分度。該方法針對(duì)復(fù)雜的、多層次的、有模糊信息的問題，具有科學(xué)性和可操作性，具有一定的推廣價(jià)值。