地埋管地源热泵综合效益指标评价体系及评价方法研究

霍捷，马秀琴，郭敏，张国华

（河北工业大学能源与环境工程学院）

地埋管地源热泵综合效益指标评价体系及评价方法研究

霍捷，马秀琴，郭敏，张国华

（河北工业大学能源与环境工程学院）

地源热泵技术虽然基本成熟，但是在应用中存在着多种问题，影响了地源热泵技术的健康发展。论文结合地埋管地源热泵系统的特点，构建了一套科学有效的地埋管地源热泵综合效益指标评价体系。将基于可拓层次分析的模糊综合评价法应用到地埋管地源热泵评价中，建立了指标体系递阶层次结构模型，确定了指标的权重值，制定了指标等级评分值，给出了隶属度函数以及构造了模糊综合评价模型，最后对地埋管综合效益进行综合评价。

地埋管地源热泵；评价体系；可拓层次分析法；模糊综合评价法

1　引言

近几年，在能源危机、生态环境恶化的背景下，地源热泵系统作为一项建筑节能和利用可再生能源的重要技术，得到了政府部门的大力支持，从而得以迅速推广和大量应用［1］。地源热泵技术在各个应用环节还存在着一些问题，所以建立一套地源热泵综合效益指标评价体系，对于保证我国地源热泵技术的健康发展具有重要的意义［2］。本文针对地埋管地源热泵进行研究，建立指标评价体系，并对评价方法进行研究。

2　评价体系建立

通过对地埋管地源热泵系统设计及运行各阶段的研究，首先从环境、经济、技术、节能四个方面来选取了18个指标，并依据可拓层次分析法建立地埋管综合效益指标评价体系层次结构模型，如图1所示。

3　评价方法研究

针对地埋管地源热泵指标评价体系的特点，采用可拓层次分析法［3］与模糊综合评价相结合的方法：基于可拓层次分析法的模糊综合评价，来评价地埋管地源热泵系统综合效益。

一般情况下，基于可拓层次分析法的模糊综合评价包括以下几个步骤。

1） 确定影响因素和评价等级论域

本文中被评价的事物为地埋管地源热泵综合性能，它的影响因素论域和评价等级论域分别为：

U= ｛u1，u2，u3，u4｝ =｛技术效益，节能效益，环境效益，经济效益｝；

V=｛v1，v2，v3，v4｝ =｛好，较好，一般，差｝。

2）模糊权重向量的确定

依据可拓层次分析法确定指标的模糊权重向量，首先就地埋管地源热泵综合效益指标评价体系递阶层次中因素的两两重要性，咨询了来自高校、施工单位以及设计院等多位专家，再按照T.J.Saaty提出1～9标度法［4］构造的各级综合可拓区间判断矩阵，最后通过计算得到模糊权重，详见图1。

3）指标评分值的制定

参考地源热泵相关国家标准、行业标准以及调研情况等，制定了地埋管地源热泵综合效益评价体系各指标等级评分值，并按照优劣程度将其分为4个评价等级：好、较好、一般、差，如表1所示。

图1　递阶层次结构图以及指标权重值

表1　地源热泵评价体系指标评分值

4）隶属度的计算

隶属度函数是指用函数的方式来说明隶属度的变化规律，准确地反映实际情况。以下给出了指标实测结果对4个评价等级的隶属函数表达式。其中，mi（x）为指标对第i个评价等级的隶属度函数，ci为4个评价等级相对应的评分值。

进行隶属度计算时，依据等级评分值的排序类型，将各指标的实际测试结果或计算结果，代入相对应的隶属度函数公式，即可以求解出各指标对于4个等级的隶属度。

当评分值c1＜c2＜c3＜c4＜时，隶属度函数的表达式为：

当评分值 时，隶属度函数的表达式为：

5）模糊合成值的计算

利用模糊合成算子M（●， ） ，将模糊权重向量P与模糊关系矩阵R合成，得到被评价对象的模糊合成值M［5］。模糊综合评价的模型为：

+

其中，P为权重值组成的权重向量， mj表示被评价对象从整体上看对评价等级模糊子集元素vj的隶属程度。

6）综合评价

为了便于得到一个精确的评价结果，充分利用权重所反映的信息，对评价等级评语进行赋值，做量化处理，将主观评价的语义学标度进行量化，依次赋值为v1=100、v2=80、v3=65及v4=50，则：

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

综合评价分值S计算公式如下： S=M × V （4）

根据综合评价分值S，对照表2评价定量分级标准，找出相应的等级。

4　结束语

为了使地埋管地源热泵技术健康地发展，充分地利用其节能环保的特性，本文从技术、节能、环境和经济4个方面共选取了18个指标，建立了一套科学有效的地源热泵综合效益指标评价体系。

表2　综合评价定量分级标准

本文采用基于可拓层次分析的模糊综合评价法，通过咨询专家意见，确定因素权重值，并给出整个评价过程。

【1】李鹏辉.地埋管地源热泵系统的研究现状［J］.洁净与空调技术，2012（2）.

【2】徐伟.中国地源热泵发展研究报告［M］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

【3】闫东方.可拓层次分析法及其应用［D］.大连海事大学，2012（2）.

【4】薛居征.基于层次分析法的群决策方法及应用研究［D］.哈尔滨工业大学，2011.

【5】李玉琳，高志刚，韩延玲.模糊综合评价中权值确定和合成算子选择［J］.计算机工程与应用，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