CN113506191B - 一种基于熵权法copars模型的公共建筑节能改造技术决策方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于熵权法COPARS模型的公共建筑节能改造技术决策方法，涉及公共建筑领域及节能改造领域。首先，基于目标建筑基本信息和机电系统运行数据确定待选节能改造技术；其次，选取节能量、静态投资回收期、减碳量为评价指标，并分别计算待选节能改造技术各评价指标大小；再次，建立COPARS多属性决策模型，并基于熵权法确定各评价指标权重系数；基于熵权法COPARS决策模型计算待选节能改造技术效用程度；最后，根据多属性决策模型效用程度计算结果，对待选节能改造技术进行优先排序。
Description
技术领域
本发明涉及公共建筑领域及节能改造领域，具体涉及一种基于熵权法COPARS 模型的公共建筑节能改造技术决策方法。
背景技术
中国快速城镇化导致建筑能耗急剧增长，2018年我国建筑面积总量约601亿 m2，建筑运行的总商品能耗为10亿tce，约占全国能源消耗总量的22％。公共建筑面积虽然仅约占建筑面积总量的1/5，但是其建筑能耗消耗属于高密度领域；尤其2万m2以上的大型公共建筑，由于其内部人员密度大、设备数量多、公共区域复杂，能耗密度(32.3～97.0kgce/m2)是中小型公共建筑能耗密度(16.2～22.6 kgce/m2)的2～5倍。
然而公共建筑节能改造技术的多样性和复杂性直接导致改造技术决策难、节能效果判定难，导致建筑节能改造缺乏体系化、细节化方法，并制约公共建筑节能改造的进一步推进。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于熵权法COPARS模型的公共建筑节能改造技术决策方法，可根据节能量、静态投资回收期、减碳量等评价指标决策公共建筑的节能改造技术，促进公共建筑节能改造的进一步发展。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种基于熵权法COPARS模型的公共建筑节能改造技术决策方法，包括首先，基于目标建筑基本信息和机电系统运行数据确定待选节能改造技术；其次，选取节能量、静态投资回收期、减碳量为评价指标，并分别计算待选节能改造技术各评价指标大小；再次，建立COPARS 多属性决策模型，并基于熵权法确定各评价指标权重系数；基于熵权法COPARS 决策模型计算待选节能改造技术效用程度；最后，根据多属性决策模型效用程度计算结果，对待选节能改造技术进行优先排序。具体的步骤如下：
第一步，尽可能的收集足够的建筑基本信息和运行信息，基于获取的建筑基本信息和系统运行信息，对其进行分析比较，判断可提升能效的关键设备或系统，确定待选节能改造技术；
第二步，选取并计算节能量、静态投资回收期、减碳量等评价指标；其中：节能量可根据如下公式计算：
ES＝Ebefore-Eafter
式中，ES为建筑能耗节约量，kWh/(m2·a)；Ebeofre为采取建筑能源管控技术前建筑能耗，kWh/(m2·a)；Eafter为采取建筑能源管控技术后建筑能耗，kWh/(m2·a)。
静态投资回收期是一种比较科学也比较简便的投资方案评价方法，其计算公式如下所示：
式中，Pt为静态投资回收期，年；K为投资费用，元；e为商业用电单价，可取1.2 元/kWh。
对于建筑运营阶段的节能改造，其减碳量可以通过碳排放因子法计算，如下所示：
CO2＝ES×n
式中，CO2为采取建筑能源管控技术的减碳量，kg/(m2·a)；n为碳排放因子，kg/ 单位能耗，可取0.266。
第三步，建立熵权法COPARS多属性决策模型，其中熵权法用来确定节能量、静态投资回收期、减碳量等评价指标权重系数，COPARS用来进行多属性决策。首先确定待选节能改造技术集合，并生成待选节能改造技术集合的初始决策矩阵 X为：
式中，n表示待选节能改造技术个数，m表示评价指标个数(m＝3)；得到矩阵X 后，构造正则化决策矩阵，xij是第i个待选节能改造技术的第j个评价指标的具体数值；采用下式获取各评价指标的无量纲值，以便于各指标同尺度横向对比：
式中，Rij表示正则化决策矩阵元素，即待选节能改造技术i中的第j正则化性能指标值。
其次，根据熵权法计算各性能评价指标的权重值wj，该值越大则该指标代表的信息量越大，表示其对综合评价的作用越大。
式中，k值与样本数量有关，常取k＝1/ln n。
待权重系数计算完成后，确定加权正则化决策矩阵D：
D＝|yij|＝|Rij×wj|
按指标对待选节能改造技术的贡献可分为有益和无益贡献指标，分别统计有益贡献指标和无益贡献指标正则化权重值之和：
式中，y+ij和y-ij分别是yij中有益贡献正则化权重值和无益贡献正则化权重值(即将 yij分为有益贡献正则化权重值和无益贡献正则化权重值)。
若待选节能改造技术i的有益正则化权重之和S+i越大，则该节能改造技术更优，或者待选节能改造技术i的无益贡献正则化权重之和S+i越小，该节能改造技术亦更优。确定无益贡献正则化权重和的最小值：
S-min＝minS-i
确定各待选节能改造技术相对重要程度或优先程度。待选节能改造技术优先程度可由各技术的相对重要程度Qi来确定，若待选节能改造技术i对应的相对重要程度Qi越大，则该待选节能改造技术优先级别越高。待选节能改造技术的相对优先程度反映了该技术的满意程度。具有最大相对贡献程度的待选节能改造技术则为可供待选节能改造技术集合中最优方案。待选节能改造技术i的相对重要程度可由下式确定：
计算待选节能改造技术i的效用程度Ui：
式中，Qmax为相对重要程度最大值。
第四步，根据第二步和第三步的计算可以得到，每一种待选节能改造技术的效用程度；其值范围介于0～100％之间，待选节能改造技术效用度与其对应的相对重要程度成正比。因此，可按照各待选节能改造技术效用度进行排序，效用程度为100％的待选节能改造技术最优。
本发明的有益效果是：(1)可准确确定公共建筑节能改造技术优先顺序；(2) 可确定不同地域、不同类型、不同使用率公共节能改造技术优先顺序；(3)操作简单，适用性较强。
附图说明
图1是目标建筑待选节能改造技术；
图2是各节能改造技术评价指标大小；
图3是目标建筑节能改造技术效用程度及排序。
具体实施方式
以下所述内容仅为本发明较佳的实施例，并不因此而限定本发明保护的范围。
本发明所提出来的一种基于熵权法COPARS模型的公共建筑节能改造技术决策方法，实现了准确确定公共建筑节能改造技术优先顺序。下面结合附图对本发明的指导实施过程作进一步详细描述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
(1)目标建筑位于北京市，属于寒冷地区的四星级酒店建筑，建筑面积为38600m2；其冷热源为两台螺杆式水源热泵机组，大型空间采用全空气定风量系统，客房采用风机盘管加新风。基于建筑运行信息和实际运行数据，确定了如图 1所示的待选节能改造技术。
(2)分别计算每一种节能改造技术节能量、静态投资回收期、减碳量等评价指标，如图2所示。利用HVAC系统空气系统管控技术可以节约较多的能耗、减少较多的碳排放量并且其回收期较短，对于其他管控技术，减少照明密度和插座负荷密度也可以带来较大的能耗节约，而HVAC水系统管控技术能耗和减碳量较低。
(3)基于熵权法的COPRAS决策模型计算得到的各个管控技术效用程度，如图3所示。水系统和空气系统的管控技术效用程度较高，即优先程度靠前。因此，在目标建筑选择节能改造技术时，应优先选择HVAC节能改造技术。
(4)基于上一步计算的各节能改造技术的效用程度对其进行排序，如图3 所示。由此可以确定目标建筑节能改造技术适宜性顺序，根据该顺序运维人员可以选择合适的节能改造技术对目标建筑进行能效提升。
本发明的实施实例可有效确定建筑适宜的节能改造技术，并且操作简单。
Claims (2)
1.一种基于熵权法COPARS模型的公共建筑节能改造技术决策方法，其特征在于，包括首先，基于目标建筑基本信息和机电系统运行数据确定待选节能改造技术；其次，选取节能量、静态投资回收期、减碳量为评价指标，并分别计算待选节能改造技术各评价指标大小；再次，建立COPARS多属性决策模型，并基于熵权法确定各评价指标权重系数；基于熵权法COPARS决策模型计算待选节能改造技术效用程度；最后，根据多属性决策模型效用程度计算结果，对待选节能改造技术进行优先排序；具体的步骤如下：
第一步，收集建筑基本信息和运行信息，基于获取的建筑基本信息和系统运行信息，对其进行分析比较，判断提升能效的关键设备或系统，确定待选节能改造技术；
第二步，选取并计算节能量、静态投资回收期、减碳量评价指标；其中：节能量根据如下公式计算：
ES＝Ebefore-Eafter
式中，ES为建筑能耗节约量，kWh/(m2·a)；Ebeofre为采取建筑能源管控技术前建筑能耗，kWh/(m2·a)；Eafter为采取建筑能源管控技术后建筑能耗，kWh/(m2·a)；
静态投资回收期是一种比较科学也比较简便的投资方案评价方法，其计算公式如下所示：
式中，Pt为静态投资回收期，年；K为投资费用，元；e为商业用电单价，取1.2元/kWh；
对于建筑运营阶段的节能改造，其减碳量通过碳排放因子法计算，如下所示：
CO2＝ES×n
式中，CO2为采取建筑能源管控技术的减碳量，kg/(m2·a)；n为碳排放因子，kg/单位能耗，取0.266；
第三步，建立熵权法COPARS多属性决策模型，其中熵权法用来确定节能量、静态投资回收期、减碳量评价指标权重系数，COPARS用来进行多属性决策；首先确定待选节能改造技术集合，并生成待选节能改造技术集合的初始决策矩阵X为：
式中，n表示待选节能改造技术个数，m表示评价指标个数，m＝3；得到矩阵X后，构造正则化决策矩阵，xij是第i个待选节能改造技术的第j个评价指标的具体数值；采用下式获取各评价指标的无量纲值，以便于各指标同尺度横向对比：
式中，Rij表示正则化决策矩阵元素，即待选节能改造技术i中的第j正则化性能指标值；
其次，根据熵权法计算各性能评价指标的权重值wj，该值越大则该指标代表的信息量越大，表示其对综合评价的作用越大；
式中，k值与样本数量有关，常取k＝1/ln n；
待权重系数计算完成后，确定加权正则化决策矩阵D：
D＝|yij|＝|Rij×wj|
按指标对待选节能改造技术的贡献分为有益和无益贡献指标，分别统计有益贡献指标和无益贡献指标正则化权重值之和：
式中，y+ij和y-ij分别是yij中有益贡献正则化权重值和无益贡献正则化权重值，即将yij分为有益贡献正则化权重值和无益贡献正则化权重值；
若待选节能改造技术i的有益正则化权重之和S+i越大，则该节能改造技术越优，或者待选节能改造技术i的无益贡献正则化权重之和S-i越小，该节能改造技术亦越优；确定无益贡献正则化权重和的最小值：
S-min＝min S-i
确定各待选节能改造技术相对重要程度或优先程度；待选节能改造技术优先程度由各技术的相对重要程度Qi来确定，若待选节能改造技术i对应的相对重要程度Qi越大，则该待选节能改造技术优先级别越高；待选节能改造技术的相对优先程度反映了该技术的满意程度；具有最大相对贡献程度的待选节能改造技术则为可供待选节能改造技术集合中最优方案；待选节能改造技术i的相对重要程度由下式确定：
计算待选节能改造技术i的效用程度Ui：
式中，Qmax为相对重要程度最大值；
第四步，根据第二步和第三步的计算能够得到，每一种待选节能改造技术的效用程度；其值范围介于0～100％之间，待选节能改造技术效用度与其对应的相对重要程度成正比；按照各待选节能改造技术效用度进行排序，效用程度为100％的待选节能改造技术最优。
2.按照权利要求1所述的一种基于熵权法COPARS模型的公共建筑节能改造技术决策方法，其特征在于，能够计算确定不同地域、不同类型、不同使用率公共节能改造技术优先顺序，有效确定建筑适宜的节能改造技术，提升公共建筑运行能效。
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