盧建剛，李 波，林玥廷，李世明，龍建平，李德忠

(1.廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600；2.湖南大唐先一科技有限公司，湖南 長沙 410007)

0 引言

能源作為社會發(fā)展的基礎(chǔ)，其供求矛盾逐漸加重，導致社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展受到限制。當前能源生產(chǎn)力無法與能耗提升相持平，能源供應不足顯著，能效的提升可有效解決能源緊張、能源供需矛盾明顯的問題[1]。

在我國較為寒冷的區(qū)域，冬季溫度較低，室內(nèi)熱量透過各式圍護結(jié)構(gòu)散熱至室外，為保證室內(nèi)溫度需要通過供暖工程為室內(nèi)提供熱量，該種供暖設備被稱為機械供暖系統(tǒng)。機械供暖系統(tǒng)的主要組成部分包括熱源、熱媒輸送管道以及散熱配件，其可以根據(jù)熱媒的性質(zhì)劃分為熱水型、蒸汽型以及熱風型，具有多種管道安裝形式[2]。這種供暖系統(tǒng)在運行過程中能耗較高，為降低能耗提出供暖節(jié)能策略。

供暖節(jié)能策略的核心是機械供暖系統(tǒng)配件的升級結(jié)合節(jié)能方法，其容易在管理過程中出現(xiàn)疏忽發(fā)生成本提升等問題，有時會出現(xiàn)核心技術(shù)不適配導致供暖效率降低的局面[3]。所以對機械供暖系統(tǒng)的運行情況進行了解，清楚能效較為弱勢的模塊，設計專項節(jié)能優(yōu)化策略，是當前供暖節(jié)能需要解決的最重要問題，塑造適宜的節(jié)能評價指標體系意義重大。李慧等[4]基于新風系統(tǒng)的運行性能構(gòu)建評價指標，郭宏偉等[5]基于集熱器系統(tǒng)的運行能效塑造評價指標體系，但是二者指標受現(xiàn)場條件限制可比性較差且不夠嚴謹。本文提出基于模糊算法的機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果評價方法，模糊算法具有多層次、多因素且主觀程度較高的特點，采用該方法結(jié)合實際供暖情況可確定具體評價指標，塑造較為客觀的評價指標體系。通過本文方法可推動能源的充分應用，促進供暖行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，向企業(yè)管理者提供決策支持，增強其決策程度，為有關(guān)單位頒布節(jié)能規(guī)定提供依據(jù)。

1 機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果評價

1.1 機械供暖系統(tǒng)原理

機械供暖系統(tǒng)主要包括鍋爐、輸熱管道、水泵、散熱器、膨脹水箱和排氣裝置，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)

系統(tǒng)通過循環(huán)水泵獲取循環(huán)動力，推動系統(tǒng)內(nèi)部水循環(huán)，在水泵進水口位置經(jīng)膨脹管連接膨脹水箱，通過膨脹水箱接納系統(tǒng)內(nèi)部水的熱脹冷縮變化，恒定系統(tǒng)壓力令其大于大氣壓力以防止水泵接入口位置水汽化，采用集氣罐匯聚且排空系統(tǒng)內(nèi)的空氣，層次間均衡布置散熱器，通過該系統(tǒng)能夠?qū)λ蟹块g的散熱量進行調(diào)控[6-7]。

1.2 系統(tǒng)節(jié)能運行效果評價指標體系設計

采用科學的計算策略量化處理多層次、多因素且復雜程度較高的評價問題，對于機械供暖系統(tǒng)的節(jié)能運行效果構(gòu)建適宜評價指標體系，具體如圖2所示。

圖2 供暖系統(tǒng)節(jié)能評價指標

1.3 基于模糊算法的系統(tǒng)節(jié)能運行效果評價體系建模

采用模糊算法構(gòu)建供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果的對應評價體系模型，具體操作如下所述。

a.確定節(jié)能運行效果評價因素集。

將圖2中的評價指標體系準則層分為2層，第1層次包括U1={c11,c12,c13}、U2={c21,c22,c23,c24,

c25}及U3={c31,c32,c33}，第2層次主要為U={B1,B2,B3}。

b.確定節(jié)能運行效果評價等級。

劃分評價等級，得到V=(好、較好、一般、較差、差)5個等級。分析與評價因素集中所有因素ui(i=1,2,3)、vj(j=1,2,3,4,5)相對應的評價等級隸屬度rij[8-10]，獲取第i個因素的單因素評價結(jié)果為

ri=(ri1,ri2,ri3,ri4,ri5)

(1)

一般情況下，rij≥0。

歸一化處理r得到

(2)

得到單因素評判矩陣為

R=(rij)nm0≤rij≤1

(3)

其中，因素集、評價集元素個數(shù)分別為n、m，i=1,…,n，j=1,…,m。

c.確定節(jié)能運行效果權(quán)重。

表1 A-B層判斷矩陣

子準則層c對準則層B的比較區(qū)間數(shù)判斷矩陣分別如表2、表3和表4所示。

表2 B1-c層判斷矩陣

表3 B2-c層判斷矩陣

表4 B3-c層判斷矩陣

x-=x+(0.14,0.68,0.18)T

得到B1、B2、B3的區(qū)間數(shù)權(quán)重向量分別為：

獲取子準則層c所有元素對準則層B1、B2、B3以及目標層A的權(quán)重分別為：

d.模糊合成節(jié)能運行效果指標。

基于模糊矩陣R與權(quán)重矢量W均清楚的情況模糊合成二級指標[12-13]，描述模糊算子得到

Si=Wi×Ri

(4)

應用加權(quán)平均算子展開加權(quán)平均運算得到

(5)

組合運算得到模糊綜合評價矩陣為

R=[S1,S2,S3]

(6)

合成R、W得到模糊綜合評價結(jié)果矢量S為

S=W×R

(7)

歸一化處理得到

∑sj=1

(8)

sj為機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果所屬評價等級vj的程度。

e.做出節(jié)能運行效果評分決策。

結(jié)合最大隸屬度原則與模糊綜合評價向量為不同等級分配權(quán)重向量[14]，令機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行狀態(tài)獲取綜合評價值并獲取決策。

根據(jù)最大隸屬度原則，對于評價結(jié)果矢量S=[s1,s2,s3]，s內(nèi)的極大sj所屬vj代表系統(tǒng)運行效果的最適宜等級，以此作為機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果的評價結(jié)果。

令評價等級權(quán)重矢量W′={5,4,3,2,1}，加權(quán)求和模糊綜合評價結(jié)果向量與等級權(quán)重向量內(nèi)所有等級相應的權(quán)值[15]，獲取所有綜合評分值并按其大小展開排列做出決策。

2 仿真實驗分析

以某區(qū)域機械循環(huán)供暖系統(tǒng)為實驗對象，利用本文方法評價該系統(tǒng)節(jié)能運行效果，測試本文方法的評價效果。系統(tǒng)節(jié)能運行效果評價等級“好、較好、一般、較差、差”分別對應得分“≥95、(95，85]、(85，70]、(70，60]、<60”。

利用本文方法獲取機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果評價指標權(quán)重與二級指標的模糊評判矩陣，獲取結(jié)果如表5和表6所示。

表5 各指標權(quán)重

表6 評估得分

依據(jù)表5和表6的數(shù)據(jù)可知，利用本文方法計算該機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果評價結(jié)果，各一級指標的平均評估得分分別為94分、95分、98分，該機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果評價結(jié)果為較好。實驗證明，本文方法可有效評價機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果。

利用本文方法評價模型預測該機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果，預測值與實際值間的對比結(jié)果如圖3所示。

分析圖3可知，采用本文方法獲取的評價結(jié)果與實際評價級別基本一致，由此說明本文方法具有較好的評價結(jié)果。

圖3 預測值與期望值對比

測試該機械供暖系統(tǒng)采用本文方法前后，其遭受攻擊的次數(shù)，所得結(jié)果如圖4所示。

圖4 攻擊測試結(jié)果

分析圖4可知，采用本文方法對該機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果進行評價后，系統(tǒng)應用過程中受不同攻擊類型的攻擊次數(shù)明顯減少，其中病毒威脅和木馬攻擊2種攻擊類型顯著減少，說明本文方法能夠提升機械供暖系統(tǒng)的應用安全性能。原因是本文方法在進行評價過程中，考慮了多方使用者的信息安全問題以及其與管理員之間的各項溝通因素，可有效提升該系統(tǒng)對于不同攻擊類型的防御能力。

3 結(jié)束語

本文研究基于模糊算法的機械供暖系統(tǒng)節(jié)能運行效果評價方法，針對所構(gòu)建的評價指標體系采用模糊算法構(gòu)建模糊綜合評價模型，利用評價模型獲取準確的評價結(jié)果，實驗結(jié)果顯示本文方法所構(gòu)建的評價指標體系具有較高的可靠性。由于研究時間所限，本文所研究的評價方法對于樣本的依賴度較高，因此在后續(xù)研究過程中，將主要針對這一問題實施優(yōu)化研究，以此提升本文方法的應用效果。