天津市公共建筑节能改造评价体系的构建——基于模糊综合评价法.pdf

天津市公共建筑节能改造评价体系的构建 基于模糊综合评价法 李欣 潍坊科技学院经济管理学院， 河北 潍坊 262700 摘要 分析了天津市公共建筑节能改造的现状， 针对当前公共建筑节能改造评价体系尚不完善这一问题， 建立了公共 机构节能评价指标体系， 并根据这一体系应用模糊综合评价法构建了数学模型， 将该数学模型应用于天津市某具体建 筑物， 论证了该方法可以对公共建筑节能改造的综合效果进行科学、 全面的评价， 并可以在经济条件允许的情况下实 现对目标公共建筑节能改造的经济效益最大化， 推动了天津市公共建筑节能改造工作的全面展开。 关键词 模糊综合评价; 指标体系; 节能改造; 公共建筑; 天津 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201406030 CONSTＲUCTION OF PUBLIC BUILDING’ S ENEＲGY SAVING ＲETＲOFITTING UATION SYSTEM FOＲ TIANJINBASED ON FUZZY COMPＲEHENSIVE UATION Li Xin School of Economics and Management，Weifang University of Science ＆Technology，Weifang 262700， China AbstractCurrent situation of public buildings energy- saving in Tianjin was analyzed． For the current situation that energy saving uation system in public buildings is not perfect in this issue，energy- saving uation system of public agencies was established． Having based on this system and fuzzy comprehensive uation ，a mathematical model was built and applied to a specific building in Tianjin，which demonstrated that the could be used to do a scientific and overall uation on energy- saving renovation of public buildings．It is possible to achieve maximum economic benefits of reconstruction of public buildings in the case of some economic conditions，which would fully promote energy- saving work in public buildings of Tianjin． Keywordsfuzzy comprehensive uation;inds system;energy saving retrofitting;public buildings;Tianjin 收稿日期 2013 －09 －05 0引言 公共建筑能耗在社会总能耗中所占比例逐年上 升， 公共建筑节能势在必行。天津市地处我国北方地 区， 冬季有供暖需要， 夏季有制冷需求， 在 GDP 增长 的同时天津市建筑能耗也在逐年增长。据统计， 19902000 年天津市建筑能耗增长较为缓慢， 但 2000 年以后建筑能耗迅速增长。1995 年天津城市建 设用地 353. 5 km2， 2000 年为 385. 9 km2， 2007 年为 571. 53 km2。19952000 年平均增长率为 3. 1， 20002007 年平均增长率为 6. 87［1 ］; 另外， 新建大 型公共建筑居多， 内部都配有电梯、 空调等大型用电 设备， 这些原因都导致了近年来天津市公共建筑能耗 的迅速增长。 在天津市建筑能耗迅速增长过程中， 政府办公建 筑和大型公共建筑高耗能问题尤为突出。做好公共 建筑节能改造工作， 特别是政府办公建筑和大型公共 建筑等公共建筑的节能改造， 对实现天津市建筑节能 规划目标具有重要意义。但是， 目前由于资金和技术 等主客观方面的局限， 对全部公共建筑进行大面积的 一次性改造并不现实， 并且我国建筑节能改造尚没有 较为完善的评价方法。针对这些问题， 文章采用模糊 综合评价法确定公共建筑节能改造的先后顺序并对 节能改造后的结果进行评价， 为推动天津市公共建筑 节能改造工作的全面展开提供决策定量依据。 521 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 1天津市公共建筑节能改造评价指标体系的建立 1. 1节能改造评价指标体系的建立原则 模糊综合评价以模糊数学为基础， 与概率、 统计 的方法不同。应用模糊关系合成原理， 将边界不清、 不易定量的因素定量化， 从而实现综合评价［2 ］。在 评价方法中， 评价指标体系集中体现了评价系统的内 涵， 评价指标的选取对评价结果的影响很大［3 ］。由 于建筑节能改造评价指标的复杂性和许多方面的不 可量化性， 公共建筑节能指标评价体系的建立应该遵 循以下原则 1 精确性与模糊性相统一的原则 某些指标可 以精确度量， 某些指标只能指明趋势或方向。 2 可比性原则 评价指标的设定， 必须使所设 指标在数量上具有可比性。为使项目评价能够客 观真实反映既有公共建筑节能改造项目效果， 首先 应保证项目评价指标与项目实施过程中的相关指 标一致［4］。 3 可操作性原则评价指标体系应力求简便、 实 用。指标可量化， 即有可操作性。 4 系统性原则 使主要因素不致遗漏， 并体现层 次性， 层次之间的指标应为递进关系， 同层次之间的 指标为独立关系 ［5 ］。 5 通用性原则 在既有建筑节能改造评价指标 选择时， 应尽量选取一些通用性强、 使用频率高的指 标， 对于那些只在个别公共建筑节能改造项目评价的 指标， 应尽量少用或不用。 1. 2天津市公共建筑节能评价指标体系的建立 根据2008 年8 月15 日国务院正式颁布的 公共机 构节能条例 国务院令第531 号 、 财政部印发的 国家 机关办公建筑和大型公共建筑节能专项资金管理暂行 办法 、 建筑部印发的公共建筑室内温度控制管理办 法 以及天津市颁布的 天津市公共建筑节能设计标准 等一系列技术文件， 选择满足上述原则的200 多个评价 因素。目前公共建筑节能改造评价指标的筛选尚无固 定方法， 德尔菲法由于 “是一种非见面形式的专家意见 收集方法和一种高效的、 通过群体交流与沟通来解决复 杂问题的方法” 受到广泛采用 ［ 6 ］， 该方法具有匿名性、 反 馈性、 收敛性和统计性等基本特征。通常以不记名的方 式征询专家对某类问题的看法， 在新一轮意见征询时， 将上次调查结果反馈给各位专家， 供回函专家做新一轮 判断时参考， 同时要求持极端看法的专家详细说明自己 的理由 ［ 7 ］。将选定的200 多个评价因素通过 DELPHI 法 对其进行筛选， 通过 “专家意见形成统计反馈意见 调整” 这样一个多次与专家交互的循环过程， 使分散的 意见逐次收敛在协调一致的结果上， 充分发挥信息反馈 和信息控制的作用 ［ 8- 10 ］， 最终确定各项评价指标。 一级指标是建筑节能改造效果的总特征; 二级指 标属于一级指标下的专业或大技术门类指标， 带有较 强的技术性， 分工明确; 三级指标是相关技术指标， 多 数由专家根据调查或技术工作经验设计。实践中要 求三级指标划分细致， 以提高评价的合理性， 利于对 相关属性进行定量的分析。具体划分如图 1 所示。 图 1公共建筑节能评价指标 Fig．1The uation index of publix buildings energy saving retrofitting 2数学建模 2. 1建立各级评价因素集和权重集 根据上文建立的天津市公共建筑节能改造评价 指标， 进一步可以得到天津市公共建筑节能改造模糊 综合评价体系， 如表 1 所示。 由表 1 可以得到公共建筑节能改造模糊综合评 价的各级评价因素集 P P1， P2， P3， P4， P5， P6 621 环境工程 Environmental Engineering 表 1天津市公共建筑节能改造模糊综合评价体系 Table 1Fuzzy comprehensive uation system of public buildings’energy saving retrofitting in Tianjin 一级因素 权重二级因素权重三级因素权重 公共建筑 节能改造 P wP1围护结构w1P11围护结构传热性w11 P1 2门窗幕墙气密性 w1 2 P1 3窗墙比 w1 3 P2设备w2 P2 1供热制冷设备 w2 1 P2 2照明设备 w2 2 P3经济效益w3P31改造成本w31 P3 2内部收益率 w3 2 P3 3维护费用 w3 3 P4冷暖改造w4 P4 1冷热源改造 w4 1 P4 2室温调节 w4 2 P4 3冷热能再利用 w4 3 P5能源w5P51天然蓄水w51 P5 2太阳能利用 w5 2 P5 3地热能利用 w5 3 P5 4自然通风 w5 4 P6运行管理w6 P6 1运行维护 w6 1 P6 2管理者技能 w6 2 P6 3使用者行为 w6 3 式中 P1 P1 1， P 1 2， P 1 3 ， P 2 P2 1， P 2 2 ， ， P 6 P6 1， P 6 2， P 6 3。 确定了各级评价因素后， 由于各级因素的影响程 度不同， 需要通过层次分析法或者专家打分法确定各 评价因素的权重集， 即 w w1， w2， w3， w4， w5， w6 式中 w1 w1 1， w 1 2， w 1 3 ， w 2 w2 1， w 2 2 ， ， w 6 w6 1， w 6 2， w 6 3。由于 w i 和 wij为权重， 故∑ 6 i 1 wi 1 并 且∑ n j 1 wij wi。 2. 2建立评价尺度集及评判决策矩阵 令公共建筑节能综合评价的评价尺度集为 N { n1， n2， n3， n4， n5} 优， 良， 中， 差， 劣 ， 与其相 对应的评价分值分别为 0. 9， 0. 7， 0. 5， 0. 3， 0. 1 。 按照确定的评价尺度对评价因素进行模糊评价， 建立隶属度矩阵。由于不同的评价人员或者专家对 同一评价因素所做出的评价并不相同， 因此此时的评 价可以看作是一个模糊映射， 即 fP→F N Pi→ri1/n1 ri2/n2 rit/nt 0 ≤ rij≤1; i 1， 2， Λ， s; j 1， 2， Λ， t Ｒ r11r12r1t r21r22r2t  rs1rs1rst 其中 xij μ X P i， nj代表在评价因素 Pi中， 该因素 的评价结果为 ni的隶属程度或可能性程度， 即 Pi的 评价结果对评价等级 ni的隶属程度。 天津市公共建筑节能改造性能分为 5 个等级， 线 性函数表达式分别为 优ri1 1/2 Z － 77 ≤ Z ≤ 9 19 ＜ Z ≤ 10 0Z ＜ { 7 良ri2 1/2 Z － 55 ≤ Z ≤ 7 1/2 Z － 57 ＜ Z ≤ 9 0Z ＜ 7 或 Z ＞ { 9 中ri3 1/2 Z － 33 ≤ Z ≤ 5 － 1/2 Z － 75 ＜ Z ≤ 7 0Z ＜ 3 或 Z ＞ { 7 差ri4 1/2 Z － 11 ≤ Z ≤ 3 － 1/2 Z － 53 ＜ Z ≤ 5 0Z ＜ 1 或 Z ＞ { 5 劣ri5 10 ≤ Z ＜ 1 － 1/2 Z － 3 1 ≤ Z ≤ 3 0Z ＞ { 3 其中 Z 代表专家对该公共建筑相应各评价因素的打 分， 通过归一化处理， 可以得到各评价因素的评判决 策矩阵， 其结果如下 Ｒ1 r1 ij35， Ｒ 2 r2 ij25， Ｒ 3 r3 ij35， Ｒ4 r4 ij35， Ｒ 5 r5 ij45， Ｒ 6 r6 ij35 根据各评价因素的评判矩阵和各因素所占权重， 进一步分析可以得到评价因素 P1、 P2、 P3、 P4、 P5、 P6相 应的模糊综合评价结果 Qi wiＲi i 1， 2， Λ， 6 。 因 此综合评价因素集 P 的评判矩阵即为 Ｒ Q1 Q2 M Q             6 2. 3天津市公共建筑节能改造综合评价及结果 将权重集与公共机构建筑节能综合评价因素集 的评价矩阵进行运算即可得到公共建筑综合节能的 总评价结果 Q Q wＲ w1， w2， w3， w4， w5， w 6 Q1 Q2 M Q             6 721 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment q1， q2， q3， Λ， q5 将公共建筑综合节能总评结果与公共建筑节能 综合评价的评价尺度集 N { n1， n2， n3， n4， n5} 进行 运算， 即可得到公共建筑综合节能改造的最后得分 Score QN q1， q2， q3， Λ， q5 n1 n2 n3 n4 n                5 公共建筑节能改造综合评价复杂， 需要考虑的因 素很多， 而且各因素之间存在着不同的层次。在这种 情况下， 需先对每一类进行综合评判， 之后对各类评 判结果进行类之间的多层次综合评判。在整个模糊 综合评价过程中权重的确定采用层次分析法或专家 打分法， 是基于当下公共建筑节能改造的重点和公共 建筑直接能耗的实际情况， 以及当前的建筑技术对公 共建筑节能改造给予的支持程度。 对公共建筑进行综合节能改造需要考虑多种情 况， 其中， 建筑物结构的完整和良好性决定着该建筑 物是否具备改造的可能。公共建筑综合节能改造得 分如果不小于 0. 9， 可以认为该建筑物的既有建筑节 能效果是良好的， 没有进行节能改造的必要; 如果得 分不大于 0. 1， 则该建筑物的节能效果较差， 基本没 有节能改造的价值， 应考虑放弃该建筑物， 建议将其 拆毁重建; 建筑物的评价得分介于两者之间则在节能 改造的范围内， 在建筑节能改造的现有客观条件下根 据得分排序确定节能改造的先后顺序， 使得改造资金 获得最大效用。 3模糊综合评价在天津市公共建筑节能改造中的案 例应用 天津市将对 AF 6 座公共建筑进行改造， 由于 客观条件的限制及资金状况的紧张， 无法进行大面积 的整体改造和同时施工， 需要根据模糊综合评价法对 该公共建筑进行节能改造的综合评价， 根据得分确定 改造的先后排序。建筑物 B 的专家打分结果如表 2 所示。 利用专家评价法对各评价因素进行打分后， 采用 层次分析法对各评价因素的权重加以确定。二级评 价因素的权重向量为 w 0． 18， 0． 23， 0． 31， 0． 11， 0． 07， 0． 1 同理， 继续计算各三级因素的权重向量， 门窗、 屋 表 2建筑物 B 的专家打分结果 Table 2Expert scoring results of building B 二级因素三级因素得分 围护结构围护结构传热性4 门窗幕墙气密性3 窗墙比6 设备供热制冷设备5 照明设备4 经济效益改造成本3 内部收益率3 维护费用6 冷暖改造供热制冷设备5 室温调节4 冷热能再利用2 能源天然蓄水5 太阳能利用6 地热能利用2 自然通风6 运行管理运行维护3 管理者技能3 使用者行为6 面、 墙体、 设备、 能源、 运行管理的权重向量依次为 w1 0. 5， 0. 25， 0. 25 ; w2 0. 6， 0. 4 ; w3 0.2， 0.2， 0.6 ; w4 0.6， 0.2， 0.2 ; w5 0.4， 0. 3， 0. 2， 0． 1 ; w6 0. 2， 0. 2， 0. 6。 将各评价因素的专家打分代入上文 5 个线性函 数表达式中， 得到门窗、 屋面、 墙体、 设备、 能源、 运行 管理的评价集依次如下 Ｒ1 0 0 0 0 0 0． 5 0． 5 0 0． 5 0． 5 1 0         0 0 0 ; Ｒ2 0 0 0 0 1 0． 5 0 0． 5 0 0 ; Ｒ3 0 0 0 0 0 0． 5 0 0 0． 5 1 1 0         0 0 0 ; Ｒ4 0 0 0 0 0 0 1 0． 5 0 0 0． 5 0． 5 0 0 0．         5 ; Ｒ5 0 0 0 0 0 0． 5 0 0． 5 0 0． 5 0 0． 5 1 0 0． 5 0 0 0 0． 5             0 ; Ｒ6 0 0 0 0 0 0． 5 0 0 0． 5 1 1 0         0 0 0 根据公共建筑 B 各评价因素的评判矩阵和各因 素所占权重， 进一步分析可得到评价因素 P1、 P2、 P3、 P4、 P5、 P6相应的模糊综合评价结果 Qi wiＲi i 1， 2， ， 6。门窗、 屋面、 墙体、 设备、 能源、 运行管理 的模糊综合评价结果依次如下 Q1 w1Ｒ1 0， 0． 125， 0． 375， 0． 5， 0 ; Q2 0， 0， 0． 8， 0． 2， 0 ; Q3 0， 0． 3， 0． 3， 0． 4， 0 ; Q4 0， 0， 0． 7， 0． 2， 0． 1 ; Q5 0， 0． 2， 0． 2， 0． 5， 0． 1 ; 821 环境工程 Environmental Engineering Q6 0， 0． 3， 0． 3， 0． 4， 0 公共建筑 B 的权重集与公共建筑节能综合评价 因素集的模糊综合评价结果进行运算即可得到公共 建筑综合节能的总评价结果 Q Q wＲ w1， w2， w3， w4， w5， w 6 Q1 Q2 M Q             6 0. 18， 0. 23， 0. 31， 0. 11， 0. 07， 0. 1 。 00． 1250． 3750． 5 000． 80． 2 00． 30． 30． 4 0 0 0 0 0． 2 0． 3 0． 7 0． 2 0． 3 0． 2 0． 5 0． 4 0 0 0 0． 1 0． 1                   0 0， 0. 1595， 0. 4655， 0. 357， 0， 018 公共建筑 B 的节能总评价结果 Q q1， q2， q3， Λ， q5 0， 0． 1595， 0． 4655， 0． 357， 0， 018 将公共建筑综合节能总评结果与公共建筑节能 综合评价的评价尺度集进行运算得到公共建筑综合 节能改造的最后得分 ScoreB QN q1， q2， q3， q 5 n1 n2 n3 n4 n                5 0， 0． 1595， 0． 4655， 0． 357， 0， 018 0． 9 0． 7 0． 5 0． 3 0．               1 0． 45337 同理， 可以计算得到天津市其他几个公共建筑的 节能 综 合 评 价 得 分ScoreA 0. 08275、ScoreC 0. 69325、ScoreD 0. 90635、ScoreE 0. 32867、 ScoreF0. 72057。对天津市 6 个公共建筑的评价得 分进行排序可发现 公共建筑 D 的得分大于 0. 9， 表 明该建筑的节能水平符合节能标准; 公共建筑 A 的 得分小于 0. 1， 说明该建筑节能效果很差， 不具备改 造价值， 应该对其进行拆毁重建; 其他建筑物改造时 间顺序的排序为 E、 B、 C、 F。该顺序将建筑节能改造 资金效用发挥最大， 使节能改造取得最佳效果。将上 述公共建筑进行改造后， 专家可再次对改造后的建筑 进行打分， 然后重复上述计算过程， 即可得到该公共 建筑节能改造后的评价得分， 确定该节能改造是否达 到预期改造标准， 利用简单的计算过程完成改造结果 的定量评价。 4结语 针对天津市公共建筑节能改造建设项目评价的 现状和特点， 根据当前公共机构节能改造的主要影响 因素， 利用模糊综合评价法对需要进行节能改造的公 共建筑进行评价， 并量化得分， 使天津市在客观条件 存在局限性时节能改造经费充分发挥效用。同时， 该 模糊综合评价体系还可应用于改造后的公共建筑改 造结果评价中， 用量化的结果评价公共建筑节能改造 是否达到预期改造标准。在节能影响因素即评价因 素的选择上， 是通过 DELPHI 法进行筛选结果， 具有 代表性， 满足公共建筑节能评价因素的筛选原则要 求。天津市公共建筑节能改造模糊综合评价方法， 可 操作性强， 评价结果可靠有效， 可对天津市公共建筑 节能改造工作进行有效量化的决策辅助和效果评价。 参考文献 ［1］张伟， 张志刚， 刘贤崇． 天津市公共建筑能耗调研与分析［J］． 煤气与热力， 2011， 31 3 24- 26． ［2］胡永宏， 贺思辉． 综合评价方法［ M］． 北京 科学出版社， 2000． ［3］惠敏， 付萍． 基于熵权的多级模糊综合评价的应用［J］ ． 华北电 力大学学报， 2005， 32 5 104- 107. ［4］王清勤， 何维达． 既有公共建筑节能改造评价指标体系构建的 探讨［ J］． 建筑节能， 2011， 39 4 73- 76． ［5］张东升， 张吉雄， 张先尘． 工作面煤层地质条件开采工艺性的 模糊综合评价［J］． 系统工程学报， 2002， 17 3 252- 256． ［6］Linstone H A，Turoff M．The Delphi - Techniques and Applications［ M］ ． New York Addison- Wesley， 2001． ［7］穆荣平， 任中保， 袁思达， 等． 中国未来 20 年技术预见德尔菲调 查方法研究［ J］ ． 科研管理， 2006， 27 1 1- 7． ［8］田军， 张朋柱， 王刊良， 等． 基于德尔菲法的专家意见集成模型 研究［ J］． 系统工程理论与实践， 2004 1 57- 69. ［9］潘峰， 付强， 梁川． 模糊综合评价在水环境质量综合评价中格 的研究应用［ J］ ． 环境工程， 2002， 20 2 58- 61. ［ 10］赵晓煜， 汪定伟． 选择分销商的模糊综合评判方法［J］． 管理 工程学报， 2002 2 118- 21． 作者简介 李欣 1985 － ， 女， 硕士， 主要从事系统工程、 信息化和技术 经济与管理学方向的研究。lx2319126． com 921 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment