城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法

1.本发明公开了一种城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，属于浅层地温能开发利技术领域。


背景技术：

2.合理开发利用浅层地温能对于调整能源结构和推进可再生能源的发展是非常有必要的。
3.目前，很多学者和专家开展了浅层地温能开发利用的相关研究，但现有的研究大多侧重于地源热泵系统的运行能效对开发利用的影响测评。直接使用地源热泵系统的运行能效测评一个地区是否利于开发浅层地温能是单一的、不准确的，会造成测评结果存在较大的不确定性，不能真实反映浅层地温能开发利用潜力。


技术实现要素：

4.本发明的目的是是克服现有技术的上述不足，提供一种城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，旨在实现精准测评城市浅层地温能开发利用潜力，真实反映浅层地温能开发利用潜力，为推广浅层地温能开发利用提供依据。
5.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
6.城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，包括以下步骤：
7.(1)确定能反映城市浅层地温能开发利用潜力的评测指标，构建城市浅层地温能开发利用潜力的评测指标体系；
8.(2)采用层次分析法确定各所述评测指标的权重；
9.(3)根据各所述评测指标的权重，采用模糊综合评判法，确定城市浅层地温能开发利用潜力的综合测评结果。
10.步骤(1)中，所述评测指标包括：分布特征与赋存条件、开发利用条件；所述分布特征与赋存条件包括：适宜性分区和潜力分区；所述开发利用条件包括：城市规划、扶持政策、运行效果；其中，分布特征与赋存条件、开发利用条件为一级评测指标，适宜性分区、潜力分区、城市规划、扶持政策和运行效果为二级评测指标。
11.步骤(1)中，所述评测指标的获得方式：数据收集、数据处理。数据收集：收集与地区浅层地温能开发利用相关的社会经济、气象水文、地质、水文地质、工程地质、环境地质、地热地质以及以往地下水开发利用和浅层地温能调查评价成果、浅层地温能示范工程建设资料、浅层地温能专题研究工作成果、浅层地温能相关文献等资料。数据处理：将调查表格、调查记录本及监测数据等资料进行分析处理，利用调查参数计算出每100m2供暖/制冷面积的工程换热功率w；冬、夏两季单位面积(每百平方米)耗电量q1、q2；冬夏两季输出功率与输入功率比值即cop值(w/w)；相比当地传统供暖/制冷同时段制冷费的节煤量t(每百平方米)。
12.步骤(2)中，所述评测指标的权重的确定方法，包括以下步骤：
13.以城市浅层地温能开发利用潜力评测指标体系中的各评测指标为元素构建评价因素集；
14.将城市浅层地温能开发利用潜力划分为不同等级，以各潜力等级为元素构建潜力等级集；
15.确定开发利用潜力评测指标体系中各评测指标的隶属度；所述隶属度是指评测指标隶属于各种潜力等级的程度；隶属度可以采用专家评定法确定或采用公式法确定；
16.根据各评测指标的隶属度建立各评测指标的评价矩阵r；
17.给出评价矩阵中的每一评价因素的权重a，构建权重分配矩阵a；
18.对权重a的值进行一致性检验；如果权重a的值满足一致性，则所述评测指标的权重为a；如果权重a的值不满足一致性，需要重新给出所述评测指标的权重a的值，至所给出的权重a的值满足一致性。
19.所述潜力等级集v＝{v1,v2,v3,v4}，其中，v1,v2,v3,v4代表不同的浅层地温能开发利用潜力等级：好、中、差、非常差。
20.所述适宜性分区、城市规划、扶持政策采用专家评定法确定其的隶属度。
21.所述潜力分区、运行效果分区采用公式法确定各其隶属度。
22.对权重a的值进行一致性检验的方法：根据权重分配矩阵a和评价矩阵r计算评价矩阵的最大特征根和对应的特征向量，最大特征根和对应的特征向量对权重分配矩阵a进行一致性检验：当一致性比率cr《0.1时，采用该权重分配矩阵a；当一致性比率cr≥0.1时，需要重新给出权重分配矩阵a，直至一致性比率cr《0.1；
[0023][0024]
其中，λ
max
表示评价矩阵的最大特征根，n为评价矩阵矩阵阶数，ri为随机一致性评测指标，ci为一致性评测指标，cr为一致性比率；
[0025]
ri的值由下表确定：
[0026]
n12345678910ri000.580.901.121.241.321.411.451.49。
[0027]
步骤(3)采用模糊综合评判法确定城市浅层地温能开发利用潜力的综合测评结果是指采用模糊综合评判法获得二级评测指标的测评结果。
[0028]
采用模糊综合评判法获得二级评测指标的测评结果，包括以下步骤：
[0029]
两个一级评测指标的评价矩阵r1、r2及权重分配矩阵a1、a2采用加权平均运算方法，经模糊运算，可得两个一级评测指标的测评结果b1和b2；b1＝a1:r1＝(b
11
,b
12
,b
13
,b
14
)；b2＝a2:r2＝(b
21
,b
22
,b
23
,b
24
)；
[0030]
根据一级评测指标的测评结果b1和b2获得二级评测指标的权重向量c,c＝(b1,b2)；
[0031]
二级评测指标的权重向量c通过一级模糊运算结果组成矩阵d；
[0032]
二级评测指标的权重向量c和矩阵d采用主因素突出型运算方法，可得二级评测指标的测评结果e：e＝c*d＝(e1，e2，e3，e4)。
[0033]
根据二级评测指标的测评结果求得模糊质量指数fqi；fqi值越大，表面城市浅层
地温能开发利用潜力越大；其中，j为什么的等级数，k为参数，k＝2，3，4，
…
。
[0034]
本发明的有益效果：
[0035]
本发明通过评测指标之间的隶属度，建立矩阵，进一步通过模糊数学测评处理得出各指标的权重；即，采用层次分析法获取个评测指标的权重；最后结合该权重使用模糊综合测评法得到浅层地温能开发利用潜力的综合测评结果。本发明结合层次分析法进行二级模糊综合评判，使模糊综合分析方法更加完善，测评结果更加真实；可准确测评城市浅层地温能开发利用的潜力，并且进一步认识到影响城市浅层地温能开发利用的因素，对于城市合理开发利用浅层地温能，区域规划具有重要意义。
附图说明
[0036]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0037]
图1为本发明实施例提供的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法的流程示意图；
[0038]
图2为本发明实施例的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法中，采用层次分析法确定各所述评测指标的权重的流程示意图；
[0039]
图3为本发明实施例的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法中评测指标层次结构图。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0041]
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0042]
一种城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，包括以下步骤：
[0043]
1.1数据收集：收集与地区浅层地温能开发利用相关的社会经济、气象水文、地质、水文地质、工程地质、环境地质、地热地质以及以往地下水开发利用和浅层地温能调查测评成果、浅层地温能示范工程建设资料、浅层地温能专题研究工作成果、浅层地温能相关文献等资料。
[0044]
1.2数据处理：将调查表格、调查记录本及监测数据等资料进行分析处理，利用调查参数计算出每100m2供暖/制冷面积的工程换热功率w；冬、夏两季单位面积(每百平方米)耗电量q1、q2；冬夏两季输出功率与输入功率比值即cop值(w/w)；相比当地传统供暖/制冷同时段制冷费的节煤量t(每百平方米)。
[0045]
工程冬夏两季cop值计算方法为：
[0046]
c＝(c
x
+cd)/2
[0047]cx
＝w
x1
/w
x2
[0048]cd
＝w
d1
/w
d2
[0049]
其中：c为冬夏两季cop均值，w
x1
夏季工程输出功率，w
x2
为夏季工程输入功率；w
d1
为冬季工程输出功率，w
d2
为冬季工程输入功率，c
x
为夏季cop值，cd为冬季cop值。
[0050]
进一步优选，单位面积(每百平方米)耗电量q：
[0051]
q＝100(q1+q2)/s*t
[0052]
其中：q1为冬季统计用电量，q2为夏季统计用电量，s为工程供暖/制冷面积，t为多年平均运行时长。
[0053]
进一步优选，工程每百平方米换热功率kw/100m2计算方法：
[0054]
w＝100
×c·
ρ
·q·
δt/s
[0055]
δt＝(t
1-t2)
[0056]
其中：w为换热功率，kw，ρ为水的比热容，取4.2kj/kg
·
℃，q为流量，(l/min)，t1为地源热泵进口温度，t2为地源热泵出口温度，s为工程供暖/制冷面积。
[0057]
进一步优选，每百平方米节煤量t(kg)计算方法：
[0058]
t＝100(t1+t2)/s
[0059]
t1＝210(6.76
×
10-3
·
t1·
s-0.1299q1)/t0[0060]
t2＝210(8.6
×
10-3
·
t1·
s-0.1299q2)/t0[0061]
其中：q1为工程冬季实际用电量，kw，q2为工程夏季实际用电量，kw，t1为冬季节煤量，t2为夏季节煤量，t0为工程实际运行天数，t1为工程冬季运行小时数，t2为工程夏季运行小时数，s为各工程实际供暖/制冷面积。
[0062]
1.3从已收集的数据集中筛选出影响城市浅层地温能开发利用潜力的评测指标，构建城市浅层地温能开发利用潜力的评测指标体系；
[0063]
本实施例选取能反映城市浅层地温能开发利用潜力的评测指标过程中，将一级评测指标分为两类：一类是分布特征与赋存条件，包括浅层地温能适宜性分区、潜力分区；另一类是开发利用条件，包括城市规划、扶持政策、运行效果。
[0064]
对于分布特征与赋存条件，各评测指标对应的含义如下：
[0065]
浅层地温能适宜性分区：对于研究区域浅层地温能开发利用的地质条件是否适宜，主要分为适宜性好、中、差三个等级；
[0066]
潜力分区：浅层地温能单位供暖潜力的大小，主要分为高中低三类；
[0067]
对于开发利用条件，各评测指标对应的含义如下：
[0068]
城市规划：主要考虑各地市、区县最新城市开发利用规划及土地利用规划，规划系数的多少影响着浅层地温能潜力的大小，同时这些规划也是城市未来发展的方向，根据规划和用地类型的不同，把社会影响力比较大的公建作为第一类，未来潜力巨大的工业用地作为第二类，第三类就是比较普遍的住宅类，而第四类属于城市建成区，开发潜力小适合改造，第五类为其他用地，现在不适合开发，待条件允许后再开发；
[0069]
扶持政策：扶持政策出台量的多少及级别；
[0070]
运行效果：地源热泵系统运行效果；
[0071]
其中，适宜性分区、潜力分区、城市规划、扶持政策和运行效果为二级评测指标。
[0072]
2.1根据对浅层地温能开发利用区划影响因素的系统分析，以城市浅层地温能开发利用潜力评测指标体系中的各评测指标为元素构建评价因素集u；
[0073]
u＝{u1,u2,u3,.......um},其中，u1,u2,
…
,um代表评测指标,m为评测指标的数量。
[0074]
2.2将城市浅层地温能开发利用潜力划分为不同等级，以各潜力等级为元素构建浅层地温能开发利用区划分区潜力等级集v；
[0075]
v＝{v1,v2,v3,v4}，其中，v1,v2,v3,v4代表不同的浅层地温能开发利用潜力等级：好、中、差、非常差。
[0076]
2.3确定开发利用潜力评测指标体系中各评测指标的隶属度：
[0077]
对于适宜性分区、城市规划、扶持政策3个离散型变量，采用专家评定法确定各评测指标的隶属度，各评测指标的隶属度的值见下表：
[0078][0079]
对于潜力分区、运行效果分区2个连续变量，采用公式法确定各评测指标的隶属度。
[0080]
其中，潜力分区分布这一评测指标的隶属函数如下：
[0081][0082][0083]
运行效果分布这一评测指标的隶属函数如下：
[0084][0085][0086]
上述隶属函数中；其中，x的含义是这一项评测指标的实际值，代入隶属度函数求出潜力各等级的值；
[0087]
2.4根据各评测指标的隶属度建立各评测指标的评价矩阵r；
[0088]
利用隶属度对各项评测指标进行评价，其结果为潜力等级集v的模糊子集，对于第i个评测指标，其模糊子集为：
[0089]ri
＝{r
i1
，r
i2
，r
i3
，r
i4
}；式中：i分别代表评测指标的编号。
[0090]
所以，u和v之间存在模糊关系，故某一评测指标的评价矩阵r为：
[0091][0092]
评价矩阵r中，p代表潜力等级，q代表隶属度，1代表好，2代表中，3代表差，4代表非常差；r11为p＝1，q＝1，即，潜力等级高、隶属度好；r11的值是指评测指标潜力等级高、隶属度好的值。
[0093]
2.5给出评价矩阵中的每一评价因素r
pq
的权重a，构建权重分配矩阵a；
[0094]
各评价因素的权重a的值应满足下列关系：其中，m为评价因素r
pq
的个数；
[0095]
2.6：对权重a进行一致性检验:
[0096]
根据权重分配矩阵a和评价矩阵r计算评价矩阵的最大特征根和对应的特征向量，最大特征根和对应的特征向量对权重分配矩阵a进行一致性检验：当一致性比率cr《0.1时，采用该权重分配矩阵a；当一致性比率cr≥0.1时，需要重新给出权重a，根据重新给出的权重a构建新的权重分配矩阵a，直至一致性比率cr《0.1；
[0097][0098]
其中，λ
max
表示评价矩阵的最大特征根，n为评价矩阵矩阵阶数，ri为随机一致性评测指标，ci为一致性评测指标，cr为一致性比率；
[0099]
ri的值由下表确定：
[0100]
n12345678910ri000.580.901.121.241.321.411.451.49
[0101]
3.1计算获得一级评测指标的测评结果b：
[0102]
根据两个一级评测指标的评价矩阵r1、r2及权重分配矩阵a1、a2，采用加权平均运算方法，经模糊运算，可得两个一级评测指标的测评结果b1和b2；
[0103]
b1＝a1:r1＝(b
11
,b
12
,b
13
,b
14
)
[0104]
b2＝a2:r2＝(b
21
,b
22
,b
23
,b
24
)；
[0105]
3.2计算获得二级评测指标的测评结果e；
[0106]
根据一级评测指标的测评结果b1和b2获得二级评测指标的权重向量c,c＝(b1,b2)；
[0107]
二级评测指标的权重向量c通过一级模糊运算结果组成矩阵d；
[0108]
二级评测指标的权重向量c和矩阵d采用主因素突出型运算方法，可得二级评测指标的测评结果e：e＝c*d＝(e1，e2，e3，e4)；
[0109]
最后采用下式求得模糊质量指数fqi，该指数全面应用二级评测指标的测评结果e的信息，且在数值上具有连续性：
[0110]
其中，j为什么的等级数，k为参数，k＝2，3，4，
…
；
[0111]
模糊质量指数实际上反映了测评单元浅层地温能开发利用分区的好坏，fqi值越大，表面城市浅层地温能开发利用潜力越大，约适合开发浅层地温能。
[0112]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定能反映城市浅层地温能开发利用潜力的测评指标，构建城市浅层地温能开发利用潜力的测评指标体系；(3)采用层次分析法确定各所述测评指标的权重；(3)根据各所述测评指标的权重，采用模糊综合评判法，确定城市浅层地温能开发利用潜力的综合测评结果。2.根据权利要求1所述的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，其特征在于，步骤(1)中，所述测评指标包括：分布特征与赋存条件、开发利用条件；所述分布特征与赋存条件包括：适宜性分区和潜力分区；所述开发利用条件包括：城市规划、扶持政策、运行效果；其中，分布特征与赋存条件、开发利用条件为一级测评指标，适宜性分区、潜力分区、城市规划、扶持政策和运行效果为二级测评指标。3.根据权利要求1所述的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，其特征在于，所述测评指标的获得方式：数据收集、数据处理。4.根据权利要求2所述的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，其特征在于，步骤(2)中，所述测评指标的权重的确定方法，包括以下步骤：以城市浅层地温能开发利用潜力测评指标体系中的各测评指标为元素构建评价因素集；将城市浅层地温能开发利用潜力划分为不同等级，以各潜力等级为元素构建潜力等级集；确定开发利用潜力测评指标体系中各测评指标的隶属度；所述隶属度是指测评指标隶属于各种潜力等级的程度；隶属度可以采用专家评定法确定或采用公式法确定；根据各测评指标的隶属度建立各测评指标的评价矩阵r；给出评价矩阵中的每一评价因素的权重a，构建权重分配矩阵a；对权重a的值进行一致性检验；如果权重a的值满足一致性，则所述测评指标的权重为a；如果权重a的值不满足一致性，需要重新给出所述测评指标的权重a的值，至所给出的权重a的值满足一致性。5.根据权利要求4所述的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，其特征在于，所述潜力等级集v＝{v1,v2,v3,v4}，其中，v1,v2,v3,v4代表不同的浅层地温能开发利用潜力等级：好、中、差、非常差。6.根据权利要求4所述的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，其特征在于，所述适宜性分区、城市规划、扶持政策采用专家评定法确定其的隶属度。7.根据权利要求4所述的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，其特征在于，所述潜力分区、运行效果分区采用公式法确定各其隶属度。8.根据权利要求4所述的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，其特征在于，步骤(3)采用模糊综合评判法确定城市浅层地温能开发利用潜力的综合测评结果是指采用模糊综合评判法获得二级测评指标的测评结果。9.根据权利要求8所述的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，其特征在于，采用模糊综合评判法获得二级测评指标的测评结果，包括以下步骤：两个一级测评指标的评价矩阵r1、r2及权重分配矩阵a1、a2采用加权平均运算方法，经模
糊运算，可得两个一级测评指标的测评结果b1和b2；b1＝a1:r1＝(b
11
,b
12
,b
13
,b
14
)；b2＝a2:r2＝(b
21
,b
22
,b
23
,b
24
)；根据一级测评指标的测评结果b1和b2获得二级测评指标的权重向量c,c＝(b1,b2)；二级测评指标的权重向量c通过一级模糊运算结果组成矩阵d；二级测评指标的权重向量c和矩阵d采用主因素突出型运算方法，可得二级测评指标的测评结果e：e＝c*d＝(e1，e2，e3，e4)。10.根据权利要求8所述的城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，其特征在于，根据二级测评指标的测评结果求得模糊质量指数fqi；fqi值越大，表面城市浅层地温能开发利用潜力越大；其中，j为什么的等级数，k为参数，k＝2，3，4，
…
。

技术总结
本发明公开了一种城市浅层地温能开发利用潜力的测评方法，属于浅层地温能开发利技术领域。本发明通过：确定能反映城市浅层地温能开发利用潜力的评测指标，构建城市浅层地温能开发利用潜力的评测指标体系；采用层次分析法确定各所述评测指标的权重；根据各所述评测指标的权重，采用模糊综合评判法，确定城市浅层地温能开发利用潜力的综合测评结果。本发明结合层次分析法进行二级模糊综合评判，使模糊综合分析方法更加完善，测评结果更加真实；可准确测评城市浅层地温能开发利用的潜力，并且进一步认识到影响城市浅层地温能开发利用的因素，对于城市合理开发利用浅层地温能，区域规划具有重要意义。划具有重要意义。划具有重要意义。


技术研发人员：高志友 张呈伟 邵琦 陈涛 孙明远 尹会永 王炳凤 马立丹
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/9/14