基于组合赋权法的半透明光伏窗设计方案评价方法

技术领域

本发明属于半透明光伏窗设计方案评价技术领域，具体涉及一种基于组合赋权法的半透明光伏窗设计方案评价方法。

背景技术

光伏窗一般是指使用由双层玻璃封装的半透明光伏组件来取代传统玻璃而构成的窗户系统。光伏窗不透明(或半透明)的电池部分可以通过光伏效应发电，而透明(或半透明)部分则可以实现自然采光以及室内外的视觉信息交流。光伏窗作为一种新型节能外窗，除具有一般外窗满足室内采光、室内外通风以及美观性的功能外，同时能够利用窗内的光伏组件的光电效应产生清洁电力；因此，其除具有发电性能外，光伏窗还具有很好的建筑潜力。一方面，它可以通过减少室内太阳得热而降低空调制冷能耗；另一方面，合理设计的光伏窗还可以最大程度地利用自然采光并改善视觉不舒适性。因此，经过优化设计的光伏窗不仅可以发电，还可以通过降低太阳得热量和调控入射太阳辐射从而减少建筑物空调能耗、改善自然采光效果和提高视觉舒适性，进而可以为零能耗建筑以及具有较大窗墙比的高层办公建筑节能提供了一个非常好的建筑节能解决方案。在进行光伏外窗的设计时，要重点考虑如何减少外窗传热造成的建筑能耗和保证合理的采光环境之间的问题。

现有对半透明光伏窗设计的研究大多是以建筑净能耗作为评价指标，仅针对单一目标参数进行设计方案的优化。也有一些学者以自然采光潜力和节能潜力作为评价指标，对半透明光伏窗的关键设计参数进行优化研究。然而，理想的半透明光伏窗设计方案不仅需要最大限度地节约能源消耗，还应营造良好的室内光热环境，以满足人体视觉舒适与热舒适的需求。目前，同时以自然采光环境舒适性、热环境舒适性以及建筑节能潜力为优化目标，评价析半透明光伏窗设计方案的研究十分有限。

而在多目标决策问题中，优化目标的权重确定是一个核心问题，权重的确定方法主要有主观赋权法与客观赋权法。客观赋权法是一种基于原始数据求解的方法，利用指标值的信息量、相关性或变异程度等确定权重。而主观赋权法可以根据设计师的工程经验、行业规范以及学术研究等方面来确定各优化目标的权重值。此外，客观赋权法依赖属性之间的差异，容易导致结果出现偏差；而主观赋权法可能由于被调查专家缺少相关经验而导致权重比例不合理。为了避免单一赋权方法的局限性，有效提高指标权重的合理性，本发明采用组合赋权法综合考虑主客观因素，来获得优化目标的权重值。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种基于组合赋权法的半透明光伏窗设计方案评价方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于组合赋权法的半透明光伏窗设计方案评价方法，包括以下步骤：

S1：确定半透明光伏窗评价体系；

S2：采用专家调查法确定半透明光伏窗设计指标的主观权重；

S3：采用熵权法确定光伏窗设计指标的客观权重；

S4：通过组合权重确定方法得到各指标的综合权重；

S5：应用通过组合赋权法确定的权重，结合灰色关联改进型TOPSIS算法对半透明光伏窗设计方案进行评价。

进一步的，步骤S1中，半透明光伏窗评价体系中包括热环境舒适性、自然采光环境舒适性、建筑节能潜力。

进一步的，步骤S1中，采用-1＜PMV＜1的区域占比作为热环境舒适性评价指标；采用简化自然采光眩光概率(DGPs)＜0.35时的区域占比作为自然采光环境下人体视觉舒适的评价指标；采用建筑节能率作为建筑节能潜力的评价指标。

进一步的，步骤S2包括以下步骤：

S2.1通过专家排序法确定半透明光伏窗建筑各方面性能的权重值，专家排序法是根据选取的评价问题的影响因素，按照其重要性高低，请相关行业专家依次排序，最重要的因素排序为1，其次为2，依次类推；半透明光伏窗建筑设计方案要评价的影响因素有3个，设参与评价的专家有m个，则评价结果可以整理为一个m行3列的数表；其中，每个影响因素的排位称为该影响因素的秩，当把m个专家的评价结果中有关该影响因素的排位序号相加，则可以得到该影响因素的秩和，以R

S2.2采用χ

进一步的，步骤S3中包括以下步骤：

S3.1构建评价矩阵X＝(x

S3.2对评价矩阵进行标准化；为消除不同指标不同量纲的影响，

方便各指标间进行比较，对不同性质的指标采取不同的标准化处理，将其标准化为属于区间[0,1]的数值，具体处理法如下：

对于指标值越大对最终结果有益的指标，称为效益型指标，无量纲标准化处理为：

对于指标值越小对最终结果有益的指标，称为成本型指标，无量纲标准化处理为：

S3.3将标准化后的评价矩阵Y＝(y

S3.4由归一化矩阵的数据得到第i个指标的熵值表达式为：

S3.5利用熵值法对权重赋权，权重w

进一步的，步骤S4中，组合权重值计算方法为

进一步的，步骤S5中灰色关联改进型TOPSIS算法包含以下步骤：

S5.1根据得到的权重对标准化的评价矩阵进行加权处理，公式为：

z

其中，w

得到加权处理后的矩阵为：

在矩阵Z中选取三个指标中每个指标的最理想值所构成的参考数列Z

S5.2确定灰色关联系数矩阵

计算第i个方案与理想解关于第i个指标的灰色关联系数ξ

式中，p为分辨系数，取值为0.5。

S5.3以灰色关联系数矩阵ξ

正理想解为：

负理想解为：

计算第j个方案到正理想解和负理想解的距离，(1≤j≤n)到正理想解的距离为：

到负理想解的距离为：

在得到每个方案到正理想解和负理想解的距离后，计算各方案的相对关联度：

S5.4对各方案的相对关联度进行排序，相对关联度越大，方案越佳。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明是综合考虑了半透明光伏窗建筑室内热环境、自然采光环境、建筑节能水平而提出的半透明光伏窗设计方案的评价方法，并且采用组合赋权的方法给各指标赋予了不同权重值，使评价方法更加合理。本发明评价方法将主观权重和客观权重相结合，综合考虑了主客观因素，避免了单一赋权方法的局限性，有效地提高了指标权重的合理性。

附图说明

图1为本发明评价方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都将属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于组合赋权法的半透明光伏窗设计方案评价方法，包括：

S1：确定半透明光伏窗评价体系；

S2：采用专家调查法确定半透明光伏窗设计指标的主观权重；

S3：采用熵权法确定光伏窗设计指标的客观权重；

S4：通过组合权重确定方法得到各指标的综合权重；

S5：应用通过组合赋权法确定的权重，结合灰色关联改进型TOPSIS算法对半透明光伏窗设计方案进行评价。

所述步骤S1中，半透明光伏窗评价体系中包括热环境舒适性、自然采光环境舒适性、建筑节能潜力；采用-1＜PMV＜1的区域占比作为热环境舒适性评价指标；采用简化自然采光眩光概率(DGPs)＜0.35时的区域占比作为自然采光环境下人体视觉舒适的评价指标；采用建筑节能率作为建筑节能潜力的评价指标。

所述步骤S2中，包含以下步骤：

S2.1通过专家排序法确定半透明光伏窗建筑各方面性能的权重值；专家排序法是根据选取的评价问题的影响因素，按照其重要性高低，请相关行业专家依次排序，最重要的因素排序为1，其次为2，依次类推。本发明中半透明光伏窗建筑设计方案要评价的影响因素有3个，设参与评价的专家有m个，则评价结果可以整理为一个m行3列的数表；其中，每个影响因素的排位称为该影响因素的秩，当把m个专家的评价结果中有关该影响因素的的排位序号相加，则可以得到该影响因素的秩和，一般以R

S2.2采用χ

所述步骤S3中，包括以下步骤：

S3.1构建评价矩阵X＝(x

S3.2对评价矩阵进行标准化；为消除不同指标不同量纲的影响，方便各指标间进行比较，需对不同性质的指标采取不同的标准化处理，本发明将其标准化为属于区间[0,1]的数值，具体处理法如下；

对于指标值越大对最终结果有益的指标，称为效益型指标，无量纲标准化处理为：

对于指标值越小对最终结果有益的指标，称为成本型指标，无量纲标准化处理为：

S3.3将标准化后的评价矩阵Y＝(y

S3.4由归一化矩阵的数据得到第i个指标的熵值表达式为：

S3.5利用熵值法对权重赋权，权重w

所述步骤S4中，组合权重值计算方法为

所述步骤S5中，灰色关联改进型TOPSIS算法包含以下步骤：

S5.1根据得到的权重对标准化的评价矩阵进行加权处理，公式为：

z

其中，w

得到加权处理后的矩阵为：

在矩阵Z中，选取三个指标中每个指标的最理想值所构成的参考数列Z

S5.2确定灰色关联系数矩阵

计算第i个方案与理想解关于第i个指标的灰色关联系数ξ

式中，p为分辨系数，取值为0.5。

S5.3以灰色关联系数矩阵ξ

正理想解为：

负理想解为：

计算第j个方案到正理想解和负理想解的距离，(1≤j≤n)到正理想解的距离为：

到负理想解的距离为：

在得到每个方案到正理想解和负理想解的距离后，计算各方案的相对关联度：

S5.4对各方案的相对关联度进行排序，相对关联度越大，方案越佳。

下面结合一个具体的实施例对上述的本发明方法进行详细的说明：

一种基于组合赋权法的半透明光伏窗设计方案评价方法，包括：

S1确定半透明光伏窗设计方案评价体系。本实施例通过半透明光伏窗室内热环境舒适性、自然采光环境舒适性和建筑节能潜力三方面对半透明光伏窗设计方案进行评价；分别采用-1＜PMV＜1的区域占、简化自然采光眩光概率(DGPs)＜0.35时的区域占比和建筑节能率作为建筑节能潜力的评价指标。

S2采用专家调查法确定半透明光伏窗设计指标的主观权重，具体包括：

S2.1通过专家排序法确定半透明光伏窗建筑各方面性能的权重值。

专家排序法是根据选取的评价问题的影响因素，按照其重要性高低，请相关行业专家依次排序，最重要的因素排序为1，其次为2，依次类推。本实施例中的参与评价的专家有300个，总共收集的有效问卷为293份。半透明光伏窗建筑设计方案要评价的影响因素有3个，将评价结果整理为293行3列的数表。得到各影响因素的秩和后，通过权重计算公式

表1权重值结果

S2.2采用χ

表2权重值显著性检验结果

S3采用熵权法确定光伏窗设计指标的客观权重，具体包括：

S3.1构建评价矩阵X＝(x

S3.2对评价矩阵进行标准化。DGPs占比、PMV占比、建筑节能率三个指标值均是指标值越大对最终结果有益的指标，为效益型指标，无量纲标准化处理为：

得到标准化的评价矩阵：

S3.3将标准化后的评价矩阵Y＝(y

得到归一化矩阵

S3.4由归一化矩阵的数据得到第i个指标的熵值表达式为：

S3.5利用熵值法对权重赋权，权重w

得到的三个指标的熵值和权重值如表3所示

表3不同指标的熵值和权重值

S4由客观权重值和主观权重值计算组合权重值，计算方法为

表4综合权重值

S5应用通过组合赋权法确定的权重，结合灰色关联改进型TOPSIS算法对半透明光伏窗设计方案进行评价，具体包括：

S5.1根据得到的权重对标准化的评价矩阵进行加权处理。公式为：

z

其中，w

得到加权处理后的矩阵为：

在矩阵Z中选取三个指标中每个指标的最理想值所构成理想解，即Z

S5.2确定灰色关联系数矩阵

计算第i个方案与理想解关于第i个指标的灰色关联系数ξ

式中，p为分辨系数，取值为0.5。

计算得灰色关联矩阵：

S5.3以灰色关联系数矩阵ξ

正理想解为：

负理想解为：

此例中正理想解为

计算第j个方案到正理想解和负理想解的距离,(1≤j≤n)到正理想解的距离为：

到负理想解的距离为：

在得到每个方案到正理想解和负理想解的距离后，计算各方案的相对关联度：

各方案到正负理想解的距离和相对关联度如表5所示：

表5各方案到正负理想解的距离和相对关联度

S5.4对各方案的相对关联度进行排序，相对关联度越大，方案越佳。

由表可知，各方案相对关联度方案四＞方案五＞方案三＞方案六＞方案二＞方案一，由此可知，40％透过率，3m进深时，窗墙比为50％的方案最佳。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。