[摘 要] 本文分析2014年11月至2015年3月遼寧省錦州市農(nóng)村某供暖處供暖期內(nèi)氣象要素和農(nóng)村供熱溫度的關(guān)系，得出氣象要素與供暖溫度關(guān)系方程，劃分冷空氣來臨時(shí)供暖應(yīng)急等級，繪制供暖曲線圖，從而為農(nóng)村人口居住取暖和大棚等經(jīng)濟(jì)作物的供暖提供指導(dǎo)。

[關(guān)鍵詞] 供回水溫差；氣象要素；農(nóng)村人口；溫室大棚

[中圖分類號] TU832 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）34-91-2

在采暖期間，大氣污染物的50%和總懸浮顆粒物的40%來自燃煤。我國北方農(nóng)村地區(qū)、城鄉(xiāng)結(jié)合部仍然采取燃燒煤炭來進(jìn)行冬季供暖，如何在寒冷的季節(jié)加大供暖力度，在溫暖的天氣里少燒煤是民生問題也是環(huán)保問題。尋求燒煤的最佳方案，對于緩解冬季的霧霾現(xiàn)象，減少污染有著重要意義。而供暖量的大小與氣象條件關(guān)系密不可分，看天燒煤取暖也越來越定量化，利用天氣預(yù)報(bào)氣象指導(dǎo)供暖溫度變得可行。

1 資料

1.1 氣象資料的選取

選取2014年11月至2015年3月54337氣象觀測站資料。

1.2 氣象數(shù)據(jù)處理

在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候，預(yù)報(bào)員對天空狀況的預(yù)報(bào)沒有具體到總云量，比如，只是預(yù)報(bào)天空是晴是多云還是陰，而不是預(yù)報(bào)天空總云量有幾層，導(dǎo)致用預(yù)報(bào)值來計(jì)算供熱值實(shí)施起來有困難，所以對天空天氣狀況替代忽略了晴、多云、陰天造成的分析差異。天空天氣狀況表示為：①無降水（晴、多云、陰，或者微量降水）；②小雨（包括陣雨，24 h降水量0.1～9.9 mm），③小雪（24 h降水量<2.5 mm）；④小雨夾雪；⑤中雨（24 h降水量10.0～24.9 mm）；⑥中雪（2.6 mm<24 h降水量<5.0 mm）；⑦大雪（<5.0 mm）。風(fēng)向替換為：NE為1；E ENE ESE為2；SE為3；SSE S SSW為4；SW為5；WSWW WNW為6；NW為7，NNW N NNE為8。風(fēng)速替換為等級風(fēng)力。

1.3 供暖數(shù)據(jù)

2014年11月至2015年3月供暖期，每天供回水溫度。對某一個(gè)固定大小的取暖區(qū)域而言，由于供暖面積是一定的，供回水溫度差就可以理解為這些溫度是被取暖用戶消耗了的。所以，建立供回水溫差與氣象要素的關(guān)系是可行的。

2 模型

2.1 相關(guān)分析

把供回水溫差作為變量Y，天空天氣狀況X1、風(fēng)向替換X2、風(fēng)速等級X3、最高氣溫X4和最低氣溫X5作為自變量，利用SPSS18進(jìn)行相關(guān)性分析，供回水溫度和最高氣溫、最低氣溫、呈明顯的線性負(fù)相關(guān)。

2.2 全部進(jìn)入法確立模型

全部進(jìn)入法線性回歸計(jì)算，得到以下方程：

Y=31.443+1.478×X1-0.021×X2-0.313×X3-0.030×X4-0.124×X5 （1）

常量、最低氣溫、天空天氣現(xiàn)象這些變量的回歸系數(shù)顯著性t檢驗(yàn)概率P值小于顯著性水平0.05。最高氣溫、風(fēng)速等級、風(fēng)向替換這些氣象因子的P值大于顯著性水平0.05，這些氣象因子與供回水溫差的線性關(guān)系不顯著。

2.3 逐步回歸法確立模型

采用逐步回歸的方法得到2種模型：

Y=30.623-0.145×X5 （2）

Y=26.866+1.852×X1-0.154×X5 （3）

模型1，擬合度為0.667，通過P值小于0.05的顯著性檢驗(yàn)。模型2，擬合度為0.725，通過P值小于0.05的顯著性檢驗(yàn)。方程（3）由于選擇了更多的氣象因子，擬合度高于方程（2）。

3 檢驗(yàn)

利用2013年11月至2014年3月氣象數(shù)據(jù)與供暖數(shù)據(jù)，帶入以下3種模型進(jìn)行檢驗(yàn)：

Y=31.443+1.478×X1-0.021×X2-0.313×X3-0.030×X4-0.124×X5 （1）

Y=30.623-0.145×X5 （2）

Y=26.866+1.852×X1-0.154×X5 （3）

結(jié)果表明，理論值與實(shí)際供回水溫差之間大致一致，符合度較好，誤差基本在±20%矩形框內(nèi)，所以模型1是可以進(jìn)行供暖指導(dǎo)的。分別計(jì)算了3種模型的相對誤差，分別為11.44%、11.72%、12.18%。這三種誤差說明供暖公司在供熱過程中實(shí)際供給量與實(shí)際需求量存在12%左右的誤差。

4 模型確立與結(jié)論

建立模型是為了利用預(yù)報(bào)結(jié)論對供熱進(jìn)行指導(dǎo)，選擇氣象因子的時(shí)候引入了天空天氣現(xiàn)象，這個(gè)因子中考慮了降水量和天空的總云量，在實(shí)際的預(yù)報(bào)工作中，降水量預(yù)報(bào)比較準(zhǔn)確，預(yù)報(bào)員對總云量為晴、多云、陰沒有定量的預(yù)報(bào)，或者預(yù)報(bào)有一定難度，所以用預(yù)報(bào)來指導(dǎo)可能存在一定的偏差。所以，模型1、3應(yīng)用會(huì)有一定難度，或者對預(yù)報(bào)員會(huì)有額外的要求，所以放棄了模型1、3，采用了模型2，模型的誤差11.72%。

得出的結(jié)論是采暖的供回水溫度差與氣象要素中的最低氣溫呈密切相關(guān)，模型是Y=30.623-0.145×X5，供回水的溫度差與最低氣溫負(fù)相關(guān)。

5 應(yīng)用供暖方程指導(dǎo)農(nóng)村集中供暖

5.1 繪制供暖曲線圖

隨著城市化進(jìn)程的加快，農(nóng)村和城鄉(xiāng)結(jié)合部的供暖也在采用集中供暖的方式。集中供暖就需要提前繳納取暖費(fèi)，供暖的鍋爐房也要提前采購煤炭。這可以根據(jù)供暖的方程提前計(jì)算出每天供暖量，繪制供暖曲線，指導(dǎo)供暖，并利用天氣預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)微調(diào)供暖數(shù)據(jù)。

統(tǒng)計(jì)每天歷史累年的最低氣溫平均值帶入模型，繪制出供暖趨勢曲線。2009年11月至2015年3月，共6個(gè)供暖周期，將每天錦州54337基本站的最低氣溫的平均值帶入模型，繪制供暖趨勢曲線圖（見圖3）。

5.2 確定整個(gè)供暖期的煤炭采購量

錦州市政府要求室內(nèi)供暖的最低溫度是18 ℃。根據(jù)熱力學(xué)方程Q（總共熱量）=△T（供回水溫差）×M（水流量）×g（水的比熱）×S（面積）計(jì)算，一般按1 m2建筑面積水流量值2.0～2.5 kg/h估算，供回水溫差設(shè)計(jì)上是20 ℃，故M常取2.5 kg/h。標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為7 000 kCal/kg，水的比熱4.2×103 J/（kg·℃），可以估算出一天需要多少煤，累加后計(jì)算出需要儲(chǔ)備多少煤。

煤公斤數(shù)=（30.623-0.145×X5）×M（水流量）×g（水的比熱）×S（面積）×煤熱值-1=（30.623-0.145×X5）×2.5kg/h×4.2×103 J/（kg·℃）×7 000 kCal/kg×S（面積） （4）

5.3 供暖應(yīng)急等級劃分

冷空氣來臨時(shí)，必須加大供熱。可根據(jù)冷空氣造成的降溫幅度確定供暖應(yīng)急等級。冷空氣等級劃分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)中國氣象局政策法規(guī)司編制的GB/T20484-2006分為5個(gè)級別。按照不同等級冷空氣劃分標(biāo)準(zhǔn)，供熱應(yīng)急等級可分為相應(yīng)的4個(gè)等級。

5.3.1 供暖應(yīng)急等級Ⅰ級。弱冷空氣襲來，日最低氣溫48 h內(nèi)降溫幅度小于6 ℃，48 h供回水溫差最大提高8.7 ℃。

5.3.2 供暖應(yīng)急等級Ⅱ級。中等強(qiáng)度冷空氣襲來，日最低氣溫48 h內(nèi)降溫幅度小于8 ℃大于等于6 ℃，48 h供回水溫差應(yīng)提高8.7～11.6 ℃。

5.3.3 供暖應(yīng)急等級Ⅲ級。較強(qiáng)冷空氣和強(qiáng)冷空氣襲來，日最低氣溫48 h內(nèi)降溫幅度大于等于8 ℃，48 h供回水溫差應(yīng)提高11.6 ℃。這里只用考慮48 h降溫水平，所以把冷空氣的較強(qiáng)和強(qiáng)等級合并考慮應(yīng)急等級。

5.3.4 供暖應(yīng)急等級Ⅳ級。寒潮襲來，24 h降溫≥8 ℃，或者48 h內(nèi)降溫幅度≥10 ℃，或者72 h內(nèi)降溫幅度≥12 ℃時(shí)，24 h供回水溫差大于11.6 ℃，48 h供回水溫差提升大于14.6 ℃，72 h供回水溫差大于17.4 ℃。

6 大棚經(jīng)濟(jì)作物取暖

錦州市冬季的大棚作物以西紅柿、黃瓜、青椒等為主。以西紅柿培育為例，計(jì)算大棚供暖。西紅柿種子的發(fā)芽適宜溫度為25～30 ℃，最低溫度為12 ℃；幼苗白天適宜溫度為20～25 ℃，夜間為10～15 ℃；開花期白天適宜溫度為20～30 ℃，夜間為15～20 ℃；結(jié)果期白天適宜溫度為25～28 ℃，夜間為16～20 ℃。

溫棚的高度和寬度已知的情況下，按照下式計(jì)算：

M×△T×c水×s面積=C空氣×M×（t理想溫度-t當(dāng)前大棚溫度）×大棚空氣體積=S（面積）×煤熱值 （5）

式（5）中，M為水流量（kg/h），取2.5；煤的熱值為7 000 kCal/kg；S為大棚面積，固定大棚面積一定（m2）；△T為供回水溫差（℃）；c水為水的比熱，4.2×103 J/（kg·℃）；C空氣為空氣的比熱，3.1×103 J/（kg·℃）；C表示空氣的比熱；M表示空氣的質(zhì)量（可根據(jù)溫棚大小計(jì)算）。

通過方程（2）（5）即可輕松計(jì)算出西紅柿在發(fā)芽期、生長期、開花期、結(jié)果期等溫室大棚需求熱量、煤量。這有利于提前做好儲(chǔ)備工作，防止冷空氣襲來時(shí)遭受經(jīng)濟(jì)損失。也可根據(jù)冷空氣來臨的強(qiáng)度，來預(yù)報(bào)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物的防寒等級和需要多強(qiáng)的供熱力度（方法參照人口供暖），避免降溫給植物生長造成影響，使作物更快地走向餐桌，獲得最高經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)論

本文通過分析氣溫和供回水溫度的關(guān)系，建立了供暖方程。供暖方程可以指導(dǎo)該地區(qū)人、溫棚等取暖，計(jì)算使用煤量或其他能源量，達(dá)到合理分配能源，最終達(dá)到減排的目的。