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        基于氣象因子的供暖溫度調(diào)節(jié)模型研究

        2022-08-29 03:29:36趙玉兵楊麗娜路漫漫牛禹心
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2022年6期
        關(guān)鍵詞:度日回水溫度邢臺(tái)

        張 杰,趙玉兵,楊麗娜,路漫漫,牛禹心

        邢臺(tái)市氣象局,河北邢臺(tái) 054000

        近年來,隨著城市進(jìn)程的加快,能源緊缺、環(huán)境污染等問題日益凸顯,節(jié)能減排已成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。對(duì)于北方城市來說,冬季供暖的能源消耗占很大的比重。而當(dāng)供暖設(shè)備、輸送管線、供暖面積和房屋條件達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí),氣象條件便成為影響供暖質(zhì)量——室溫的唯一變量[1-3]。

        國(guó)內(nèi)外學(xué)者就氣候變化對(duì)供暖節(jié)能的影響開展了相關(guān)研究[4-7]。2009年,國(guó)外學(xué)者等針對(duì)土耳其阿菲永地區(qū)的氣候特點(diǎn),選取室外溫度、風(fēng)速和太陽輻射3個(gè)氣象參數(shù)進(jìn)行研究,得到了能耗與這些氣象參數(shù)的回歸方程。2012年,馮濤等[8]利用北京2009年的氣象和熱力數(shù)據(jù)制作了各氣象要素日平均值所對(duì)應(yīng)的供、回水溫度及其供回水溫度差的表。2013年,李嵐等[9]利用2008—2010 年氣象和熱力數(shù)據(jù)建立沈陽地區(qū)供熱量預(yù)報(bào)方程與供熱氣象指數(shù),近3年理論節(jié)煤率達(dá)9.1%。但由于不同的電網(wǎng)所處的氣候條件不同,各地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和發(fā)展水平各不相同,各地供暖溫度與氣象因子的關(guān)系也不盡相同。

        利用邢臺(tái)站1990—2020年的逐日4次平均氣溫?cái)?shù)據(jù),分析了邢臺(tái)市供暖期氣候變化特征,并建立基于氣象因子的供暖溫度作業(yè)調(diào)節(jié)表,以期為供暖期合理節(jié)能減排提供參考。

        1 資料與方法

        1.1 資料

        所用的邢臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)來源于邢臺(tái)市氣象局,包括最近30年(1990年冬季至2020年春季)逐日4次平均氣溫,2015年11月15日—2016年3月15日供暖季的逐日平均氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、氣壓、降水量、總輻射量。供暖數(shù)據(jù)來源于邢臺(tái)市供熱公司,包括2015年11月15日至2016年3月15日的逐日供水溫度、回水溫度。

        1.2 方法

        氣候趨勢(shì)變化分析采用線性傾向率法,通過最小二乘法來計(jì)算線性趨勢(shì)。

        根據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50019—2003)規(guī)定,設(shè)計(jì)計(jì)算用供暖期天數(shù),應(yīng)按累年日平均溫度穩(wěn)定≤供暖室外臨界溫度的總?cè)諗?shù)確定。其中。關(guān)于供暖室外臨界溫度的選取,一般民用建筑和工業(yè)建筑宜采用 5℃。在確定供暖初終日時(shí),采用連續(xù)5 d滑動(dòng)平均法[10]。在冬半年任意連續(xù)5 d日平均氣溫的平均值均≤5℃的最長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),在第一個(gè)5 d中,挑選第一個(gè)日平均氣溫≤5℃的日期為初日,在最后一個(gè)5 d 中,挑選最后一個(gè)日平均氣溫≤5℃的日期為終日。供暖初日和終日之間的日數(shù)為供暖時(shí)長(zhǎng)。因?yàn)樾吓_(tái)地區(qū)供暖期跨年度,本研究定義1990年秋冬季至1991年春季的供暖期為1990年供暖期,以此類推。

        所謂度日就是指某一時(shí)段內(nèi)每日平均溫度與基準(zhǔn)溫度之差的代數(shù)和。供暖期度日即供暖期內(nèi)室內(nèi)溫度與室外溫度的差值的累加[11-12]。根據(jù)沈陽地區(qū)供暖標(biāo)準(zhǔn),室內(nèi)溫度取18℃,則供暖期度日(D)表示為:

        式中:n為供暖期天數(shù),Ti為供暖期每日平均氣溫。供暖期度日能較好地表征供暖期能耗。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 供暖期氣候變化的特征

        邢臺(tái)地區(qū)近30年供暖期(11月15日至翌年3月15日)平均氣溫波動(dòng)性較大(圖1a),總體呈緩慢上升趨勢(shì),其氣候傾向率為0.11℃/10年。供暖期平均氣溫最高出現(xiàn)在2003年,為3.0℃;最低值出現(xiàn)在2006年,為-0.5℃。30年供暖期平均氣溫為0.9℃。

        1990—2019年供暖初日和終日存在年際變化,但總體呈現(xiàn)初日逐漸推后、終日提前、供暖日數(shù)縮短的趨勢(shì)(圖1b、c、d),其氣候傾向率分別為1.34 d/10年、-1.47 d/10年、-2.76 d/10年。供暖初日最早為11月8日,出現(xiàn)在2000年;供暖初日最晚為12月4日,出現(xiàn)在2008年,前后相差26 d;近30年供暖初日平均為11月20日。目前,邢臺(tái)市政府規(guī)定供暖初日為11月15日,根據(jù)當(dāng)年的天氣實(shí)況和預(yù)報(bào),有時(shí)會(huì)提前供暖。供暖期終日最早為2月5日,出現(xiàn)在2001年,供暖終日最晚為3月15日,出現(xiàn)在2011年,最早和最晚終日前后相差38 d;近30年供暖終日平均為2月22日。目前,邢臺(tái)市政府規(guī)定供暖初日為3月15日,根據(jù)供暖結(jié)束時(shí)的天氣實(shí)況和預(yù)報(bào),適時(shí)延長(zhǎng)供暖期。供暖時(shí)長(zhǎng)最短為66 d,出現(xiàn)在2008年;供暖時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)為118 d,出現(xiàn)在1993年;近30年的平均供暖時(shí)長(zhǎng)為95 d。

        供暖能耗除與供暖期長(zhǎng)短有關(guān)外,還與供暖強(qiáng)度有關(guān),近30年邢臺(tái)供暖度日的平均值為2 073.4℃·d(圖1e)。其中,供暖度日最大值為2 294.9℃·d,出現(xiàn)在2009年,最小值為1 844.2 ℃·d,出現(xiàn)在2001年。從供暖期度日的年際變化來看(圖5),近30年邢臺(tái)地區(qū)供暖期度日呈減少趨勢(shì),其氣候傾向率為-20.43 ℃/10年,供暖度日的變化趨勢(shì)與全球氣候變暖的結(jié)論相一致。

        圖1 1990—2019年供暖期年平均氣溫(a)、初日(b)、終日(c)、供暖日數(shù)(d)、度日(e)變化

        2.2 供暖溫度與氣象因子的相關(guān)性分析

        分別計(jì)算2015—2016年供暖季逐日各氣象因子與供暖溫度的相關(guān)系數(shù)(表1):氣溫、風(fēng)速、降水、輻射量與供、回水溫度及供回水溫度差呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性,其中氣溫與供、回水溫度及供回水溫度差的相關(guān)系數(shù)最大,逐日平均氣溫與供、回水溫度及其差值的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了-0.786、-0.746、-0.828,并且均通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn);輻射量與供暖溫度的相關(guān)系數(shù)次之;風(fēng)速、降水量與供暖溫度的相關(guān)系數(shù)最小,未通過顯著性檢驗(yàn)。氣壓、相對(duì)濕度與供、回水溫度及供回水溫度差呈現(xiàn)顯著的正相關(guān),其中,氣壓與供、回水溫度及供回水溫度差的相關(guān)系數(shù)通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。

        表1 邢臺(tái)市逐日供回水溫度及其差值與各氣象要素的相關(guān)系數(shù)

        表2 邢臺(tái)市日平均氣溫與對(duì)應(yīng)的供、回水溫度及其差值對(duì)應(yīng)表 ℃

        2.3 日平均氣象要素的供、回水溫度調(diào)節(jié)運(yùn)行作業(yè)表

        利用邢臺(tái)市觀測(cè)站和氣象局小區(qū)2015—2016年供暖季氣象要素日平均值資料與供、回水溫度資料,整理了與供暖溫度相關(guān)系數(shù)通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)的各氣象要素日平均值所對(duì)應(yīng)的供暖溫度(表2~表4)。該表可以作為供暖單位不同氣象條件下供、回水溫度調(diào)度表,根據(jù)表2~表4,在綜合考慮未來各要素變化的基礎(chǔ)上,為供暖單位提供供、回水溫度設(shè)置建議,即可節(jié)約能源,保證合理供暖,又大大簡(jiǎn)化了管理程序。

        表4 邢臺(tái)市日總輻射量與對(duì)應(yīng)的供、回水溫度及其差值對(duì)應(yīng)表

        表3 邢臺(tái)市日平均氣壓與對(duì)應(yīng)的供、回水溫度及其差值對(duì)應(yīng)表

        近30年 來(1990—2019年),邢 臺(tái)地區(qū)供暖期平均氣溫呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),總體上供暖初日推遲,提前供暖終日,供暖時(shí)長(zhǎng)縮短,同時(shí)供暖度日減少(即所需供暖強(qiáng)度減?。ㄗh相關(guān)部門參考該結(jié)論,適當(dāng)調(diào)整供暖期和供暖強(qiáng)度,以減少能源的消耗。供暖溫度與日平均氣溫、氣壓、總輻射量呈顯著性相關(guān),基于該4種氣象因子制作了供回水溫度調(diào)節(jié)運(yùn)行作業(yè)表,為供暖企業(yè)調(diào)節(jié)供暖溫度提供參考。

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