氣候變暖與西安市冬季供暖的能源消耗分析

龐文保1，劉宇1，張海東2,3（1陜西省氣象科技服務(wù)中心，西安710015;2南京信息工程大學(xué)，南京210044；3中國氣象局國家氣候中心，北京100081）

引言

我國采暖通風(fēng)規(guī)范規(guī)定[1]，將冬季室外溫度“累年日平均溫度穩(wěn)定低于或等于5℃”的時(shí)段作為采暖期。那么，冬季氣候變暖對(duì)采暖的影響如何？從理論上講，氣候變暖可使采暖期縮短，能源消耗減少。關(guān)鍵問題是，我們能否根據(jù)每年每天的冷暖天氣變化合理供熱。關(guān)于暖冬對(duì)采暖能耗的影響，前蘇聯(lián)、美國、加拿大等國家以及我國國家氣候中心[2-4]、北京市氣象局[5]曾做過不少工作。

有關(guān)學(xué)者[6-8]還分析了氣候變化對(duì)冬季采暖能源消耗以及經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的影響。提高能源利用效率，以較少的能源消耗，產(chǎn)生更多的物質(zhì)財(cái)富，這是轉(zhuǎn)變我國經(jīng)濟(jì)增長方式的一項(xiàng)重要內(nèi)容。節(jié)能降耗不僅對(duì)保障能源供給，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和提高經(jīng)濟(jì)效益有直接影響，而且也是保護(hù)環(huán)境，減少二氧化碳排放的重要手段。

黨的十七大報(bào)告中也明確提出了要“加強(qiáng)應(yīng)對(duì)氣候變化能力建設(shè)，為保護(hù)全球氣候做出新貢獻(xiàn)。”。氣象部門要進(jìn)一步認(rèn)清在應(yīng)對(duì)氣候變化工作中的重要任務(wù)和責(zé)任，加強(qiáng)對(duì)氣候變化的監(jiān)測(cè)、分析、預(yù)測(cè)和預(yù)估。胡錦濤主席提出應(yīng)對(duì)氣候變化四項(xiàng)建議，特別強(qiáng)調(diào)了節(jié)能減排。本文結(jié)合西安市供暖的實(shí)際情況和冬季氣候變暖的事實(shí)，分析西安市冬季冷暖的歷史演變對(duì)采暖所需能源消耗的影響，為采暖節(jié)能決策提供參考。

1采暖期冷暖的歷史演變

本節(jié)所用的資料為西安市1951-2003年的逐日氣候資料。其中采暖期是按照采暖通風(fēng)規(guī)范[1]，由氣溫資料計(jì)算得到的，且是跨年度統(tǒng)計(jì)的，如1951年采暖期是指1951/1952冬季的采暖期（一般開始于11月中下旬，到翌年3月上中旬）。計(jì)算的最低氣溫負(fù)積溫即冬半年低于零度的逐日最低氣溫之總和。有關(guān)分析結(jié)果顯示[9]，最低氣溫負(fù)積溫與年極端最低氣溫、冬季各月的平均氣溫及冬季各月平均最低氣溫相關(guān)很好，即最低氣溫負(fù)積溫的歷年變化可較好地表示冬季冷暖的演變。最低氣溫負(fù)積溫的數(shù)值越大表示越冷，供熱部門就需要提供較多的熱量供人們?nèi)∨辉摂?shù)值越小表示越暖，采暖需要的供熱量相對(duì)較少。圖1給出最低氣溫負(fù)積溫和采暖期的變化曲線。圖1最低氣溫負(fù)積溫(細(xì)實(shí)線)和趨勢(shì)(虛線)以及采暖期（粗實(shí)線）變化由圖1可見，負(fù)積溫年際變化比較明顯。最低氣溫負(fù)積溫1954年冬季最大，為561℃；2001年最小，為103℃；2002年略有增加，為208℃，但與多年平均（312℃）相比，仍然偏小。圖中的趨勢(shì)線是通過直線、自然對(duì)數(shù)、二次指數(shù)、冪函數(shù)、自然指數(shù)5種曲線擬合趨勢(shì)變化，最后選配了擬合較好的自然對(duì)數(shù)曲線。從趨勢(shì)線可看出最低氣溫負(fù)積溫逐年明顯減小，說明冬季在明顯變暖。另外從圖1中的采暖期年際間變化曲線可看出，雖然逐年上下起伏變化較大，但總趨勢(shì)是在下降的，即采暖期在縮短。2氣候變暖與冬季采暖能源消耗的相關(guān)分析

2.1資料說明與處理采暖能源消耗資料來自西安市1986-2002年統(tǒng)計(jì)年鑒。在一般的氣候資料統(tǒng)計(jì)中，采暖初日、終日、采暖期天數(shù)、負(fù)積溫都是跨年度統(tǒng)計(jì)的，但統(tǒng)計(jì)年鑒中的供暖能量消耗資料不跨年度，每年從1月1日到12月31日。因此，本節(jié)將氣候資料也按不跨年度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。采暖初日計(jì)數(shù)方法為11月1日記1d；11月2日記2d，依此類推。采暖終日天數(shù)計(jì)數(shù)方法類似，3月1日記為1d；3月2日記為2d，3月1日前記為負(fù)天數(shù)。采暖期天數(shù)為每年1月1日到采暖終日的天數(shù)和采暖初日到12月31日的天數(shù)之和。

2.2采暖能源消耗分析

2.2.1供暖面積和熱量消耗總量變化近20a來,隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，西安市集中供暖面積越來越大。圖2是1986-2002年西安市供熱總面積及熱量消耗總量的歷年變化曲線，由圖可見，20世紀(jì)80年代集中供熱面積在240萬m2以下，在90年代達(dá)到了840萬m2，10年增長了2.5倍。到2002年集中供暖面積已達(dá)1176萬m2，平均每年以10萬m2的速度增長。這主要是由城市人口增多、住房條件改善所致。在集中供暖面積越來越大的情況下，供暖的熱消耗總量無疑會(huì)迅速增長。由圖2可見，20世紀(jì)80年代中后期集中供熱的熱量消耗在190萬GJ以下，在90年代達(dá)到440萬GJ，到2002年集中供暖的熱量消耗已達(dá)648萬GJ。可見供暖能源消耗的增長速度是很快的。圖2供熱總面積(實(shí)線)及熱量消耗總量(虛線)的年際變化

2.2.2單位供暖面積耗熱量與采暖期變化圖3為按照采暖規(guī)范[1]，根據(jù)氣候條件確定的1986－2002年采暖初日和采暖終日的變化曲線。由圖3可見，1986－2002年歷年的采暖初日總趨勢(shì)基本變化不大，但年際間的變幅很大，最早的是11月7日（2000年），最晚的是11月30日（1998年），相差23d。由圖3也可看出，采暖終日總趨勢(shì)下降明顯，說明寒冷天氣結(jié)束得越來越早，采暖終日年際變幅也很大，最早的是2月5日（2002年），最晚的是3月27日（1987年），相差50d。圖31986－2002年采暖初日(實(shí)線)和采暖終日(實(shí)線)的變化曲線圖4為單位供暖面積耗熱量與采暖期天數(shù)的同期變化曲線。由圖可見，1986-2002年歷年的單位供暖耗熱量的總趨勢(shì)是下降的，從20世紀(jì)80年代中后期的0.85GJ/m2到2002年的0.55GJ/m2；1986－2002年的采暖期天數(shù)總趨勢(shì)也是下降的，說明冬季寒冷的時(shí)間越來越短。圖41986－2002年采暖期天數(shù)(實(shí)線)與單位面積耗熱量(虛線)的變化

雖然單位耗熱量與采暖期的變化趨勢(shì)都是下降的，但二者相關(guān)性并不好，相關(guān)系數(shù)沒有通過顯著性檢驗(yàn)。這是由于單位供熱面積耗熱量下降與冬季變暖的大趨勢(shì)是一致的，但西安冬季供暖開始和結(jié)束日期每年都沿用固定時(shí)間，即11月15日到3月15日。

實(shí)際上按照氣候條件定義的采暖初日、采暖終日、采暖期天數(shù)每年不同，年際變化較為劇烈，顯然，實(shí)際所采用的供暖開始日、結(jié)束日與氣溫所指示的相應(yīng)日期有很大的差異。雖然單位耗熱量逐年平緩下降，但并沒有根據(jù)每年每天的冷暖變化適時(shí)調(diào)整供熱量，所以單位耗熱量年際變化較小。具體年份與氣候變化配合得不好。因此，供暖期日數(shù)與單位面積的供暖耗能量之間相關(guān)不顯著，也說明了現(xiàn)行供暖制度的不合理。3節(jié)能建議

西安市溫度不僅年際間變化大，逐日的變化也很大。若不依照天氣氣候狀況調(diào)整供暖，則會(huì)出現(xiàn)天氣較暖時(shí)，暖氣太熱的情況，造成能源浪費(fèi)；而天氣寒冷時(shí)，室內(nèi)供熱不足。因此，冬季供熱應(yīng)隨著天氣變化而調(diào)整，要加強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)對(duì)供暖的指導(dǎo)作用。

根據(jù)1951-2003年的氣候資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果，西安采暖初日最早可提前到11月7日，最晚可推遲到12月2日,相差25d。同樣，西安市供暖結(jié)束時(shí)間最早為2月4日，最晚為3月28日，相差52d。因此，如果能夠按照具體的天氣氣候條件調(diào)整供暖起止日期,將會(huì)有較大的節(jié)能空間，也更具人性化。

冬季供暖的能源消耗量主要取決于供暖期的長短和每天的冷暖強(qiáng)度。當(dāng)前西安冬季供暖每年沿用固定時(shí)間（11月15日到3月15日），供暖期共121d。按采暖通風(fēng)規(guī)范[1],由氣溫資料計(jì)算出的1951-2002年平均采暖期為：11月19日-3月10日，共112天。比固定供暖期平均多出9天。僅供暖期縮短9d一項(xiàng)就可減少年供暖能源消耗量約7%。由于氣候變暖，按采暖通風(fēng)規(guī)范計(jì)算1993-2002年近10年平均供暖期天數(shù)為103d，即供暖期平均可縮短18d。如果按121d供暖期日平均能耗標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，僅供暖期縮短18d一項(xiàng)就可減少年供暖能源消耗量約14%。在氣候變暖背景下，冬季越來越暖,采暖期越來越短，實(shí)際采暖期不應(yīng)該固定不變，因此供暖方案應(yīng)根據(jù)氣候變化予以修訂。

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