西安年平均氣溫與采暖指標(biāo)變化分析

供暖、通風(fēng)、空調(diào)工程是建設(shè)項(xiàng)目中不可或缺的一部分。它在充分利用資源、節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)、保障運(yùn)營條件和提高生活質(zhì)量方面發(fā)揮著非常重要的作用。f。累年日平均氣溫穩(wěn)定低于或等于5℃的日數(shù)≥90d的地區(qū),宜設(shè)置集中供暖;累年日平均氣溫穩(wěn)定低于或等于5℃的日數(shù)為60~89d的地區(qū)宜設(shè)置供暖設(shè)施［１］。因此,供暖的時(shí)間與能源的消耗與氣候變化有著密切關(guān)系［２－４］,西安地區(qū)也有所涉及［５－６］。根據(jù)《西安市城市集中供熱管理?xiàng)l例》,西安市供暖期為每年的11月15日至次年的3月15日。根據(jù)氣候變化和供暖的實(shí)際需要,經(jīng)市供熱行政管理部門同意,供熱企業(yè)可以調(diào)整供暖的具體日期。正常情況下,西安市年供暖日數(shù)為121d。由于采用彈性供熱機(jī)制,反常天氣條件下供暖日數(shù)會(huì)有所變化。結(jié)合西安供暖的具體情況和冬季氣候變化的特點(diǎn),找出供暖和氣候變化的相關(guān)關(guān)系,為供暖節(jié)能決策提供參考。1數(shù)據(jù)和方法1.1數(shù)據(jù)收集資料采用西安市1961—2011年及供暖期間(11—3月)的逐日日平均氣溫資料。1.2供暖期長度與供暖飽和度的關(guān)系根據(jù)GB50019—2003(采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范)規(guī)定［１］,供暖日數(shù)按累年日平均氣溫穩(wěn)定低于或等于供暖室外臨界溫度的總?cè)諗?shù)確定。其中,供暖室外臨界溫度的選取,一般民用建筑和工業(yè)建筑均采用5℃。采用連續(xù)5d滑動(dòng)平均法來確定供暖初、終日。在冬半年任意連續(xù)5d的日平均氣溫的平均值≤5℃的最長的一段時(shí)間內(nèi),在第一個(gè)5d中,挑選最早日平均氣溫≤5℃的日期為初日,在最后一個(gè)5d中,挑選最晚日平均氣溫≤5℃的日期為終日。供暖期長度就是供暖初日和終日之間的日數(shù)。度日數(shù)是指供暖期內(nèi)室內(nèi)溫度與室外日平均溫度差值的和。市供熱管理辦法規(guī)定:采暖期內(nèi),室內(nèi)供熱溫度應(yīng)當(dāng)保持在18℃±2℃,不得低于16℃。以18℃作為室內(nèi)溫度,則供暖期度日數(shù)［２］表示為(1)式中,n為供暖日數(shù),Dｉ為供暖期逐日日平均氣溫,當(dāng)D<0時(shí),取D=0。氣溫越高,D越低,供暖期耗能越低,故度日數(shù)能較好地表征供暖期能耗的高低。度日數(shù)變率(2)式中,為1961—2011年供暖期間(11月—3月)累年平均度日數(shù),Dｊ為歷年度日數(shù)。供暖強(qiáng)度表征在供暖期內(nèi)日平均供暖度日數(shù),即(3)式中,I為供暖強(qiáng)度,D為供暖期度日數(shù),L為供暖期長度。D越高,L越短,則供暖強(qiáng)度越大,寒冷程度越集中。2平均氣溫分布西安1961—2011年年平均氣溫變化以及歷年供暖期(11月—次年3月)平均氣溫變化見圖1。可以看出,西安20世紀(jì)90年代前氣溫較低,多在14℃以下,1984年最低,為12.7℃;1994年之后溫度較高,多在14℃之上。近50a年平均氣溫呈明顯上升趨勢(shì),每10a上升0.44℃,其中2006年氣溫最高,達(dá)15.8℃。西安氣候逐漸變暖,與全球氣候變化結(jié)果基本一致［５］。供暖期平均氣溫亦呈明顯上升趨勢(shì),1968年最低,為1.9℃,2007年最高,達(dá)6.7℃,近50a供暖期平均每10a上升0.51℃,較年平均氣溫升幅大。3供暖類型3.1供暖日的時(shí)間特征西安平均供暖初日為11月23日,較11月15日晚8d。供暖初日最早出現(xiàn)在1981-11-08,較平均供暖日提前15d;供暖初日最晚為2010-12-15,較平均供暖日晚22d。從年代際變化(表1)來看,2000年前供暖初日比較早,其中,20世紀(jì)90年代供暖初日最早,較平均供暖初日早2d;70年代供暖初日則與平均供暖初日基本相同(晚0.4d);2001—2010年供暖初日比較遲,較平均遲約5d。3.2供暖日期和供熱日期西安供暖終日平均日期為3月9日,較3月15日早6d。供暖終日最早出現(xiàn)在2002-02-07,較平均日期提前30d;最晚停暖日在1982-03-29,較平均晚20d。從年代際變化(表1)來看,20世紀(jì)90年代之前供暖終日較晚。其中,80年代供暖結(jié)束最晚,平均推遲6.9d;70年代供暖終日結(jié)束相對(duì)較早,平均推遲1.1d;90年代供暖終日提前1.9d結(jié)束;2000年代結(jié)束最早,平均早9.4d結(jié)束。3.3供暖年際變化西安最長供暖季出現(xiàn)在1981-11-08—1982-03-29,達(dá)141d,最短供暖季出現(xiàn)在2001-11-29—2002-02-07,僅70d,平均供暖日數(shù)為107.0d。從年代際變化(表1)來看,2000年前,供暖期較長,均高于50a均值。其中,20世紀(jì)80年代供暖期最長,平均115.7d;其次為60年代,111.5d;90年代供暖期相對(duì)較短,平均107.3d;2000年代供暖期最短,僅92.8d。3.4世紀(jì)90年前,各年生的粒度數(shù)比較西安市供暖最大度日數(shù)與度日數(shù)變率均出現(xiàn)在1979年,分別為2116.2℃·d和22%,最小度日數(shù)與度日數(shù)變率均出現(xiàn)在2001年,分別為1098.4℃·d和-36.7%,近50a平均度日數(shù)為1734.4℃·d。從年代際變化(表1)來看,20世紀(jì)90年前,供暖期度日數(shù)均高于50a平均值,度日數(shù)變率大于0。其中,60年代最高,平均1888.8℃·d,度日數(shù)變率也最大,為8.9%;其次為80年代,為1860.0℃·d;70年代相對(duì)較低,平均為1790.7℃·d。90年代下降較為明顯,為1673.8℃·d,度日數(shù)變率為負(fù);2000年代為近50a最低,為1459℃·d,度日數(shù)變率達(dá)-15.9%。3.5供暖強(qiáng)度的重要性西安最大供暖強(qiáng)度出現(xiàn)在1976年,為18.8℃,最小供暖強(qiáng)度出現(xiàn)在1998年,為13℃,近50a平均供暖強(qiáng)度為16.2℃。從年代際變化(表1)來看,20世紀(jì)80年代前,供暖強(qiáng)度高于50a均值。其中,60年代最高,平均16.9℃;70年代為16.7℃。80年代后則低于平均值,80年代為16.2℃,相對(duì)較高;90年代最低,為15.6℃;2000年代略有回升,為16.2℃。總體來說,各指標(biāo)的年代際變化并不一致,其中20世紀(jì)80年代后供暖強(qiáng)度低于平均值;90年代前供暖終日較晚,且供暖期度日數(shù)均高于50a平均值;2000年后,供暖初日開始較晚,且供暖期較短,低于50a平均值。這些指標(biāo)的變化揭示了西安氣候變暖的事實(shí)。4氣候變化和能耗4.1供暖日減少9d時(shí)氣候變暖與冬季供暖有著密切關(guān)系。從圖2來看,年平均氣溫與供暖季度日數(shù)和供暖期有著顯著線性關(guān)系,R２分別為0.5529和0.2896,其顯著性水平均通過0.001顯著性檢驗(yàn)。當(dāng)年平均氣溫升高1℃時(shí),度日數(shù)1a減小206℃·d,供暖日減少9d。當(dāng)然,11月—3月的平均氣溫與供暖季度日數(shù)和供暖期有著更為顯著線性關(guān)系,其R２分別為0.7622和0.3176。4.2減少供熱量q氣候變暖可使供暖能耗量降低,從而減少CO２、CH４、SO２等溫室氣體的排放。按照當(dāng)前熱力公司設(shè)計(jì)使用的熱指標(biāo)7.68kJ/(m２·h),即氣溫每相差1℃,單位面積供熱量相差7.68kJ/(m２·h)［７］。當(dāng)平均氣溫升高1℃,減少供熱量Q=7.68×供熱面積×供熱時(shí)間。供暖期度日數(shù)能較好地表征供暖期能耗的高低。據(jù)此分析,相對(duì)于1971—2000年的平均值,2001—2010年因氣候變暖每年平均節(jié)能17.8%。5供暖期與供熱強(qiáng)度的年代際變化(1)西安市20世紀(jì)90年代前氣溫相對(duì)較低,1994年之后氣溫相對(duì)較高,近50a平均氣溫每10a上升0.44℃,供暖季平均每10a上升0.51℃,總體趨勢(shì)是氣候逐漸變暖。(2)供暖期與供暖強(qiáng)度的年代際變化并不一致,其中20世紀(jì)80年代后供暖強(qiáng)度低于平均值;90年代前供暖終日較晚,且供暖期度日數(shù)均高