氣候變暖與西安市冬季供暖的能源消耗分析

1、氣候變暖與西安市冬季供暖的 甲館両耗分析龐文保1，劉宇1,張海東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(guó)氣象局國(guó)家氣候中心，北京100081)土引言我國(guó)采曖通風(fēng)規(guī)范規(guī)定，將冬季室外溫度 “累年日平均溫度穩(wěn)定低于或等于5C”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(wèn)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(guó)、加拿 大等國(guó)家以及我國(guó)國(guó)家氣候中心04、北京市 氣象局曾做過(guò)不少工作。有關(guān)學(xué)者心刃還分析了氣候變化對(duì)冬季米 暖能源消

2、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(guó)經(jīng)濟(jì) 增長(zhǎng)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)告中也明確提岀了要“加 強(qiáng)應(yīng)對(duì)氣候變化能力建設(shè)，為保護(hù)全球 氣候做岀新貢獻(xiàn)?！薄庀蟛块T(mén)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。胡錦濤主席提岀應(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

3、影響, 為米陵節(jié)能決策提供參考。占1釆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(kāi)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， 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。最底氣溫負(fù)粗溫前藪值歳夫妾 示越冷，供熱部門(mén)就需要提供較多的熱量供人 們?nèi)∨?；該?shù)值

4、越小表示越暖，采暖需要的供 熱量相對(duì)較少。圖1給岀最低氣溫負(fù)禎溫和采 暖期的變化曲線(xiàn)。圖1最低氣溫負(fù)積溫（細(xì)實(shí) 線(xiàn)）和趨勢(shì)（虛線(xiàn)）以及采暖期（粗實(shí)線(xiàn)）變化-TT 68S S采暖期/d由圖1可見(jiàn)，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561C； 2001 年最小，為103C； 2002年略有增加，為208C, 但與多年平均（312C）相比，仍然偏小。圖 中的趨勢(shì)線(xiàn)是通過(guò)直線(xiàn)、自然對(duì)數(shù)、二次指數(shù)、 幕函數(shù)、自然指數(shù)5種曲線(xiàn)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(xiàn)。從趨勢(shì)線(xiàn) 可看岀最低氣溫負(fù)積溫逐年明顯減小，說(shuō)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(xiàn)可

5、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。生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(shuō)明與處理采暖能源消耗資料來(lái)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)。米暖初日計(jì)數(shù)方法為11月1日記1 d； 11月2日記2 d, 依此類(lèi)推。采暖終日天數(shù)計(jì)數(shù)方法類(lèi)似，3月1日記為1 d； 3月2日記為2 d, 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

6、初日到12月 31日的天數(shù)之和。占22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20 a來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提 高，西安市集中供暖商積越來(lái)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(xiàn)，由圖可見(jiàn)，20世紀(jì)80年代 集中供熱面積在240萬(wàn)M以下，在90年代達(dá)到了 840萬(wàn)曲10年增長(zhǎng)了25倍。到2002年集中供 暖面積已達(dá)1176萬(wàn)皿，平均每年以10萬(wàn)曲的速 度增長(zhǎng)。這主要是由城市人口增多、住房條件 改善所致。在集中供陵面積越來(lái)越大的情況下，供 暖的熱消耗總量無(wú)疑會(huì)迅速增長(zhǎng)。由圖2 可見(jiàn)，20世紀(jì)80年代中后期集中供熱的 熱量消耗在

7、190萬(wàn)GJ以下，在90年代達(dá)到 440萬(wàn)GJ,到2002年集中供暖的熱量消耗 已達(dá)648萬(wàn)GJ?？梢?jiàn)供暖能源消耗的增長(zhǎng) 速度是很快的。圖2供熱總面積（實(shí)線(xiàn)） 及熱量消耗總量（虛線(xiàn)）的年際變化o o o 耗熱總量/萬(wàn)GJ2. 2. 2單位供暖面積耗熱量與采 J暖期變化圖3為按照采暖規(guī)范，根據(jù)氣候條件確定的 1986 2002年采暖初日和采暖終日的雯化曲線(xiàn)o 由圖3可見(jiàn)，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23 do由圖3也可看出，采暖終日總趨勢(shì)下降明顯， 說(shuō)明寒冷天氣結(jié)束得越來(lái)

8、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50 do圖3 1986-2002年采暖初日（實(shí)線(xiàn)）和采暖終日（實(shí) 線(xiàn)）的變化曲線(xiàn)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(xiàn)。由圖可見(jiàn)，1986-2002 年歷年的單位供暖耗熱量的總趨勢(shì)是下 降白6,從20世紀(jì)80年彳弋中后期的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(shuō)明冬季寒冷的時(shí)間越來(lái)越短。圖4 1986-2002年采暖期天數(shù)（實(shí)線(xiàn)）與單位 面積耗熱量（虛線(xiàn)）的變化HQ.e、量臥o.年1X0028991X

9、1X6891X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(méi)有通過(guò)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(kāi)始和 結(jié)束日期每年都沿用固定時(shí)間，即11月 15日至！）3月15Ho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(kāi)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(méi)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

10、相關(guān)不顯著，也說(shuō)明了現(xiàn)行供暖制度的 不合理。士 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28H,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(zhǎng)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 至吧月15日），供暖期共121 do按采暖 通風(fēng)孤范1 /由氣溫資材計(jì)算tB的1951- 2002年平均采暖期為：11月19H-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-項(xiàng)就可減少年供 暖能源消耗量約7%。由于氣