气候变暖与西安市冬季供暖的能源消耗分析

气候变暖与西安市冬季供暖的气候变暖与西安市冬季供暖的能源消耗分析能源消耗分析 庞文保1，刘 宇1，张海东2,3（1陕西省气象科技服务中心，西安 710015; 2南京信息工程大学，南京 210044；3中国气象局 国家气候中心，北京 100081） 引引 言言 n我国采暖通风规范规定1 ，将冬季室外温度“累年日平均温度稳定低于或等于5”的时段作为采暖期。那么，冬季气候变暖对采暖的影响如何？从理论上讲，气候变暖可使采暖期缩短，能源消耗减少。关键问题是，我们能否根据每年每天的冷暖天气变化合理供热。关于暖冬对采暖能耗的影响，前苏联、美国、加拿大等国家以及我国国家气候中心2-4 、北京市气象局5曾做过不少工作。 n有关学者6-8还分析了气候变化对冬季采暖能源消耗以及经济结构的影响。提高能源利用效率，以较少的能源消耗，产生更多的物质财富，这是转变我国经济增长方式的一项重要内容。节能降耗不仅对保障能源供给，促进技术进步和提高经济效益有直接影响，而且也是保护环境，减少二氧化碳排放的重要手段。 n党的十七大报告中也明确提出了要“加强应对气候变化能力建设，为保护全球气候做出新贡献。”。气象部门要进一步认清在应对气候变化工作中的重要任务和责任，加强对气候变化的监测、分析、预测和预估。胡锦涛主席提出应对气候变化四项建议，特别强调了节能减排。 n本文结合西安市供暖的实际情况和冬季气候变暖的事实，分析西安市冬季冷暖的历史演变对采暖所需能源消耗的影响，为采暖节能决策提供参考。 1 1 采暖期冷暖的历史演变采暖期冷暖的历史演变 n本节所用的资料为西安市1951-2003年的逐日气候资料。其中采暖期是按照采暖通风规范1 ，由气温资料计算得到的，且是跨年度统计的，如1951年采暖期是指1951/1952冬季的采暖期（一般开始于11月中下旬，到翌年3月上中旬）。n计算的最低气温负积温即冬半年低于零度的逐日最低气温之总和。有关分析结果显示9 ，最低气温负积温与年极端最低气温、冬季各月的平均气温及冬季各月平均最低气温相关很好，即最低气温负积温的历年变化可较好地表示冬季冷暖的演变。最低气温负积温的数值越大表示越冷，供热部门就需要提供较多的热量供人们取暖；该数值越小表示越暖，采暖需要的供热量相对较少。图1给出最低气温负积温和采暖期的变化曲线。图1 最低气温负积温(细实线)和趋势(虚线)以及采暖期（粗实线）变化10020030040050060019511956196119661971197619811986199119962001年年 负 积 温/6080100120140160采 暖 期/dn由图1可见，负积温年际变化比较明显。最低气温负积温1954年冬季最大，为561；2001年最小，为103；2002年略有增加，为208，但与多年平均（312）相比，仍然偏小。图中的趋势线是通过直线、自然对数、二次指数、幂函数、自然指数5种曲线拟合趋势变化，最后选配了拟合较好的自然对数曲线。从趋势线可看出最低气温负积温逐年明显减小，说明冬季在明显变暖。另外从图1中的采暖期年际间变化曲线可看出，虽然逐年上下起伏变化较大，但总趋势是在下降的，即采暖期在缩短。2 2 气候变暖与冬季采暖能源消耗的相关分析气候变暖与冬季采暖能源消耗的相关分析 n2.12.1资料说明与处理资料说明与处理n采暖能源消耗资料来自西安市1986-2002年统计年鉴。在一般的气候资料统计中，采暖初日、终日、采暖期天数、负积温都是跨年度统计的，但统计年鉴中的供暖能量消耗资料不跨年度，每年从1月1日到12月31日。因此，本节将气候资料也按不跨年度进行了统计。n采暖初日计数方法为 11月1日记1 d；11月2日记2 d，依此类推。采暖终日天数计数方法类似，3月1日记为1 d；3月2日记为2 d，3月1日前记为负天数 。采暖期天数为每年1月1日到采暖终日的天数和采暖初日到12月31日的天数之和。 2.22.2采暖能源消耗分析采暖能源消耗分析 n2.2.1 2.2.1 供暖面积和热量消耗总量变化供暖面积和热量消耗总量变化n近20 a来,随着经济发展和人民生活水平的提高，西安市集中供暖面积越来越大。图2是1986-2002年西安市供热总面积及热量消耗总量的历年变化曲线，由图可见，20世纪80年代集中供热面积在240万m2以下，在90年代达到了840万m2，10年增长了2.5倍。到2002年集中供暖面积已达1176万m2，平均每年以 10万m2的速度增长。这主要是由城市人口增多、住房条件改善所致。n在集中供暖面积越来越大的情况下，供暖的热消耗总量无疑会迅速增长。由图2可见，20世纪80年代中后期集中供热的热量消耗在190万GJ以下，在90年代达到440万GJ，到2002年集中供暖的热量消耗已达648万GJ。可见供暖能源消耗的增长速度是很快的。图2 供热总面积(实线)及热量消耗总量(虚线)的年际变化 050010001500198619891992199519982001年供热面积/万m20200400600800耗热总量/万GJ2.2.2 2.2.2 单位供暖面积耗热量与采单位供暖面积耗热量与采暖期变化暖期变化n图3为按照采暖规范1，根据气候条件确定的19862002年采暖初日和采暖终日的变化曲线。由图3可见，19862002年历年的采暖初日总趋势基本变化不大，但年际间的变幅很大，最早的是11月7日（2000年），最晚的是11月30日（1998年），相差23 d。n由图3也可看出，采暖终日总趋势下降明显，说明寒冷天气结束得越来越早，采暖终日年际变幅也很大，最早的是2月5日（2002年），最晚的是3月27日（1987年），相差50 d。图3 19862002年采暖初日(实线)和采暖终日(实线)的变化曲线010203040198619891992199519982001 年采暖初日天数/d-40-2002040采暖终日天数/dn图4为单位供暖面积耗热量与采暖期天数的同期变化曲线。由图可见，1986-2002年历年的单位供暖耗热量的总趋势是下降的，从20世纪80年代中后期的0.85GJ/m2到2002年的0.55GJ/ m2；19862002年的采暖期天数总趋势也是下降的，说明冬季寒冷的时间越来越短。图4 19862002年采暖期天数(实线) 与单位面积耗热量(虚线)的变化 0.20.40.60.81.0198619891992199519982001 年耗热量/GJ6090120150采暖期天数/dn虽然单位耗热量与采暖期的变化趋势都是下降的，但二者相关性并不好，相关系数没有通过显著性检验。这是由于单位供热面积耗热量下降与冬季变暖的大趋势是一致的，但西安冬季供暖开始和结束日期每年都沿用固定时间，即11月15日到3月15日。 n实际上按照气候条件定义的采暖初日、采暖终日、采暖期天数每年不同，年际变化较为剧烈，显然，实际所采用的供暖开始日、结束日与气温所指示的相应日期有很大的差异。虽然单位耗热量逐年平缓下降，但并没有根据每年每天的冷暖变化适时调整供热量，所以单位耗热量年际变化较小。具体年份与气候变化配合得不好。因此，供暖期日数与单位面积的供暖耗能量之间相关不显著，也说明了现行供暖制度的不合理。3 3 节能建议节能建议 n西安市温度不仅年际间变化大，逐日的变化也很大。若不依照天气气候状况调整供暖，则会出现天气较暖时，暖气太热的情况，造成能源浪费；而天气寒冷时，室内供热不足。因此，冬季供热应随着天气变化而调整，要加强天气预报对供暖的指导作用。 n根据1951-2003年的气候资料统计结果，西安采暖初日最早可提前到11月7日，最晚可推迟到12月2日,相差25d。同样，西安市供暖结束时间最早为2月4日，最晚为3月28日，相差52d。因此，如果能够按照具体的天气气候条件调整供暖起止日期,将会有较大的节能空间，也更具人性化。 n冬季供暖的能源消耗量主要取决于供暖期的长短和每天的冷暖强度。当前西安冬季供暖每年沿用固定时间（11月15日到3月15日），供暖期共121 d。按采暖通风规范1 ,由气温资料计算出的1951-2002年平均采暖期为： 11月19日-3月10日，共112天。比固定供暖期平均多出9天。仅供暖期缩短9 d一项就可减少年供暖能源消耗量约7%。n由于气候变暖，按采暖通风规范计算1993-2002年近10年平均供暖期天数为103d，即供暖期平均可缩短18 d。如果按121 d供暖期日平均能耗标准计算，仅供暖期缩短18 d一项就可减少年供暖能源消耗量约14%。在气候变暖背景下，冬季越来越暖,采暖期越来越短，实际采暖期不应该固定不变，因此供暖方案应根据气候变化予以修订。 n谢谢大家！谢谢大家！