西安采暖期氣溫變化對供暖的影響

吳素良,張文靜,王 琦

(陜西省氣候中心,西安 710014)

西安采暖期氣溫變化對供暖的影響

吳素良,張文靜,王 琦

(陜西省氣候中心,西安 710014)

利用1961—2011年氣溫資料分析了西安年平均氣溫及采暖期間平均氣溫變化特點與采暖指標的特征,結果表明:20世紀90年代前年平均氣溫較低,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平均溫度每10a上升0.44℃;50a間采暖季平均每10a上升0.51℃;各指標的年代際變化并不一致,其中80年代后供暖強度低于平均值,90年代后采暖結束較早,且供暖期度日數均低于近50a平均值(1734.4℃·d), 2000年后,采暖開始較遲,且采暖期較短,低于50a平均值(107d);年平均溫度升高1℃,西安1年度日數減小206℃·d,采暖日減少9d。相對于1971—2000年的平均值,西安2001—2010年因氣候變暖每年平均節能17.8%。

采暖期;氣溫;供暖度日數;供暖強度;西安

供暖、通風與空調工程是基本建設領域中不可缺少的組成部分,它對合理利用資源、節約能源、保護環境、保證工作條件、提高生活質量,都有著十分重要的作用[1]。累年日平均氣溫穩定低于或等于5℃的日數≥90d的地區,宜設置集中供暖;累年日平均氣溫穩定低于或等于5℃的日數為60～89d的地區宜設置供暖設施[1]。因此,供暖的時間與能源的消耗與氣候變化有著密切關系[2-4],西安地區也有所涉及[5-6]。

根據 《西安市城市集中供熱管理條例》,西安市供暖期為每年的11月15日至次年的3月15日。根據氣候變化和供暖的實際需要,經市供熱行政管理部門同意,供熱企業可以調整供暖的具體日期。正常情況下,西安市年供暖日數為121d。由于采用彈性供熱機制,反常天氣條件下供暖日數會有所變化。結合西安供暖的具體情況和冬季氣候變化的特點,找出供暖和氣候變化的相關關系,為供暖節能決策提供參考。

1 資料和方法

1.1 資料

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 供暖初、終日的確定

根據GB50019—2003(采暖通風與空氣調節設計規范)規定[1],供暖日數按累年日平均氣溫穩定低于或等于供暖室外臨界溫度的總日數確定。其中,供暖室外臨界溫度的選取,一般民用建筑和工業建筑均采用5℃。采用連續5d滑動平均法來確定供暖初、終日。在冬半年任意連續5d的日平均氣溫的平均值≤5℃的最長的一段時間內,在第一個5d中,挑選最早日平均氣溫≤5℃的日期為初日,在最后一個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。

度日數是指供暖期內室內溫度與室外日平均溫度差值的和。市供熱管理辦法規定:采暖期內,室內供熱溫度應當保持在18℃±2℃,不得低于16℃。以18℃作為室內溫度,則供暖期度日數[2]表示為

(1)式中,n為供暖日數,Di為供暖期逐日日平均氣溫,當D＜0時,取D=0。氣溫越高, D越低,供暖期耗能越低,故度日數能較好地表征供暖期能耗的高低。度日數變率

供暖強度表征在供暖期內日平均供暖度日數,即

(3)式中,I為供暖強度,D為供暖期度日數, L為供暖期長度。D越高,L越短,則供暖強度越大,寒冷程度越集中。

2 氣溫變化

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,每10a上升0.44℃,其中2006年氣溫最高,達15.8℃。西安氣候逐漸變暖,與全球氣候變化結果基本一致[5]。供暖期平均氣溫亦呈明顯上升趨勢,1968年最低,為1.9℃,2007年最高,達6.7℃,近50a供暖期平均每10a上升0.51℃,較年平均氣溫升幅大。

圖1 西安市1961—2011年年與供暖期(11—3月)平均氣溫變化趨勢

3 供暖期特征

3.1 供暖初日變化

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。

表1 1961—2010年采暖期特征值的年代際變化

3.2 供暖終日變化

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90年代之前供暖終日較晚。其中, 80年代供暖結束最晚,平均推遲6.9d;70年代供暖終日結束相對較早,平均推遲1.1d;90年代供暖終日提前1.9d結束;2000年代結束最早,平均早9.4d結束。

3.3 供暖期長度

西安最長供暖季出現在1981-11-08—1982 -03-29,達141d,最短供暖季出現在2001-11 -29—2002-02-07,僅70d,平均供暖日數為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年代供暖期相對較短,平均107.3d;2000年代供暖期最短,僅92.8d。

3.4 供暖期度日數

西安市供暖最大度日數與度日數變率均出現在1979年,分別為2116.2℃·d和22%,最小度日數與度日數變率均出現在2001年,分別為1098.4℃·d和-36.7%,近50a平均度日數為1734.4℃·d。

從年代際變化(表1)來看,20世紀90年前,供暖期度日數均高于50a平均值,度日數變率大于0。其中,60年代最高,平均1888.8℃·d,度日數變率也最大,為8.9%;其次為80年代,為1860.0℃·d;70年代相對較低,平均為1790.7℃·d。90年代下降較為明顯,為1673.8℃·d,度日數變率為負;2000年代為近50a最低,為1459℃·d,度日數變率達-15.9%。

3.5 供暖強度變化

西安最大供暖強度出現在1976年,為18.8℃,最小供暖強度出現在1998年,為13℃,近50a平均供暖強度為16.2℃。

從年代際變化(表1)來看,20世紀80年代前,供暖強度高于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,各指標的年代際變化并不一致,其中20世紀80年代后供暖強度低于平均值;90年代前供暖終日較晚,且供暖期度日數均高于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。這些指標的變化揭示了西安氣候變暖的事實。

4 氣候變化與能耗

4.1 氣候變化與供暖關系

氣候變暖與冬季供暖有著密切關系。從圖2來看,年平均氣溫與供暖季度日數和供暖期有著顯著線性關系,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。當年平均氣溫升高1℃時,度日數1a減小206℃·d,供暖日減少9d。當然,11月—3月的平均氣溫與供暖季度日數和供暖期有著更為顯著線性關系,其R2分別為0.7622和0.3176。

圖2 西安采暖期與度日數與年平均氣溫的關系

4.2 氣候變化與節能

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。按照當前熱力公司設計使用的熱指標7.68kJ/(m2·h),即氣溫每相差1℃,單位面積供熱量相差7.68 kJ/(m2·h)[7]。當平均氣溫升高1℃,減少供熱量Q=7.68×供熱面積×供熱時間。供暖期度日數能較好地表征供暖期能耗的高低。據此分析,相對于1971—2000年的平均值,2001—2010年因氣候變暖每年平均節能17.8%。

5 結論與討論

(1)西安市20世紀90年代前氣溫相對較低,1994年之后氣溫相對較高,近50a平均氣溫每10a上升0.44℃,供暖季平均每10a上升0.51℃,總體趨勢是氣候逐漸變暖。

(2)供暖期與供暖強度的年代際變化并不一致,其中20世紀80年代后供暖強度低于平均值;90年代前供暖終日較晚,且供暖期度日數均高于50a平均值(1734.4℃·d);2000年后,供暖初日明顯變晚,且供暖期較短,低于50a平均值(107d)。

(3)氣候變暖與冬季供暖有著密切關系。當年平均溫度升高1℃時,西安1年度日數減小206℃·d,供暖日減少9d。相對于1971—2000年的平均值,西安2001—2010年因氣候變暖每年平均節能17.8%。

[1] GB50736—2012民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社, 2012.

[2] 王保民,張德山,湯慶國,等.節能溫度、供熱氣象指數及供熱參數研究[J].氣象,2005,31 (1):72-74.

[3] 李倉喜,白美蘭,楊晶,等.氣候變暖對呼和浩特地區供暖期能源消耗的影響 [J].氣候變化研究進展,2010,6(1):29-33.

[4] 代玉田,王麗,陳曉燕,等.德州市冬季供暖氣象條件分析[J].山東氣象,2012,32(1):30 -33.

[5] 龐文保,羅慧,李建科,等.西安市冬季供暖氣象條件分析和預報方法初探 [J].氣象科技, 2005,33(6):505-508.

[6] 龐文保.西安市冬季冷暖的歷史演變對供暖的影響[J].陜西氣象,2005(3):27-28.

[7] 張淑琴,胡文東,張建,等.寧夏平原供暖期氣候變化特征及其社會經濟影響分析—以平羅縣為例[J].干旱區資源與環境,2012,26(4): 105.

TU832

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吳素良,張文靜,王琦.西安采暖期氣溫變化對供暖的影響[J].陜西氣象,2014(1):18-21.

1006-4354(2014)01-0018-04

2013-11-07

吳素良(1963—),男,安徽蕭縣人,高工,從事氣候應用與大氣環境影響評價。