基于煤改氣工程河北農村地區家庭優化方案分析

呂孟錦 張舒陽 張夢雪

【摘要】煤改氣工程以后，農村用戶普遍反映冬季供暖費用與之前相比顯著上升，我們將通過模型分析每戶最佳的用氣量及用氣策略，預計每戶可以減少30%左右的供暖支出。

【關鍵詞】常住人口 供暖方案 優化

1引言

2017年河北省共完成253.7萬戶，其中煤改氣為231.8萬戶。從數據來看，遠遠大于年初計劃的180萬戶，超額完成約百分之三十。在飆升的煤改氣工程實施的過程中，河北省許多地區出現了天然氣氣荒的問題。華北天然氣到岸價格普遍上漲30004000/噸，價格翻番。預計2017年迎峰度冬期間全省共需要約65億方，比2016年增加35億方，但實際需求量達到了100億立方米，也就是說，天然氣的缺口高達26%。緊俏的天然氣供應以及日漸高昂的價格使得一般農村用戶負擔困難，節約型天然氣使用方案的實施迫在眉睫。

2調研對象及結果分析

我們小組于2018年1月7日，在天然氣管道安裝公司高級工程師的帶領下，在保定市涿州縣老張莊和小王莊這兩個已經安裝天然氣并投入使用的村子開展調研;于2018年寒假在邯鄲市南白道村、北白道村兩個還未安裝使用天然氣的村子開展對比調研。

我們隨機調查了80個樣本，調查了用戶家庭成員及年齡、健康狀況、房屋材質、房屋面積、供暖時長、生活習慣、目前每月燃燒天然氣的供暖消耗等信息。調查發現：

“煤改氣”以后居民每個月的供暖開支大約在10元/平方米·月左右，也就是說一般供暖面積在150平米的用戶，一個月的供暖開支在1500元左右。往年，燒煤用戶按150平米供暖面積來計算，一冬的煤消耗量在3到4噸，每噸煤均價600元/噸，供暖時間在4個月，一年供暖費用2000元左右。一般農戶，如果使用天然氣供暖4個月，一冬天需要花費6000元，顯然遠遠超過使用煤炭供暖的支出，而一般農戶可以接受比燃煤高出的支出在1000元左右，只有2/15的農戶不在意價格，因為家里有90多歲的老人。總體來說，“煤改氣”之后居民室溫普遍下降5攝氏度左右，約從25攝氏度下降到20氏度，居民普遍反映天然氣取暖價格太高。

3變量的選擇和模型的建立

3.1總體思路

目標：（1）達到一般人對室內溫度的正常要求;（2）達到老人，小孩，病人等群里對較高室內溫度的需求。

要求：在達到目標的前提下，結合峰谷電價、燃氣供暖系統安裝費用、燃氣價格等因素，制定出花費最少的方案。

將供暖部分分為兩塊，一塊是常住面積的供暖，即長期住在家里的人的供暖面積。另一塊為非常住面積的供暖，即偶然回家的子女或親人所需的供暖面積。

影響因素：所在地區;常用供暖面積;偶然性供暖面積;常住人口中是否有老人，小孩，病人;非常住人口中是否有老人，小孩，病人;供暖時間;房屋材質;燃氣供暖系統安裝費。

3.2變量分析

變量1：由于我們在此文章中的研究是河北省，所以這一變量在此處是一個常量。但如果日后要將此算法進行完善推廣，那么這一變量將是必須考慮的因素。

變量2、3：常用供暖面積就是家中的常住人口的日常活動范圍，偶然性供暖面積就是家中非常住人口的活動面積。

變量4、5：老人的界定年齡在60歲以上，小孩的界定范圍在15歲以下。

變量6：供暖時間分為全天和非全天（在溫度較高的中午時間關閉供暖），按小時計算。

變量7：有些北方建筑有“三步節能法”，在沒有供暖的情況下，室內溫度也能達到13-15度，而采用傳統供暖的房屋則沒有這么好，前者對掛壁爐的功率要求較低。由于房屋漏熱系數較為復雜，在此文章中姑且不作考慮。

3.3算法流程

3.3.1不變部分：輸入家中常用的供暖面積，以及常住人口中是否有特殊人口，供暖時間，可以直接算得需要多大功率的爐子，以及需要的燃氣量。

算法公式：每平方米的供熱功率大概在120-180W。

總功率算法=供暖面積面積*65%*150W

總燃氣消耗，總功率×供熱時間÷燃氣的燃燒功率。

對于有特殊群體的常住人口，需要乘以一個參數，多燒點燃氣，以達到特殊人口要求的溫度。

3.3.2變動部分：輸入家中非常用的供暖面積，以及非常住人口中是否有特殊人口，供暖時間。

這一部分分成兩種計算方式：

第一種：仍然使用燃氣供暖。計算方法同上。根據涿州市的天然氣價格（第一階梯居民用氣每戶每年3603m，執行現行的居民生活用氣價格2.4元/3m。第二階梯：每戶每年用氣量在3613m-5003m，按居民生活第一階梯用氣價格的1.2倍執行，價格為2.88元/3m。第三階梯：每戶每年用氣量在5013m以上，按居民生活第一階梯用氣價格1.4倍執行，價格為3.36元/3m。）可以計算出燃氣的總花費。

第二種：使用插電式供暖器。我們要計算在不同的情況下，達到供暖溫度（其中要考慮是否有特殊人口），以及供暖面積的情況下，需要耗費多少電能。以及在峰谷電價不同的時候，需要花多少錢。

計算公式：

總功率=供暖面積×單位面積達到該溫度所需的功率

總功=總功率×供暖時間

花費=（總功率×每天中峰值供暖時間×峰值電價+總功率×谷值電價×每天中谷值供暖時間）×在家天數

3.3.3分別計算出這兩部分的花費后，兩部分相加，再加上兩部分所需的取暖裝置費，比較可變部分使用燃氣更省錢還是使用電取暖更省錢，從而進行選擇。

3.4算法運行

運用上述的算法編制了一個程序，運行結果如下：

4總結

通過以上分析可知，不同的用戶的優化煤氣使用方案是不同的，只有通過個性化的優化措施才能達到最優的結果，通過使用該算法可以比原先粗獷的燃氣使用方法節約很多，但是這遠不是最優的優化方案，只有通過對更多變量的整合分析才能更加趨近于最優結果。

參考文獻：

[1]https：//m.sohu.com/a/157734544_360037/？pvid=000115_3w_a&_once_=000022_shareback_qq_qq&strategyid=00012.博燃聚焦.

[2]http：//hp.hvacrhome.com/news/show.php？itemid=21802.熱泵產業資訊.

[3]http：//www.china-nengyuan.com/news/118618.html.中國新能源網.

[4]http：//www.xianjichina.com/news/details_57007.html.賢集網.

[5]http：//www.bd.gov.cn/content-401-44600.html.

[6]石丹陽.農村煤改氣采暖用戶用氣規律分析.