锦州市农村供暖预报研究
时间：2020-10-28 07:57:47 来源：达达文档网 本文已影响 人 
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[摘 要] 本文分析2014年11月至2015年3月辽宁省锦州市农村某供暖处供暖期内气象要素和农村供热温度的关系，得出气象要素与供暖温度关系方程，划分冷空气来临时供暖应急等级，绘制供暖曲线图，从而为农村人口居住取暖和大棚等经济作物的供暖提供指导。
[关键词] 供回水温差；气象要素；农村人口；温室大棚
[中图分类号] TU832 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2017）34-91-2
在采暖期间，大气污染物的50%和总悬浮颗粒物的40%来自燃煤。我国北方农村地区、城乡结合部仍然采取燃烧煤炭来进行冬季供暖，如何在寒冷的季节加大供暖力度，在温暖的天气里少烧煤是民生问题也是环保问题。寻求烧煤的最佳方案，对于缓解冬季的雾霾现象，减少污染有着重要意义。而供暖量的大小与气象条件关系密不可分，看天烧煤取暖也越来越定量化，利用天气预报气象指导供暖温度变得可行。
1 资料
1.1 气象资料的选取
选取2014年11月至2015年3月54337气象观测站资料。
1.2 气象数据处理
在处理数据的时候，预报员对天空状况的预报没有具体到总云量，比如，只是预报天空是晴是多云还是阴，而不是预报天空总云量有几层，导致用预报值来计算供热值实施起来有困难，所以对天空天气状况替代忽略了晴、多云、阴天造成的分析差异。天空天气状况表示为：①无降水（晴、多云、阴，或者微量降水）；②小雨（包括阵雨，24 h降水量0.1～9.9 mm），③小雪（24 h降水量<2.5 mm）；④小雨夹雪；⑤中雨（24 h降水量10.0～24.9 mm）；⑥中雪（2.6 mm<24 h降水量<5.0 mm）；⑦大雪（<5.0 mm）。风向替换为：NE为1；E ENE ESE为2；SE为3；SSE S SSW为4；SW为5；WSWW WNW为6；NW为7，NNW N NNE为8。风速替换为等级风力。
1.3 供暖数据
2014年11月至2015年3月供暖期，每天供回水温度。对某一个固定大小的取暖区域而言，由于供暖面积是一定的，供回水温度差就可以理解为这些温度是被取暖用户消耗了的。所以，建立供回水温差与气象要素的关系是可行的。
2 模型
2.1 相关分析
把供回水温差作为变量Y，天空天气状况X1、风向替换X2、风速等级X3、最高气温X4和最低气温X5作为自变量，利用SPSS18进行相关性分析，供回水温度和最高气温、最低气温、呈明显的线性负相关。
2.2 全部进入法确立模型
全部进入法线性回归计算，得到以下方程：
Y=31.443+1.478×X1-0.021×X2-0.313×X3-0.030×X4-0.124×X5 （1）
常量、最低气温、天空天气现象这些变量的回归系数显著性t检验概率P值小于显著性水平0.05。最高气温、风速等级、风向替换这些气象因子的P值大于显著性水平0.05，这些气象因子与供回水温差的线性关系不显著。
2.3 逐步回归法确立模型
采用逐步回归的方法得到2种模型：
Y=30.623-0.145×X5 （2）
Y=26.866+1.852×X1-0.154×X5 （3）
模型1，拟合度为0.667，通过P值小于0.05的显著性检验。模型2，拟合度为0.725，通过P值小于0.05的显著性检验。方程（3）由于选择了更多的气象因子，拟合度高于方程（2）。
3 检验
利用2013年11月至2014年3月气象数据与供暖数据，带入以下3种模型进行检验：
Y=31.443+1.478×X1-0.021×X2-0.313×X3-0.030×X4-0.124×X5 （1）
Y=30.623-0.145×X5 （2）
Y=26.866+1.852×X1-0.154×X5 （3）
结果表明，理论值与实际供回水温差之间大致一致，符合度较好，误差基本在±20%矩形框内，所以模型1是可以进行供暖指导的。分别计算了3种模型的相对误差，分别为11.44%、11.72%、12.18%。这三种误差说明供暖公司在供热过程中实际供给量与实际需求量存在12%左右的误差。
4 模型确立与结论
建立模型是为了利用预报结论对供热进行指导，选择气象因子的时候引入了天空天气现象，这个因子中考虑了降水量和天空的总云量，在实际的预报工作中，降水量预报比较准确，预报员对总云量为晴、多云、阴没有定量的预报，或者预报有一定难度，所以用预报来指导可能存在一定的偏差。所以，模型1、3应用会有一定难度，或者对预报员会有额外的要求，所以放弃了模型1、3，采用了模型2，模型的误差11.72%。
得出的結论是采暖的供回水温度差与气象要素中的最低气温呈密切相关，模型是Y=30.623-0.145×X5，供回水的温度差与最低气温负相关。
5 应用供暖方程指导农村集中供暖
5.1 绘制供暖曲线图
随着城市化进程的加快，农村和城乡结合部的供暖也在采用集中供暖的方式。集中供暖就需要提前缴纳取暖费，供暖的锅炉房也要提前采购煤炭。这可以根据供暖的方程提前计算出每天供暖量，绘制供暖曲线，指导供暖，并利用天气预报的预报微调供暖数据。
统计每天历史累年的最低气温平均值带入模型，绘制出供暖趋势曲线。2009年11月至2015年3月，共6个供暖周期，将每天锦州54337基本站的最低气温的平均值带入模型，绘制供暖趋势曲线图（见图3）。
5.2 确定整个供暖期的煤炭采购量
锦州市政府要求室内供暖的最低温度是18 ℃。根据热力学方程Q（总共热量）=△T（供回水温差）×M（水流量）×g（水的比热）×S（面积）计算，一般按1 m2建筑面积水流量值2.0～2.5 kg/h估算，供回水温差设计上是20 ℃，故M常取2.5 kg/h。标准煤的热值为7 000 kCal/kg，水的比热4.2×103 J/（kg·℃），可以估算出一天需要多少煤，累加后计算出需要储备多少煤。
煤公斤数=（30.623-0.145×X5）×M（水流量）×g（水的比热）×S（面积）×煤热值-1=（30.623-0.145×X5）×2.5kg/h×4.2×103 J/（kg·℃）×7 000 kCal/kg×S（面积） （4）
5.3 供暖应急等级划分
冷空气来临时，必须加大供热。可根据冷空气造成的降温幅度确定供暖应急等级。冷空气等级划分标准根据中国气象局政策法规司编制的GB/T20484-2006分为5个级别。按照不同等级冷空气划分标准，供热应急等级可分为相应的4个等级。
5.3.1 供暖应急等级Ⅰ级。弱冷空气袭来，日最低气温48 h内降温幅度小于6 ℃，48 h供回水温差最大提高8.7 ℃。
5.3.2 供暖应急等级Ⅱ级。中等强度冷空气袭来，日最低气温48 h内降温幅度小于8 ℃大于等于6 ℃，48 h供回水温差应提高8.7～11.6 ℃。
5.3.3 供暖应急等级Ⅲ级。较强冷空气和强冷空气袭来，日最低气温48 h内降温幅度大于等于8 ℃，48 h供回水温差应提高11.6 ℃。这里只用考虑48 h降温水平，所以把冷空气的较强和强等级合并考虑应急等级。
5.3.4 供暖应急等级Ⅳ级。寒潮袭来，24 h降温≥8 ℃，或者48 h内降温幅度≥10 ℃，或者72 h内降温幅度≥12 ℃时，24 h供回水温差大于11.6 ℃，48 h供回水温差提升大于14.6 ℃，72 h供回水温差大于17.4 ℃。
6 大棚经济作物取暖
锦州市冬季的大棚作物以西红柿、黄瓜、青椒等为主。以西红柿培育为例，计算大棚供暖。西红柿种子的发芽适宜温度为25～30 ℃，最低温度为12 ℃；幼苗白天适宜温度为20～25 ℃，夜间为10～15 ℃；开花期白天适宜温度为20～30 ℃，夜间为15～20 ℃；结果期白天适宜温度为25～28 ℃，夜间为16～20 ℃。
温棚的高度和宽度已知的情况下，按照下式计算：
M×△T×c水×s面积=C空气×M×（t理想温度-t当前大棚温度）×大棚空气体积=S（面积）×煤热值 （5）
式（5）中，M为水流量（kg/h），取2.5；煤的热值为7 000 kCal/kg；S为大棚面积，固定大棚面积一定（m2）；△T为供回水温差（℃）；c水为水的比热，4.2×103 J/（kg·℃）；C空气为空气的比热，3.1×103 J/（kg·℃）；C表示空气的比热；M表示空气的质量（可根据温棚大小计算）。
通过方程（2）（5）即可轻松计算出西红柿在发芽期、生长期、開花期、结果期等温室大棚需求热量、煤量。这有利于提前做好储备工作，防止冷空气袭来时遭受经济损失。也可根据冷空气来临的强度，来预报农业经济作物的防寒等级和需要多强的供热力度（方法参照人口供暖），避免降温给植物生长造成影响，使作物更快地走向餐桌，获得最高经济效益。
7 结论
本文通过分析气温和供回水温度的关系，建立了供暖方程。供暖方程可以指导该地区人、温棚等取暖，计算使用煤量或其他能源量，达到合理分配能源，最终达到减排的目的。
