1961-2010年辽宁省冬季采暖期变化及采暖能耗研究

1961-2010年辽宁省冬季采暖期变化及采暖能耗研究
李倩;林毅;赵春雨;崔妍;孙梦婕;孙沛
【摘要】利用1961-2010年辽宁省52个气象站逐日气温观测资料和中国统计年鉴数据,参照采暖供热等相关标准,运用数理统计方法,综合分析辽宁省冬季采暖期变化特征及气候变暖对采暖能耗的影响,建立采暖能耗与采暖度日关系的模型.结果表明:20世纪80年代开始,辽宁省出现了显著增暖的趋势;随着气候变暖,辽宁省采暖期起始日期逐年推后,采暖期终止日期则以1-2 d/10 a的趋势提前,全省平均采暖期长度缩短了8d;采暖度日数减少趋势明显,2009年达最低值.辽宁省冬季寒冷的时间呈持续缩短的趋势,单位面积的能源消耗在2003年后期趋于稳定,供暖面积年增长率在2008年后降至8.0％,但能源消耗年增长率低于1.0％,采暖期耗能定量评估结果比实际能耗偏小1.0％.
【期刊名称】《气象与环境学报》
【年(卷),期】2015(031)006
【总页数】5页(P135-139)
【关键词】气候变暖;采暖期;采暖耗能;定量评估
【作者】李倩;林毅;赵春雨;崔妍;孙梦婕;孙沛
【作者单位】沈阳区域气候中心,辽宁沈阳110166;辽宁省气象服务中心,辽宁沈阳110166;沈阳区域气候中心,辽宁沈阳110166;沈阳区域气候中心,辽宁沈阳110166;中国气象局气象干部培训学院辽宁分院,辽宁沈阳110166;中国气象局气象干部培训学院辽宁分院,辽宁沈阳110166
【正文语种】中文
【中图分类】P468.0
气候变化是目前全球关注的热点问题，因其引发的极端事件频繁发生，而气候对能源需求的影响也是目前关注的课题之一。

在气候变暖的背景下，中国北方地区采暖期缩短且能源消耗量也呈降低的趋势，但气温变化与耗能之间的具体量化关系还需进一步的研究。

国外学者利用采暖期能源消耗资料，对采暖能耗受气候因子的影响进行预测和预估研究[1-2]。

对于采暖涉及的各能源生产和供应部门，预测结果具
有重要的参考价值。

有国内学者[3-7]分析了气候变化对冬季采暖的影响，构建了
采暖能耗资料序列，给出了提高能源利用主效率的对策性建议。

周自江[8]、付光
轩[9]、袁顺全和千怀遂[10]、庞文保等[11]利用近50 a采暖资料和气候数据分析
表明，20世纪80年代后，气候变暖对各地采暖期的各项指标影响非常显著。

由
于冬季气温的逐步升高，使取暖日数、采暖需求和能源消耗均逐步减少，且减少趋势明显，陈莉等[12-14]利用中国约500个气象站日平均气温等资料分析了北方寒冷地区主要城镇的采暖期能源消耗和节能贡献，发现20世纪80年代中期以来的
气候变暖使严寒地区和寒冷地区的采暖期长度缩短了5—15 d，节能贡献率可达5%—10%。

辽宁省冬季持续时间较长，采暖需求大，气候变暖对其冬季采暖期影响更明显。

但实际采暖工作中并未考虑气候变化的影响，采暖期几十年固定不变。

本文着重分析了辽宁省采暖期温度变化对采暖能耗的影响，以期为辽宁省采暖节能决策提供参考。

1.1 资料来源
1961—2010年辽宁省52个气象台站逐日平均气温资料来源于辽宁省气象信息中心，2001—2010年辽宁省蒸汽、热水的供暖量和供暖面积数据来源于《中国统
计年鉴》。

1.2 研究方法
1.2.1 采暖期起止日期和采暖期长度的确定
根据《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019—2003)[15]规定，选取5 ℃作为采暖室外临界温度[16]。

采暖起止日期的确定，本文采用连续5 d滑动平均法，在冬季连续5 d的滑动日平均温度≤5 ℃的最长一段时间内，选取第一个5 d中开始日平均气温≤5 ℃的日期，定义为采暖起始日期；选取最后一个5 d中最后日平均气温≤5℃的日期，定为采暖终止日期，采暖起止日期之间的日数定义为采暖期长度。

由于辽宁省采暖期跨年度，本文分析的为计算采暖期，定义1961年秋冬季至1962年春季的采暖期为1961年采暖期[17]，以此类推，其变化情况与实际供暖部门提供供暖的采暖期不同。

1.2.2 采暖度日量的确定
度日是一种计算热状况的单位，是某时段内逐日平均气温和基准温度之差的总和。

采暖期度日即为采暖期内室内外温度差值的累加。

根据规范标准[15]，本文室内温度选取18 ℃，公式为：
式(1)中，D为度日总量(℃·d)；T为室内温度为逐日平均气温，单位为℃；n为采暖期日数(d)。

2.1 辽宁冬季平均气温变化
为了检测辽宁地区冬季采暖期气温的长期变化趋势和突变情况，采用非参数检验方法曼—肯德尔法(Mann-Kendall)[18]检测辽宁地区冬季采暖期气温的长期变化趋势和突变情况。

由图1a可见，1961—2010年辽宁省采暖期的平均气温呈上升的趋势，具有较明显的阶段性变化[19]。

20世纪60年代UF为负值，表明60年代气温整体呈偏低的趋势，为偏冷阶段；从1972年开始，冬季气温开始回暖转为上升趋势，偏暖阶段从80年代末开始，增暖趋势通过了0.05(U0.05=1.96)显著性
水平检验。

由此可见，辽宁省采暖期平均气温逐年上升的趋势较明显。

在95%置
信区间内，UF与UB有多个交点；为进一步探讨冬季气温的突变情况，引入滑动
T检验(图1b)进行验证，在M-K检验中出现的1975年、1978年及1980年3个UF和UB交点年份均未通过0.01水平滑动T检验的显著性检验，因此辽宁冬季气温在近50 a未发生突变。

2.2 采暖期起止日期变化
由1961—2010年辽宁省采暖期平均起止日期可知(图2)， 10月28日为采暖期
平均起始日期， 4月3日为采暖期平均终止日期。

采暖期起始日期最早出现在10月20日(2002年)，采暖期起始日期最晚出现在11月7日(1994年和1998年)；采暖期终止日期最早出现在3月24日(1988年)，采暖期终止日期最晚出现在4
月15日(1979年)。

综合分析近50 a辽宁省采暖期起止日期发现，采暖起始日期
整体呈推后的趋势，采暖终止日期整体呈提前的趋势(图2)。

从年代差异的角度分析1961—2010年辽宁省采暖起止日期的变化更明显，由表
1可见，20世纪60年代开始，辽宁省采暖起始日期明显逐年推后，80年代至90年代推后了5 d，采暖期终止日期则按以1—2 d/10 a的趋势提前；采暖日数也逐年代呈减少的趋势，至21世纪初期比20世纪60年代采暖日数减少了8 d，50 a 平均采暖期长度为156 d。

虽然采暖的起始日期和终止日期存在年际振荡，但总体呈采暖期长度缩短的趋势[20-22]。

采暖起始日期推后，采暖终止日期提前，说明
气候变暖后辽宁省寒冷天气开始的越来越晚，结束的越来越早。

2.3 采暖度日变化及采暖耗能定量研究
2.3.1 采暖度日变化
采暖期能耗与采暖强度关系密切，采暖度日总量大小可直观反映采暖期的冷暖程度，因此采暖期耗能的变化可利用采暖度日的变化作为相关因子进行统计分析。

统计结果表明，近50 a辽宁省平均采暖度日为3294.3 ℃·d，由采暖度日的年变化(图3)
可见，1961—2010年辽宁省采暖期度日总量呈减少的趋势，其减少的线性斜率
达-15.444；结合辽宁省冬季平均气温可知，度日值大即代表气温低，供暖耗能增大，度日值小代表气温高，供暖耗能减少。

20世纪80年代中期前辽宁省冬季平
均气温偏低，采暖度日偏高的变化趋势明显；至20世纪90年代后，温度明显回升，采暖度日也大幅减少并逐年不断减少，2009年采暖度日达最低值；说明近年来采暖能源需求量减少的幅度越来越大，尤其是21世纪后更突出，这一变化趋势与全球气候变暖的结论一致。

2.3.2 采暖度日与采暖耗能关系的定量计算
采暖期能源消耗需求与外界的温度变化有非常密切的关系，度日又是一种反映采暖强度的指标，因此可利用采暖度日的变化估算采暖期能耗的变化，二者建立的相关模式具有较高的可信度。

辽宁地区的采暖方式具有多样化的特点，环境和地区的实际情况较复杂，因此采暖耗能受气候变化的影响也具有相当的复杂性[23-25]。

鉴
于集中供暖是目前普及率较高的一种供暖方式，本文着重研究集中采暖耗能受温度变化的影响。

限于资料收集较困难，仅以2001—2010年辽宁省的供暖资料[26]
进行分析。

辽宁省供暖主要采用烧煤蒸汽和热水两种能源消耗方式，随着集中供暖的面积不断扩大，为了满足大面积供暖的需求，采暖销售量逐年增长，2003年采暖销售量达到峰值，2004年回落以后仍呈逐年增长的趋势。

采暖期销售总量的变化反映了整体的耗能程度，对于局部的变化及气候变暖对采暖实际耗能的影响并没有客观反映；为此，考虑采用单位面积的采暖销售量作为指标，对平均面积的采暖能耗进行分析。

由图4中可知，2003年前单位面积采暖销售量与采暖销售量呈同步增长趋势；2004年开始，虽然采暖销售量稳步增长，但单位面积采暖销售量开始保持基本稳定的趋势。

对《中国统计年鉴》中辽宁地区采暖能源消耗的数据进行统计表明，2001—2010年辽宁省冬季供暖面积以平均每年14.8%的增长率逐年扩大，单位
面积采暖销售量平均年增长率为5.8%；其中2008年后供暖面积年增长率降至8.0%，而单位面积采暖销售量的年增长率更是降至1.0%以下，此结论与图4分析的趋势一致，进一步说明了在气候变暖的背景下，辽宁省采暖的耗能需求量不断降低并趋于稳定。

单位面积采暖销售量和采暖度日两个要素均能直观的反映采暖期能源的消耗情况，因此对二者进行相关分析发现，二者存在较好的线性关系，相关系数为0.66，通过了0.05水平的显著性检验，线性方程为：
Y=0.251499+0.00014X
式(2)中，X为采暖度日(℃·d)；Y为单位面积采暖销售量(MKJ)。

通过上述建立的模型，利用某年已知的采暖期度日总量，可计算出单位面积采暖销售量，即可对辽宁省每年冬季采暖耗能进行定量评估。

为了验证建立的关系模型，利用2011年和2012年辽宁省采暖度日的数据进行检验。

通过前期统计2011年采暖起止日期为11月11日和翌年3月29日，2012年的采暖起止日期为11月1日和翌年4月8日，2011年和2012年采暖度日分别为2412.2 ℃·d和2173.3 ℃·d。

根据式(2)计算可知，2011年和2012年的辽宁省单位面积采暖销售量为0.5885 MKJ和0.5551 MKJ，《中国统计年鉴》中辽宁省单位面积采暖销售量的实际值为0.5948 MKJ和0.5633 MKJ。

通过验证可见，模型计算的单位面积采暖销售量较实际数据略偏小，平均偏小的误差率为1.0%，与计算数据基本吻合。

此结果也进一步验证了21世纪开始，辽宁省单位面积能源消耗量逐年平稳，建立的相关模型可利用气象要素度日数据定量的计算单位面积采暖销售量。

(1)近50 a辽宁省冬季采暖期起止日期均发生明显的变化，20世纪80年代至90年代采暖起始日期推后了5 d，采暖期终止日期以1—2 d/10 a的趋势提前，21世纪初期比20世纪60年代平均采暖日数减少了8 d。

(2)1961—2010年辽宁省冬季平均采暖度日为3294.3 ℃·d，呈明显减小的趋势，
其减少的线性斜率为-15.444，采暖度日从20世纪80年代中后期开始逐年减小，同时期温度呈不断升高的趋势。

2009年采暖度日达最低值。

(3)根据《中国统计年鉴》中的数据统计分析可知，2008年后辽宁省单位面积采暖销售量的年增长率降至1.0%以下并保持稳定水平，并建立了单位面积采暖销售量和采暖度日的相关方程模型，通过验证该模型具有较高的可用性，可为供暖数据资料来源困难的问题提供参考。

(4)气候变暖对采暖期能源消耗的影响非常显著，对节能也是有利的，整个采暖期的长度和采暖耗能有密切的关系，在保证采暖期室温要求18 ℃的前提下，若能调节采暖期长度而不是固定采暖期，则能耗的减少将更明显，本文在此方面未进行深入探讨，在保证目前供暖环境下减少和避免不必要的能源消耗，均需进一步研究。

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