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）引言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。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。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。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采暖期冷暖的历史演变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）。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/d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气候变暖与冬季采暖能源消耗的相关分析2.1资料说明与处理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。采暖初日计数方法为11月1日记1d；11月2日记2d，依此类推。采暖终日天数计数方法类似，3月1日记为1d；3月2日记为2d，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。2.2采暖能源消耗分析2.2.1供暖面积和热量消耗总量变化近20a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。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单位供暖面积耗热量与采暖期变化图3为按照采暖规范[1]，根据气候条件确定的1986－2002年采暖初日和采暖终日的变化曲线。由图3可见，1986－2002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23d。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50d。图31986－2002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/d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；1986－2002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41986－2002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/d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。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节能建议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。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。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121d。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9d一项就可减少年供暖能源消耗量约7%。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18d。如果按121d供暖期日平均能耗标准计算，仅供暖期缩短18d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。谢谢大家！