錦州市農(nóng)村供暖預(yù)報研究

[摘 要] 本文分析2014年11月至2015年3月遼寧省錦州市農(nóng)村某供暖處供暖期內(nèi)氣象要素和農(nóng)村供熱溫度的關(guān)系，得出氣象要素與供暖溫度關(guān)系方程，劃分冷空氣來臨時供暖應(yīng)急等級，繪制供暖曲線圖，從而為農(nóng)村人口居住取暖和大棚等經(jīng)濟作物的供暖提供指導(dǎo)。

[關(guān)鍵詞] 供回水溫差；氣象要素；農(nóng)村人口；溫室大棚

[中圖分類號] TU832 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）34-91-2

在采暖期間，大氣污染物的50%和總懸浮顆粒物的40%來自燃煤。我國北方農(nóng)村地區(qū)、城鄉(xiāng)結(jié)合部仍然采取燃燒煤炭來進行冬季供暖，如何在寒冷的季節(jié)加大供暖力度，在溫暖的天氣里少燒煤是民生問題也是環(huán)保問題。尋求燒煤的最佳方案，對于緩解冬季的霧霾現(xiàn)象，減少污染有著重要意義。而供暖量的大小與氣象條件關(guān)系密不可分，看天燒煤取暖也越來越定量化，利用天氣預(yù)報氣象指導(dǎo)供暖溫度變得可行。

1 資料

1.1 氣象資料的選取

選取2014年11月至2015年3月54337氣象觀測站資料。

1.2 氣象數(shù)據(jù)處理

在處理數(shù)據(jù)的時候，預(yù)報員對天空狀況的預(yù)報沒有具體到總云量，比如，只是預(yù)報天空是晴是多云還是陰，而不是預(yù)報天空總云量有幾層，導(dǎo)致用預(yù)報值來計算供熱值實施起來有困難，所以對天空天氣狀況替代忽略了晴、多云、陰天造成的分析差異。天空天氣狀況表示為：①無降水（晴、多云、陰，或者微量降水）；②小雨（包括陣雨，24 h降水量0.1～9.9 mm），③小雪（24 h降水量<2.5 mm）；④小雨夾雪；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）。風(fēng)向替換為：NE為1；E ENE ESE為2；SE為3；SSE S SSW為4；SW為5；WSWW WNW為6；NW為7，NNW N NNE為8。風(fēng)速替換為等級風(fēng)力。

1.3 供暖數(shù)據(jù)

2014年11月至2015年3月供暖期，每天供回水溫度。對某一個固定大小的取暖區(qū)域而言，由于供暖面積是一定的，供回水溫度差就可以理解為這些溫度是被取暖用戶消耗了的。所以，建立供回水溫差與氣象要素的關(guān)系是可行的。

2 模型

2.1 相關(guān)分析

把供回水溫差作為變量Y，天空天氣狀況X1、風(fēng)向替換X2、風(fēng)速等級X3、最高氣溫X4和最低氣溫X5作為自變量，利用SPSS18進行相關(guān)性分析，供回水溫度和最高氣溫、最低氣溫、呈明顯的線性負相關(guān)。

2.2 全部進入法確立模型

全部進入法線性回歸計算，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、最低氣溫、天空天氣現(xiàn)象這些變量的回歸系數(shù)顯著性t檢驗概率P值小于顯著性水平0.05。最高氣溫、風(fēng)速等級、風(fēng)向替換這些氣象因子的P值大于顯著性水平0.05，這些氣象因子與供回水溫差的線性關(guān)系不顯著。

2.3 逐步回歸法確立模型

采用逐步回歸的方法得到2種模型：

Y=30.623-0.145×X5 （2）

Y=26.866+1.852×X1-0.154×X5 （3）

模型1，擬合度為0.667，通過P值小于0.05的顯著性檢驗。模型2，擬合度為0.725，通過P值小于0.05的顯著性檢驗。方程（3）由于選擇了更多的氣象因子，擬合度高于方程（2）。

3 檢驗

利用2013年11月至2014年3月氣象數(shù)據(jù)與供暖數(shù)據(jù)，帶入以下3種模型進行檢驗：

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）

結(jié)果表明，理論值與實際供回水溫差之間大致一致，符合度較好，誤差基本在±20%矩形框內(nèi)，所以模型1是可以進行供暖指導(dǎo)的。分別計算了3種模型的相對誤差，分別為11.44%、11.72%、12.18%。這三種誤差說明供暖公司在供熱過程中實際供給量與實際需求量存在12%左右的誤差。

4 模型確立與結(jié)論

建立模型是為了利用預(yù)報結(jié)論對供熱進行指導(dǎo)，選擇氣象因子的時候引入了天空天氣現(xiàn)象，這個因子中考慮了降水量和天空的總云量，在實際的預(yù)報工作中，降水量預(yù)報比較準確，預(yù)報員對總云量為晴、多云、陰沒有定量的預(yù)報，或者預(yù)報有一定難度，所以用預(yù)報來指導(dǎo)可能存在一定的偏差。所以，模型1、3應(yīng)用會有一定難度，或者對預(yù)報員會有額外的要求，所以放棄了模型1、3，采用了模型2，模型的誤差11.72%。

得出的結(jié)論是采暖的供回水溫度差與氣象要素中的最低氣溫呈密切相關(guān)，模型是Y=30.623-0.145×X5，供回水的溫度差與最低氣溫負相關(guān)。

5 應(yīng)用供暖方程指導(dǎo)農(nóng)村集中供暖

5.1 繪制供暖曲線圖

隨著城市化進程的加快，農(nóng)村和城鄉(xiāng)結(jié)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繳納取暖費，供暖的鍋爐房也要提前采購煤炭。這可以根據(jù)供暖的方程提前計算出每天供暖量，繪制供暖曲線，指導(dǎo)供暖，并利用天氣預(yù)報的預(yù)報微調(diào)供暖數(shù)據(jù)。

統(tǒng)計每天歷史累年的最低氣溫平均值帶入模型，繪制出供暖趨勢曲線。2009年11月至2015年3月，共6個供暖周期，將每天錦州54337基本站的最低氣溫的平均值帶入模型，繪制供暖趨勢曲線圖（見圖3）。

5.2 確定整個供暖期的煤炭采購量

錦州市政府要求室內(nèi)供暖的最低溫度是18 ℃。根據(jù)熱力學(xué)方程Q（總共熱量）=△T（供回水溫差）×M（水流量）×g（水的比熱）×S（面積）計算，一般按1 m2建筑面積水流量值2.0～2.5 kg/h估算，供回水溫差設(shè)計上是20 ℃，故M常取2.5 kg/h。標準煤的熱值為7 000 kCal/kg，水的比熱4.2×103 J/（kg·℃），可以估算出一天需要多少煤，累加后計算出需要儲備多少煤。

煤公斤數(shù)=（30.623-0.145×X5）×M（水流量）×g（水的比熱）×S（面積）×煤熱值-1=（30.623-0.145×X5）×2.5kg/h×4.2×103 J/（kg·℃）×7 000 kCal/kg×S（面積） （4）

5.3 供暖應(yīng)急等級劃分

冷空氣來臨時，必須加大供熱?？筛鶕?jù)冷空氣造成的降溫幅度確定供暖應(yīng)急等級。冷空氣等級劃分標準根據(jù)中國氣象局政策法規(guī)司編制的GB/T20484-2006分為5個級別。按照不同等級冷空氣劃分標準，供熱應(yīng)急等級可分為相應(yīng)的4個等級。

5.3.1 供暖應(yīng)急等級Ⅰ級。弱冷空氣襲來，日最低氣溫48 h內(nèi)降溫幅度小于6 ℃，48 h供回水溫差最大提高8.7 ℃。

5.3.2 供暖應(yīng)急等級Ⅱ級。中等強度冷空氣襲來，日最低氣溫48 h內(nèi)降溫幅度小于8 ℃大于等于6 ℃，48 h供回水溫差應(yīng)提高8.7～11.6 ℃。

5.3.3 供暖應(yīng)急等級Ⅲ級。較強冷空氣和強冷空氣襲來，日最低氣溫48 h內(nèi)降溫幅度大于等于8 ℃，48 h供回水溫差應(yīng)提高11.6 ℃。這里只用考慮48 h降溫水平，所以把冷空氣的較強和強等級合并考慮應(yīng)急等級。

5.3.4 供暖應(yīng)急等級Ⅳ級。寒潮襲來，24 h降溫≥8 ℃，或者48 h內(nèi)降溫幅度≥10 ℃，或者72 h內(nèi)降溫幅度≥12 ℃時，24 h供回水溫差大于11.6 ℃，48 h供回水溫差提升大于14.6 ℃，72 h供回水溫差大于17.4 ℃。

6 大棚經(jīng)濟作物取暖

錦州市冬季的大棚作物以西紅柿、黃瓜、青椒等為主。以西紅柿培育為例，計算大棚供暖。西紅柿種子的發(fā)芽適宜溫度為25～30 ℃，最低溫度為12 ℃；幼苗白天適宜溫度為20～25 ℃，夜間為10～15 ℃；開花期白天適宜溫度為20～30 ℃，夜間為15～20 ℃；結(jié)果期白天適宜溫度為25～28 ℃，夜間為16～20 ℃。

溫棚的高度和寬度已知的情況下，按照下式計算：

M×△T×c水×s面積=C空氣×M×（t理想溫度-t當(dāng)前大棚溫度）×大棚空氣體積=S（面積）×煤熱值 （5）

式（5）中，M為水流量（kg/h），取2.5；煤的熱值為7 000 kCal/kg；S為大棚面積，固定大棚面積一定（m2）；△T為供回水溫差（℃）；c水為水的比熱，4.2×103 J/（kg·℃）；C空氣為空氣的比熱，3.1×103 J/（kg·℃）；C表示空氣的比熱；M表示空氣的質(zhì)量（可根據(jù)溫棚大小計算）。

通過方程（2）（5）即可輕松計算出西紅柿在發(fā)芽期、生長期、開花期、結(jié)果期等溫室大棚需求熱量、煤量。這有利于提前做好儲備工作，防止冷空氣襲來時遭受經(jīng)濟損失。也可根據(jù)冷空氣來臨的強度，來預(yù)報農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物的防寒等級和需要多強的供熱力度（方法參照人口供暖），避免降溫給植物生長造成影響，使作物更快地走向餐桌，獲得最高經(jīng)濟效益。

7 結(jié)論

本文通過分析氣溫和供回水溫度的關(guān)系，建立了供暖方程。供暖方程可以指導(dǎo)該地區(qū)人、溫棚等取暖，計算使用煤量或其他能源量，達到合理分配能源，最終達到減排的目的。