農村“煤改氣”采暖用戶用氣規(guī)律分析

中裕(河南)能源控股有限公司 石丹陽

中裕城市能源投資控股(深圳)有限公司 黃 飚 王傳惠

1 采暖季用氣概況

石家莊行唐縣農村采暖習慣較為成熟，“煤改氣”前采暖燃方式以散煤鍋爐、散熱器為主。2017年農村“煤改氣”中，這些用戶每戶均配置了采暖熱水爐，加裝了物聯(lián)網表具。通過物聯(lián)網表具系統(tǒng)，可按設定的頻率上傳用氣量，基于電池壽命及對正常用氣的影響考慮，數(shù)據(jù)發(fā)送頻率正常為1次/d。

整個采暖季用氣數(shù)據(jù)統(tǒng)計時間為2017年11月15日至2018年3月16日，共122天。由于期間用戶是陸續(xù)改造后通氣，每天的實際用戶數(shù)在不斷增加，故對戶均日用氣量(總用氣量/實際用氣戶數(shù))進行統(tǒng)計，圖1為采暖季戶均日氣量及每天平均氣溫變化情況曲線圖。

圖1 采暖季戶均日用氣量與平均氣溫變化情況

上圖中日平均氣溫采用極值平均溫，氣溫極值數(shù)據(jù)來源于查詢歷史天氣。冬至日為12月22日，按照華北地區(qū)氣候特點，冬至后的三九和四九(即1月9日—1月27日)為傳統(tǒng)的最冷天氣，相對應為用氣高峰期。在實際的統(tǒng)計數(shù)據(jù)也可以看出，1月26日和 27日為高峰日，戶均日用氣量分別為10.91m3和10.94 m3。整個采暖季期間用氣量較大的天數(shù)統(tǒng)計見表1。

表1 采暖季部分日期用氣相關情況

根據(jù)上述統(tǒng)計，明顯可見戶均日用氣量與平均氣溫關系密切：氣溫下降，則戶均日用氣量上升；氣溫上升，戶均日用氣量下降。在1月25日前后日平均氣溫均在最低，相應地戶均日用氣量也達到最高。往后隨著氣溫的回升，戶均日用氣量呈逐步下降的趨勢。

2 調研對象及數(shù)據(jù)篩選

通過對“煤改氣”用戶的實地走訪，可以得知北關、東街兩個村莊用戶，典型的房屋大多為二層樓房和平房結構，采暖面積約100 m2左右，如圖2和圖3所示。為能比較精確地統(tǒng)計高峰期每戶的小時用氣波動情況，在1月17日、18日和24日將這兩個村莊用戶的物聯(lián)網表具的數(shù)據(jù)傳送頻率調整為1次/h。

圖2 典型二層樓房外觀

圖3 典型平房外觀

根據(jù)經驗，冬季不含采暖的其他生活用氣量一般在1 m3/d以下，故去除當日用氣量在1 m3以下的少數(shù)用戶；其次，根據(jù)計算及走訪調研，100m2采暖面積計算日用氣量約為：0.78 m3/h×24 h=18.72 m3，加上其他生活用氣，一般不超過20 m3。結合實地調查，發(fā)現(xiàn)日用氣量在20 m3以上的用戶，其采暖面積遠大于100 m2，故同時去除當日用氣量在20 m3以上少數(shù)用戶。

數(shù)據(jù)篩選后，調研日約100 m2采暖面積的用戶用氣情況統(tǒng)計見表2：

表2 調研當日用氣情況

3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

3.1 同時工作系數(shù)

采暖熱水爐與灶具的用氣是合并計量的，但由于采暖熱水爐是長時間不間斷運行，而炊事具有較為明顯的時間性、間歇性，且其用氣量相對采暖小得多，故將一天劃分為 24個時段(時段 1為0:00～01:00，以此類推)，以用氣量為依據(jù)，計算每一時段內的在用戶數(shù)，其與當日用氣總戶數(shù)之比，即為同時工作系數(shù)，見圖4所示。

圖4 同時工作系數(shù)變化情況

(1)從圖4可以看出，1月17日和18日平均氣溫相對接近，其同時工作系數(shù)曲線高度重合。每條曲線均有明顯的 2個高峰，即早高峰 07:00～09:00及晚高峰19:00～21:00，說明該時段大部分用戶同時在采暖。

(2)在21:00～次日6:00，一般無炊事用氣，該時間段用氣基本為采暖熱水爐用氣，同時工作系數(shù)反映的是實際采暖熱水爐的用氣情況，在230戶數(shù)量級的用戶數(shù)目下，最小同時工作系數(shù)為0.83，最大同時工作系數(shù)為0.94，比《家用燃氣燃燒器具安裝及驗收規(guī)程》(CJJ 12—2013)中25戶以上同時工作系數(shù)0.75要大。

3.2 小時戶均用氣量與小時不均勻系數(shù)

每一時段內所有用戶的總用氣量，除以當日總用戶數(shù)，即為小時戶均用氣量，圖5為小時戶均用氣量變化曲線。

圖5 小時戶均用氣量變化情況

從圖5可以看出調研日3天中，最大戶均小時用氣量均出現(xiàn)在18:00～19:00時間段，3天統(tǒng)計最高峰為1月24日18:00～19:00，戶均0.54 m3/h。

每一時段的小時戶均用氣量，與當日小時戶均用氣量之比，即為用氣小時不均勻系數(shù)，見圖6。

圖6 用氣小時不均勻系數(shù)變化情況

(1)小時不均勻系數(shù)在0.91～1.18之間，可以認為采暖用戶的小時用氣量較為均勻。

(2)小時用氣最高峰出現(xiàn)在每天19:00左右，該時段為采暖與炊事迭加用氣時間段，3天統(tǒng)計最高峰為 1月 24日 18:00～19:00，小時不均勻系數(shù)為1.18。

3.3 日用氣量分布和戶均小時高峰流量分析

調研的3天內，1月24日用氣情況接近本采暖季的高峰日，故從以下幾個方面對當日的流量分布進行分析。

3.3.1 日用氣量分布

按照用氣區(qū)間統(tǒng)計用氣戶數(shù)的分布，見圖7。

圖7 1月24日不同用氣量戶數(shù)分布

從圖7可見，1月24日用氣量1～20 m3的用戶總計231戶，當日用戶最大用氣量為19.2 m3，戶均用氣10.30 m3。用氣量處于6～14 m3區(qū)間用戶占比較大。

3.3.2 戶均小時高峰流量分析

對1月24日當日231戶每小時的用氣量按戶數(shù)平均統(tǒng)計，見圖6。當日小時最高峰流量出現(xiàn)在18:00～19:00，用戶的流量分布情況見圖8：

圖8 高峰小時時段用戶流量分布、戶數(shù)占比情況

1月 24日 18:00～19:00高峰平均小時用氣為0.54 m3/h。不大于 1.0 m3/h的用戶占比 95%。0.3～0.8m3/h區(qū)間用戶比例大，占比63.6%。

3.4 運行時間統(tǒng)計分析

1月24日231戶用戶的運行時間統(tǒng)計見圖9：

圖9 1月24日使用時長分布、戶數(shù)占比情況

1月24日戶均運行時長21.11 h，其中63.2%的用戶用氣時間為24 h，用氣時間不小于20 h的用戶占比76.6%?；旧峡梢酝茢?，在最高峰時間段，大部分用戶都是全天不間斷采暖的。

4 高峰小時流量分析

4.1 高峰日用氣

1月26日與1月27日，為用氣總量最高峰日與戶均最高峰日，用氣情況接近，考察1月26日的用氣情況，其中用氣量在1～20 m3的用戶戶數(shù)為697戶，占當日全部用戶數(shù)的 83.8%，戶均用氣量為11.05 m3，戶均小時流量為0.46 m3/h，根據(jù)前文分析，高峰流量系數(shù)(即小時不均勻系數(shù))為1.18左右，則戶均可能出現(xiàn)的高峰流量在0.54 m3/h左右。

4.2 影響高峰流量的其他因素

4.2.1 氣溫對高峰流量的影響

采暖季的用氣量大小與采暖爐運行熱負荷直接相關，而燃氣采暖爐的熱負荷與室內外溫差成正比關系：

qc′ ——實際室外平均溫度tw′下熱負荷，W；

tn——室內設計溫度，取18℃；

tw——室外設計溫度，℃；

tw′——實際室外平均溫度，℃；

根據(jù)《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB 50736—2012)，采暖室內設計溫度為18℃，供暖室外的計算溫度為-6.2 ℃，空調室外計算溫度則更低，為-8.8 ℃。以1月24日的實測數(shù)據(jù)為基準，按照公式(1)，可以得出上述情況時對應的高峰小時流量分別為0.56 m3/h和0.62 m3/h，見表3。

表3 石家莊室外計算溫度取值與計算高峰小時流量

4.2.2 采暖面積對高峰流量的影響

根據(jù)調研，部分農村用戶的日常采暖面積，是小于其最大采暖建筑面積的。在節(jié)假日，特別是春節(jié)前后外地家人回家過年，實際采暖面積會有一定幅度的攀升，故采暖面積的影響因素主要出現(xiàn)在節(jié)假日。保守估算，采暖面積增大到1.5倍，平均小時用氣在0.54 m3/h的基礎上乘以1.5的系數(shù)，為0.81 m3/h。

4.2.3 低氣溫與采暖面積變化的迭加影響

如果既是最低溫天氣，同時又是春節(jié)，就要考慮低溫與采暖面積變化二者的迭加影響。農歷為陰陽合歷，采用設置閏月及節(jié)氣的方法，調整純陰歷與公歷的偏差。對氣溫的影響主要因素是太陽運行周期，這已經反映在農歷的節(jié)氣設置中，而且經過設置閏月后，農歷一般將春節(jié)置于立春、雨水之間，或立春前后，此時氣溫已經較三九、四九有所回升。故低氣溫與春節(jié)采暖面積變化的迭加影響概率較小。

低溫氣溫與采暖面積變化迭加影響的小概率事件，估算采暖面積增大1.5倍，同時取較低的空調室外計算溫度-8.8℃，即在0.54 m3/h的基礎上同時乘以1.5與1.14兩個放大的系數(shù)，則計算高峰日高峰小時戶均流量為0.92 m3/h。

5 結語

根據(jù)對本采暖季的詳細用氣統(tǒng)計，日平均氣溫對日用氣量影響較大，因此日用氣高峰也相應出現(xiàn)在日平均最低氣溫的時間段；小時高峰出現(xiàn)在18:00～19:00，高峰平均小時用氣為0.54 m3/h，戶均運行時長21.11 h。對農村“煤改氣”采暖用戶而言，在用氣高峰日，具有同時多數(shù)用戶運行、長時間不間斷運行，以及小時氣量波動較小等特點，即在今后的用氣管理中，同時工作系數(shù)可取值0.83～0.94，不均勻系數(shù)可取值0.91～1.18。