北京農(nóng)村煤改氣用戶供暖期用氣特點

王 勛， 喬 佳， 姜 鑫, 柴家鳳

(北京市燃氣集團研究院，北京100011)

1 調(diào)查對象

2017年底，北京市完成了近700座村的煤改氣工作。目前，大部分村采用點供方式，為了既能滿足供氣要求，又能最大限度節(jié)省投資，需要對所供用戶用氣規(guī)律進行研究。為此，我們組建了相關課題組，對2017—2018年供暖期北京懷柔區(qū)、密云區(qū)、平谷區(qū)、延慶區(qū)、通州區(qū)共計14座村(小區(qū))2 800戶居民的用氣量(所有用戶供暖期用氣量、部分用戶日用氣量)進行測量，對用戶信息(建筑類型、人口、供暖面積等)、室內(nèi)溫度、室外平均溫度等數(shù)據(jù)進行了調(diào)研與搜集。采用箱線圖法，對不同建筑類型用戶供暖期單位供暖面積用氣量分布進行分析，對異常值進行檢驗。

調(diào)研對象為：懷柔區(qū)：雁西林語小區(qū)、紅螺湖小區(qū)、湖光山舍小區(qū)、范各莊村。密云區(qū)：紅光村、楊新莊村、水泉村。平谷區(qū)：前芮營村、后芮營村、小官莊村、周莊子村、南宅莊戶村。延慶區(qū)：程家營村。通州區(qū)：西集村。調(diào)研對象均燃用低熱值為34.5 MJ/m3的天然氣。

2 調(diào)查時間與數(shù)據(jù)

① 調(diào)查時間

2017年11月15日—2018年3月15日。

② 調(diào)查數(shù)據(jù)

對于用氣量的調(diào)查分為人工抄表、遠傳抄表。人工抄表：對于除通州區(qū)西集村外未配置遠傳燃氣表的村(小區(qū))采用人工抄表，在供暖期前后分別抄表1次。遠傳抄表：對于安裝了遠傳燃氣表的西集村，采用遠傳抄表方式，每日抄表時間為0:00、12:00、24:00。

建筑類型、人口、供暖面積等：建筑類型、人口情況采用入戶調(diào)查方式進行。我們采用多種方法對用戶供暖面積進行確定：有些村(小區(qū))的供暖面積由村委會掌握的資料獲取，有些用戶的供暖面積來自燃氣集團駐村工作人員，其他用戶則采用入戶測量的方法。

室內(nèi)溫度：采用不定期入戶測量的方式獲得。

室外平均溫度：根據(jù)氣象部門發(fā)布的氣象數(shù)據(jù)獲得。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 粗大誤差數(shù)據(jù)處理

在整理數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)粗大誤差數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)可能是由于人工抄表失誤以及遠傳過程中設備故障等原因產(chǎn)生的，也有部分無法知道其產(chǎn)生的確切原因，需要進行剔除。

筆者采用拉依達準則對粗大誤差數(shù)據(jù)進行處理[1]：用3倍測量數(shù)據(jù)的標準偏差S作為取舍依據(jù)，并且根據(jù)隨機誤差一般符合正態(tài)分布原則進行判斷。

判定標準為：

|xi-xav|>3S

(1)

式中xi——第i個測量數(shù)據(jù)

xav——測量數(shù)據(jù)的算術平均值

S——由貝塞爾公式計算的測量數(shù)據(jù)標準偏差

測量數(shù)據(jù)的算術平均值xav的計算式為：

式中n——測量數(shù)據(jù)的數(shù)量

由貝塞爾公式計算的測量數(shù)據(jù)標準偏差S的計算式為：

當測量數(shù)據(jù)xi符合式(1)的判定條件時，測量數(shù)據(jù)xi即為粗大誤差數(shù)據(jù)，應予以剔除。

在采用拉依達準則對粗大誤差數(shù)據(jù)進行處理時，每剔除一組粗大誤差數(shù)據(jù)后，都必須重新計算算術平均值xav、標準偏差S，最終確定符合要求的數(shù)據(jù)組。

3.2 數(shù)據(jù)分布與異常值檢驗

對于剔除粗大誤差數(shù)據(jù)后的測量數(shù)據(jù)，筆者采用箱線圖法進行數(shù)據(jù)分布情況分析與異常值檢驗。

與以假設數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布為前提的3σ法、Z分數(shù)法不同，箱線圖法對數(shù)據(jù)的分布不做嚴格要求，因此在樣本數(shù)據(jù)異常值的檢驗中有較為廣泛的適用范圍。箱線圖法對于異常值的界定給出了一個標準，雖然這個標準存在一定的隨意性，不能經(jīng)受嚴格的推理，但是在實際的數(shù)據(jù)處理中表現(xiàn)比較理想。這一標準就是異常值為小于最小值Qmin或大于最大值Qmax的數(shù)據(jù)。

最小值Qmin的計算式為：

Qmin=Q1-1.5(Q3-Q1)

式中Qmin——最小值

Q1——下四分位數(shù)

Q3——上四分位數(shù)

最大值Qmax的計算式為：

Qmax=Q1+1.5(Q3-Q1)

式中Qmax——最大值

對于下四分位數(shù)Q1、上四分位數(shù)Q3的計算，通常采用n+1法、n-1法[2-4]，筆者采用n+1法進行計算，n為數(shù)據(jù)數(shù)量。四分位距為Q3與Q1之間的區(qū)間，即箱子上下邊的范圍。從箱子上下邊延伸出去的線段稱為觸須，分別位于最大值Qmax、最小值Qmin的位置。

除最小值、最大值、四分位數(shù)、四分位距外，還有一個關鍵指標——中位數(shù)。中位數(shù)是將一組數(shù)據(jù)按大小順序排列，位于最中間位置的一個數(shù)稱為這組數(shù)據(jù)的中位數(shù)。若數(shù)據(jù)數(shù)量為奇數(shù)，則中位數(shù)為中間數(shù)據(jù)；若數(shù)據(jù)數(shù)量為偶數(shù)，則中位數(shù)為中間兩個數(shù)據(jù)的算術平均值。

箱線圖的主要功能有兩方面：一方面：從箱線圖上可以大體看出數(shù)據(jù)的分布情況、數(shù)據(jù)是否具有對稱性等信息。四分位距越小，表示落在箱子的數(shù)據(jù)越集中，反之較為分散。若數(shù)據(jù)明顯對稱，中位數(shù)將近似位于四分位距的中間，上下觸須在長度上將近似相等。若數(shù)據(jù)是偏態(tài)的，中位數(shù)不位于四分位距的中間或某一觸須將顯著地比另一個長。另一方面：可以直觀地識別是否存在異常值，異常值數(shù)量，以及異常值的具體值。

4 數(shù)據(jù)處理結(jié)果與分析

將村(小區(qū))按建筑類別分為平房建筑、別墅建筑、樓房建筑，將各類建筑類型用戶的單位供暖面積用氣量分別進行粗大誤差數(shù)據(jù)處理，處理后的有效數(shù)據(jù)數(shù)量分別為：平房用戶1 155個，別墅用戶131個，樓房用戶146個。

平房用戶、別墅用戶、樓房用戶的每戶平均供暖面積分別為103、213、133 m2，供暖期單位供暖面積用氣量算術平均值分別為12.07、5.39、9.32 m3/m2。平房、別墅、樓房用戶供暖期單位供暖面積用氣量箱線圖見圖1。

圖1 平房、別墅、樓房用戶供暖期單位供暖面積用氣量箱線圖

由圖1可知，平房用戶供暖期單位供暖面積用氣量箱線圖的四分位距為6.276～17.223 m3/m2，別墅用戶為3.490～8.668 m3/m2，樓房用戶為6.338～11.624 m3/m2。這說明，與別墅用戶、樓房用戶相比，平房用戶供暖期單位供暖面積用氣量的分布更加分散。平房用戶數(shù)據(jù)出現(xiàn)了6個異常值。

數(shù)據(jù)分布情況反映了農(nóng)村燃氣供暖用戶消費水平的不均勻性以及建筑類型導致的差異性。走訪發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村居民經(jīng)濟收入水平普遍較低，且參差不齊。雖然相關政策給予農(nóng)村居民很大的用氣優(yōu)惠和補貼，但部分用戶仍無法承擔或者不愿承擔燃氣費用。根據(jù)入戶調(diào)查情況，3種用戶均存在以下情況：部分用戶燃氣供暖熱水爐保持著低溫運行(室內(nèi)溫度為14 ℃左右)，甚至基本不運行。也有部分經(jīng)濟條件較好的用戶，燃氣供暖熱水爐設置溫度較高，室內(nèi)溫度達到20 ℃左右，且全天運行，用氣量較大。經(jīng)進一步分析，在有效數(shù)據(jù)中別墅建筑、樓房建筑數(shù)量有限，且兩種建筑在各個村中的建筑布局及建筑面積差別不大，用戶用熱習慣基本一致，可能是導致別墅用戶、樓房用戶供暖期單位供暖面積用氣量數(shù)據(jù)分布比較集中的原因之一。

由圖1可知，平房用戶、別墅用戶數(shù)據(jù)呈偏態(tài)分布，樓房用戶數(shù)據(jù)呈非偏態(tài)分布。我們采用Q-Q圖法對樓房用戶供暖期單位供暖面積用氣量數(shù)據(jù)是否呈正態(tài)分布進行檢驗。將樓房用戶的146個供暖期單位供暖面積用氣量數(shù)據(jù)輸入SPSS軟件生成Q-Q圖，觀測分布在直角坐標系中的各數(shù)據(jù)點(橫坐標為觀測值，縱坐標為期望值)是否基本呈一條直線分布。若基本呈一條直線分布，說明數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，否則不成立。由SPSS軟件生成的Q-Q圖可知，樓房用戶供暖期單位供暖面積用氣量數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布。采用文獻[5]方法，可計算得到95%置信度的置信區(qū)間(即樓房用戶的供暖期單位供暖面積用氣指標范圍)為8.722～9.916 m3/m2。該指標與文獻[6]給出的北京市樓房建筑住宅小區(qū)供暖期單位供暖面積用氣指標8.177～9.977 m3/m2基本一致。

5 結(jié)論

在2017年—2018年供暖期，對北京懷柔區(qū)、密云區(qū)、平谷區(qū)、延慶區(qū)、通州區(qū)的14座村(小區(qū))2 800戶煤改氣用戶用氣數(shù)據(jù)(所有用戶供暖期用氣量、部分用戶日用氣量)進行測量，對用戶信息(建筑類型、人口、供暖面積等)、室內(nèi)溫度、室外平均溫度等數(shù)據(jù)進行調(diào)研與搜集。采用箱線圖法，對不同建筑類型用戶供暖期單位供暖面積用氣量分布進行分析，對異常值進行檢驗。

與別墅用戶、樓房用戶相比，平房用戶供暖期單位供暖面積用氣量的分布更加分散。平房用戶數(shù)據(jù)出現(xiàn)了6個異常值。平房用戶、別墅用戶數(shù)據(jù)呈偏態(tài)分布，經(jīng)檢驗樓房用戶數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布。當天然氣低熱值為34.5 MJ/m3時，樓房用戶的供暖期單位供暖面積用氣指標為8.722～9.916 m3/m2。