基于氣候變化的濟(jì)南采暖節(jié)能可能性分析

基于氣候變化的濟(jì)南采暖節(jié)能可能性分析

0氣候變化對(duì)采暖過程的影響氣候變化對(duì)人類生存條件的影響越來越受到關(guān)注。氣候變化背景下的能源供給安全是政府決策者最關(guān)心的課題之一,也是維持可持續(xù)的全球能源系統(tǒng)的重要方面。陳峪、周自江等早在2000年研究了我國(guó)氣溫變化對(duì)采暖能源需求的影響。陳莉等研究發(fā)現(xiàn)氣候變暖使得我國(guó)集中采暖區(qū)和過渡采暖區(qū)的界限、嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)的南界都明顯北移,使中國(guó)夏熱冬冷地區(qū)居住建筑單位面積采暖降溫耗電總量普遍下降。Mansur等的研究顯示氣候變化使得美國(guó)用于制冷的電能消耗增加而用于采暖的其他能源使用減少。Isaac等模擬了氣候變化背景下全球居民生活采暖和空調(diào)能源需求的發(fā)展?jié)搫?shì)。張雪梅、蓋曉東、白美蘭等也對(duì)中國(guó)部分地區(qū)采暖降溫氣候條件變化進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究。這些研究對(duì)于氣候變化條件下能源規(guī)劃和決策提供了科學(xué)參考依據(jù)。由于地域性差異較大,氣溫變化趨勢(shì)、幅度及節(jié)能效應(yīng)不盡相同,許多學(xué)者在不同地區(qū)開展了氣候變化對(duì)采暖能源的影響研究。近60年來濟(jì)南冬季平均氣溫、最高、最低氣溫均呈波動(dòng)式緩慢上升態(tài)勢(shì),20世紀(jì)50～90年代冬季氣溫呈現(xiàn)臺(tái)階式增暖趨勢(shì),進(jìn)入90年代冬季平均氣溫出現(xiàn)跳躍增暖態(tài)勢(shì),進(jìn)入21世紀(jì)氣溫呈現(xiàn)回落趨勢(shì),但冬季氣溫整體還是呈上升趨勢(shì)。在此背景下,本文采用濟(jì)南1952-2010年逐日平均氣溫資料,從氣候變化角度分析采暖節(jié)能可能性,為政府應(yīng)對(duì)氣候變化、節(jié)能降耗等決策提供參考。1采暖期的確定采用濟(jì)南市逐日平均氣溫資料計(jì)算得到濟(jì)南市1952-2010年采暖指標(biāo)。根據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50019—2003),設(shè)計(jì)計(jì)算用采暖期天數(shù),應(yīng)按累年日平均溫度穩(wěn)定低于或等于采暖室外臨界溫度的總?cè)諗?shù)確定。其中對(duì)于采暖室外臨界溫度的選取,一般民用建筑和工業(yè)建筑采用5℃,因此,本文采暖室外溫度取5℃。在確定采暖期初終日時(shí),采用連續(xù)5天滑動(dòng)平均法,即:將上半年最后一個(gè)低于或等于5℃的日期之后第4日作為采暖期結(jié)束日,將下半年第一個(gè)數(shù)值低于或等于5℃的日期作為采暖期開始日。根據(jù)《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ26-2010),采暖期度日數(shù)定義為一年中,當(dāng)某天室外日平均溫度低于18℃時(shí),將低于18℃的度數(shù)乘以1天,并將此乘積累加。濟(jì)南市的法定供暖時(shí)間是每年的11月15日至次年的3月15日,共4個(gè)月,120天的時(shí)間。與此不同,本文中所有采暖期均采用上述方法確定的計(jì)算采暖期。2結(jié)果與分析2.1氣候趨勢(shì)變化的階段性采用氣候傾向率和五年滑動(dòng)平均來研究濟(jì)南采暖期平均氣溫的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)(如圖1)。濟(jì)南1952-2010年采暖期平均氣溫整體變化趨勢(shì)可表達(dá)為氣候傾向率0.25℃/10a,氣候趨勢(shì)相關(guān)系數(shù)r為0.374,通過為0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。五年滑動(dòng)平均曲線反映了階段性變化過程,20世紀(jì)50年代到20世紀(jì)末始終處于波動(dòng)上升的階段,70年代初和80年代初存在兩個(gè)低值階段,從1997年開始直到進(jìn)入21世紀(jì)逐漸呈現(xiàn)出波動(dòng)下降的趨勢(shì),甚至2005年呈現(xiàn)出歷史第二低值-0.4℃。這與濟(jì)南冬季氣溫的階段性變化表現(xiàn)相似。采暖期平均氣溫1969年最低為-0.6℃,1999年最高為4.3℃,多年平均為1.7℃。2.2采暖期持續(xù)時(shí)間特征濟(jì)南采暖期初終日年際變化(圖2)顯示,采暖期初日略呈推后趨勢(shì)但并不顯著,最早出現(xiàn)于11月6日(1981年),最晚為12月12日(2010年),二者間隔36天,多年平均為11月13日。采暖期終日呈提前趨勢(shì),平均每10年提前1.32天,通過0.10的顯著性水平檢驗(yàn)。采暖期終日最早出現(xiàn)于2月20日(1961年),最晚為4月2日(1991年),二者間隔42天,多年平均為3月15日。2.3采暖期天數(shù)和采暖粒度,年濟(jì)南采暖期天數(shù)年際變化(圖3)顯示1952～2010年采暖期呈波動(dòng)變短趨勢(shì),多年平均為1.94d/10a,相關(guān)系數(shù)為0.2449,通過0.10水平的顯著性檢驗(yàn)。采暖期天數(shù)最長(zhǎng)為138天(1956年),最短為89天(2008年),二者相差49天,多年平均為115天。濟(jì)南采暖度日數(shù)年際變化(圖3)表明1952-2010年采暖度日數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)減小的趨勢(shì),多年平均為62.7℃·d/10a,相關(guān)系數(shù)為0.6132,通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。采暖度日數(shù)最大為2794℃·d(1969年),最小為2007℃·d(1998年),多年平均為2358℃·d。2.4采暖期天數(shù)濟(jì)南采暖指標(biāo)的年代際變化(表1)顯示,1952-1960年平均采暖期初日11月19日,20世紀(jì)60～80年代推后了7～8天,在11月26～27日之間,20世紀(jì)90年代為11月30日,推遲了11天,2001～2010年最晚為12月2日,較1952～1960年推遲了13天。1952～1960年平均采暖期終日3月21日,之后不斷提前,20世紀(jì)90年代2月28日提前最多達(dá)21天,2001～2010年3月9日與20世紀(jì)70、80年代接近,較20世紀(jì)90年代又推后9天。采暖期天數(shù)1952～1960年最多為123天,之后波動(dòng)減少,20世紀(jì)90年代采暖期最短僅91天,2001～2010年次之為98天。采暖期平均溫度20世紀(jì)60年代最低為0.8℃,1952～1960年、20世紀(jì)70、80年代在1.1～1.3℃之間,20世紀(jì)90年代最高達(dá)2.1℃,2001～2010年又有所降低,為1.6℃。采暖度日數(shù)1952～1960年為2542℃·d,之后逐漸減小,20世紀(jì)90年代2205℃·d達(dá)最小,相較減小了337℃·d,2001～2010年2249℃·d較20世紀(jì)90年代又有所增加,但仍為所有時(shí)段中的次小值。2.5采暖強(qiáng)度的節(jié)約濟(jì)南市目前采用固定的供暖期即每年11月15日至次年3月15日,共120天。而近年來,濟(jì)南市計(jì)算采暖期呈明顯縮短趨勢(shì)。1991-2000、2001-2010年平均計(jì)算采暖期天數(shù)分別為91天、98天,較固定采暖期分別減少29天、22天。如果按目前固定采暖期的能耗標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,僅將采暖期天數(shù)縮短22～29天,每年即可節(jié)約采暖能源消耗量的18.3%～24.2%。采暖度日數(shù)反映了某年采暖強(qiáng)度的大小。以1952～1980年為參考時(shí)段,其平均采暖度日數(shù)為2457℃·d,1991～2000、2001-2010年平均采暖度日數(shù)分別較參考時(shí)段減少了10.3%和8.5%。如果采用彈性采暖期且彈性調(diào)節(jié)供暖強(qiáng)度,1991～2000、2001～2010年較參考時(shí)段可節(jié)省采暖能耗的10.3%和8.5%。3氣候變化對(duì)采暖期的影響通過對(duì)濟(jì)南市采暖指標(biāo)的分析,得出以下結(jié)論:1)1952-2010年濟(jì)南采暖期平均氣溫整體表現(xiàn)為顯著上升趨勢(shì),濟(jì)南采暖期初日略呈推后趨勢(shì),采暖期終日呈顯著提前趨勢(shì),與此同時(shí),采暖期天數(shù)、采暖期度日數(shù)也成顯著減小的趨勢(shì)。2)氣候變化特別是冬季氣溫升高,使得濟(jì)南采暖期顯著縮短,理論上較目前實(shí)際可節(jié)約采暖能耗18.3%～24.2%;濟(jì)南采暖度日數(shù)的減少,理論上較1980年前參考時(shí)段可節(jié)約采暖能耗8.5%～10.3%。建議可采取彈性采暖期且彈性調(diào)節(jié)供暖強(qiáng)度的方式合理規(guī)劃采暖能源使用以達(dá)到節(jié)能目的。值得注意的是,21世紀(jì)初的十年無論是濟(jì)南的冬季氣溫還是采暖期平均氣溫都較20世紀(jì)90年代略有降低,