农村“煤改气”采暖用户用气规律分析
2018-09-12中裕河南能源控股有限公司石丹阳
中裕(河南)能源控股有限公司 石丹阳
中裕城市能源投资控股(深圳)有限公司 黄 飚 王传惠
1 采暖季用气概况
石家庄行唐县农村采暖习惯较为成熟，“煤改气”前采暖燃方式以散煤锅炉、散热器为主。2017年农村“煤改气”中，这些用户每户均配置了采暖热水炉，加装了物联网表具。通过物联网表具系统，可按设定的频率上传用气量，基于电池寿命及对正常用气的影响考虑，数据发送频率正常为1次/d。
整个采暖季用气数据统计时间为2017年11月15日至2018年3月16日，共122天。由于期间用户是陆续改造后通气，每天的实际用户数在不断增加，故对户均日用气量(总用气量/实际用气户数)进行统计，图1为采暖季户均日气量及每天平均气温变化情况曲线图。
图1 采暖季户均日用气量与平均气温变化情况
上图中日平均气温采用极值平均温，气温极值数据来源于查询历史天气。冬至日为12月22日，按照华北地区气候特点，冬至后的三九和四九(即1月9日—1月27日)为传统的最冷天气，相对应为用气高峰期。在实际的统计数据也可以看出，1月26日和 27日为高峰日，户均日用气量分别为10.91m3和10.94 m3。整个采暖季期间用气量较大的天数统计见表1。
表1 采暖季部分日期用气相关情况
根据上述统计，明显可见户均日用气量与平均气温关系密切：气温下降，则户均日用气量上升；气温上升，户均日用气量下降。在1月25日前后日平均气温均在最低，相应地户均日用气量也达到最高。往后随着气温的回升，户均日用气量呈逐步下降的趋势。
2 调研对象及数据筛选
通过对“煤改气”用户的实地走访，可以得知北关、东街两个村庄用户，典型的房屋大多为二层楼房和平房结构，采暖面积约100 m2左右，如图2和图3所示。为能比较精确地统计高峰期每户的小时用气波动情况，在1月17日、18日和24日将这两个村庄用户的物联网表具的数据传送频率调整为1次/h。
图2 典型二层楼房外观
图3 典型平房外观
根据经验，冬季不含采暖的其他生活用气量一般在1 m3/d以下，故去除当日用气量在1 m3以下的少数用户；其次，根据计算及走访调研，100m2采暖面积计算日用气量约为：0.78 m3/h×24 h=18.72 m3，加上其他生活用气，一般不超过20 m3。结合实地调查，发现日用气量在20 m3以上的用户，其采暖面积远大于100 m2，故同时去除当日用气量在20 m3以上少数用户。
数据筛选后，调研日约100 m2采暖面积的用户用气情况统计见表2：
表2 调研当日用气情况
3 数据统计分析
3.1 同时工作系数
采暖热水炉与灶具的用气是合并计量的，但由于采暖热水炉是长时间不间断运行，而炊事具有较为明显的时间性、间歇性，且其用气量相对采暖小得多，故将一天划分为 24个时段(时段 1为0:00～01:00，以此类推)，以用气量为依据，计算每一时段内的在用户数，其与当日用气总户数之比，即为同时工作系数，见图4所示。
图4 同时工作系数变化情况
(1)从图4可以看出，1月17日和18日平均气温相对接近，其同时工作系数曲线高度重合。每条曲线均有明显的 2个高峰，即早高峰 07:00～09:00及晚高峰19:00～21:00，说明该时段大部分用户同时在采暖。
(2)在21:00～次日6:00，一般无炊事用气，该时间段用气基本为采暖热水炉用气，同时工作系数反映的是实际采暖热水炉的用气情况，在230户数量级的用户数目下，最小同时工作系数为0.83，最大同时工作系数为0.94，比《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》(CJJ 12—2013)中25户以上同时工作系数0.75要大。
3.2 小时户均用气量与小时不均匀系数
每一时段内所有用户的总用气量，除以当日总用户数，即为小时户均用气量，图5为小时户均用气量变化曲线。
图5 小时户均用气量变化情况
从图5可以看出调研日3天中，最大户均小时用气量均出现在18:00～19:00时间段，3天统计最高峰为1月24日18:00～19:00，户均0.54 m3/h。
每一时段的小时户均用气量，与当日小时户均用气量之比，即为用气小时不均匀系数，见图6。
图6 用气小时不均匀系数变化情况
(1)小时不均匀系数在0.91～1.18之间，可以认为采暖用户的小时用气量较为均匀。
(2)小时用气最高峰出现在每天19:00左右，该时段为采暖与炊事迭加用气时间段，3天统计最高峰为 1月 24日 18:00～19:00，小时不均匀系数为1.18。
3.3 日用气量分布和户均小时高峰流量分析
调研的3天内，1月24日用气情况接近本采暖季的高峰日，故从以下几个方面对当日的流量分布进行分析。
3.3.1 日用气量分布
按照用气区间统计用气户数的分布，见图7。
图7 1月24日不同用气量户数分布
从图7可见，1月24日用气量1～20 m3的用户总计231户，当日用户最大用气量为19.2 m3，户均用气10.30 m3。用气量处于6～14 m3区间用户占比较大。
3.3.2 户均小时高峰流量分析
对1月24日当日231户每小时的用气量按户数平均统计，见图6。当日小时最高峰流量出现在18:00～19:00，用户的流量分布情况见图8：
图8 高峰小时时段用户流量分布、户数占比情况
1月 24日 18:00～19:00高峰平均小时用气为0.54 m3/h。不大于 1.0 m3/h的用户占比 95%。0.3～0.8m3/h区间用户比例大，占比63.6%。
3.4 运行时间统计分析
1月24日231户用户的运行时间统计见图9：
图9 1月24日使用时长分布、户数占比情况
1月24日户均运行时长21.11 h，其中63.2%的用户用气时间为24 h，用气时间不小于20 h的用户占比76.6%。基本上可以推断，在最高峰时间段，大部分用户都是全天不间断采暖的。
4 高峰小时流量分析
4.1 高峰日用气
1月26日与1月27日，为用气总量最高峰日与户均最高峰日，用气情况接近，考察1月26日的用气情况，其中用气量在1～20 m3的用户户数为697户，占当日全部用户数的 83.8%，户均用气量为11.05 m3，户均小时流量为0.46 m3/h，根据前文分析，高峰流量系数(即小时不均匀系数)为1.18左右，则户均可能出现的高峰流量在0.54 m3/h左右。
4.2 影响高峰流量的其他因素
4.2.1 气温对高峰流量的影响
采暖季的用气量大小与采暖炉运行热负荷直接相关，而燃气采暖炉的热负荷与室内外温差成正比关系：
qc′ ——实际室外平均温度tw′下热负荷，W；
tn——室内设计温度，取18℃；
tw——室外设计温度，℃；
tw′——实际室外平均温度，℃；
根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736—2012)，采暖室内设计温度为18℃，供暖室外的计算温度为-6.2 ℃，空调室外计算温度则更低，为-8.8 ℃。以1月24日的实测数据为基准，按照公式(1)，可以得出上述情况时对应的高峰小时流量分别为0.56 m3/h和0.62 m3/h，见表3。
表3 石家庄室外计算温度取值与计算高峰小时流量
4.2.2 采暖面积对高峰流量的影响
根据调研，部分农村用户的日常采暖面积，是小于其最大采暖建筑面积的。在节假日，特别是春节前后外地家人回家过年，实际采暖面积会有一定幅度的攀升，故采暖面积的影响因素主要出现在节假日。保守估算，采暖面积增大到1.5倍，平均小时用气在0.54 m3/h的基础上乘以1.5的系数，为0.81 m3/h。
4.2.3 低气温与采暖面积变化的迭加影响
如果既是最低温天气，同时又是春节，就要考虑低温与采暖面积变化二者的迭加影响。农历为阴阳合历，采用设置闰月及节气的方法，调整纯阴历与公历的偏差。对气温的影响主要因素是太阳运行周期，这已经反映在农历的节气设置中，而且经过设置闰月后，农历一般将春节置于立春、雨水之间，或立春前后，此时气温已经较三九、四九有所回升。故低气温与春节采暖面积变化的迭加影响概率较小。
低温气温与采暖面积变化迭加影响的小概率事件，估算采暖面积增大1.5倍，同时取较低的空调室外计算温度-8.8℃，即在0.54 m3/h的基础上同时乘以1.5与1.14两个放大的系数，则计算高峰日高峰小时户均流量为0.92 m3/h。
5 结语
根据对本采暖季的详细用气统计，日平均气温对日用气量影响较大，因此日用气高峰也相应出现在日平均最低气温的时间段；小时高峰出现在18:00～19:00，高峰平均小时用气为0.54 m3/h，户均运行时长21.11 h。对农村“煤改气”采暖用户而言，在用气高峰日，具有同时多数用户运行、长时间不间断运行，以及小时气量波动较小等特点，即在今后的用气管理中，同时工作系数可取值0.83～0.94，不均匀系数可取值0.91～1.18。
