基于煤改氣工程河北農(nóng)村地區(qū)家庭優(yōu)化方案分析

呂孟錦 張舒陽(yáng) 張夢(mèng)雪

【摘要】煤改氣工程以后，農(nóng)村用戶普遍反映冬季供暖費(fèi)用與之前相比顯著上升，我們將通過模型分析每戶最佳的用氣量及用氣策略，預(yù)計(jì)每戶可以減少30%左右的供暖支出。

【關(guān)鍵詞】常住人口 供暖方案 優(yōu)化

1引言

2017年河北省共完成253.7萬(wàn)戶，其中煤改氣為231.8萬(wàn)戶。從數(shù)據(jù)來看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于年初計(jì)劃的180萬(wàn)戶，超額完成約百分之三十。在飆升的煤改氣工程實(shí)施的過程中，河北省許多地區(qū)出現(xiàn)了天然氣氣荒的問題。華北天然氣到岸價(jià)格普遍上漲30004000/噸，價(jià)格翻番。預(yù)計(jì)2017年迎峰度冬期間全省共需要約65億方，比2016年增加35億方，但實(shí)際需求量達(dá)到了100億立方米，也就是說，天然氣的缺口高達(dá)26%。緊俏的天然氣供應(yīng)以及日漸高昂的價(jià)格使得一般農(nóng)村用戶負(fù)擔(dān)困難，節(jié)約型天然氣使用方案的實(shí)施迫在眉睫。

2調(diào)研對(duì)象及結(jié)果分析

我們小組于2018年1月7日，在天然氣管道安裝公司高級(jí)工程師的帶領(lǐng)下，在保定市涿州縣老張莊和小王莊這兩個(gè)已經(jīng)安裝天然氣并投入使用的村子開展調(diào)研;于2018年寒假在邯鄲市南白道村、北白道村兩個(gè)還未安裝使用天然氣的村子開展對(duì)比調(diào)研。

我們隨機(jī)調(diào)查了80個(gè)樣本，調(diào)查了用戶家庭成員及年齡、健康狀況、房屋材質(zhì)、房屋面積、供暖時(shí)長(zhǎng)、生活習(xí)慣、目前每月燃燒天然氣的供暖消耗等信息。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：

“煤改氣”以后居民每個(gè)月的供暖開支大約在10元/平方米·月左右，也就是說一般供暖面積在150平米的用戶，一個(gè)月的供暖開支在1500元左右。往年，燒煤用戶按150平米供暖面積來計(jì)算，一冬的煤消耗量在3到4噸，每噸煤均價(jià)600元/噸，供暖時(shí)間在4個(gè)月，一年供暖費(fèi)用2000元左右。一般農(nóng)戶，如果使用天然氣供暖4個(gè)月，一冬天需要花費(fèi)6000元，顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用煤炭供暖的支出，而一般農(nóng)戶可以接受比燃煤高出的支出在1000元左右，只有2/15的農(nóng)戶不在意價(jià)格，因?yàn)榧依镉?0多歲的老人?？傮w來說，“煤改氣”之后居民室溫普遍下降5攝氏度左右，約從25攝氏度下降到20氏度，居民普遍反映天然氣取暖價(jià)格太高。

3變量的選擇和模型的建立

3.1總體思路

目標(biāo)：（1）達(dá)到一般人對(duì)室內(nèi)溫度的正常要求;（2）達(dá)到老人，小孩，病人等群里對(duì)較高室內(nèi)溫度的需求。

要求：在達(dá)到目標(biāo)的前提下，結(jié)合峰谷電價(jià)、燃?xì)夤┡到y(tǒng)安裝費(fèi)用、燃?xì)鈨r(jià)格等因素，制定出花費(fèi)最少的方案。

將供暖部分分為兩塊，一塊是常住面積的供暖，即長(zhǎng)期住在家里的人的供暖面積。另一塊為非常住面積的供暖，即偶然回家的子女或親人所需的供暖面積。

影響因素：所在地區(qū);常用供暖面積;偶然性供暖面積;常住人口中是否有老人，小孩，病人;非常住人口中是否有老人，小孩，病人;供暖時(shí)間;房屋材質(zhì);燃?xì)夤┡到y(tǒng)安裝費(fèi)。

3.2變量分析

變量1：由于我們?cè)诖宋恼轮械难芯渴呛颖笔。赃@一變量在此處是一個(gè)常量。但如果日后要將此算法進(jìn)行完善推廣，那么這一變量將是必須考慮的因素。

變量2、3：常用供暖面積就是家中的常住人口的日?；顒?dòng)范圍，偶然性供暖面積就是家中非常住人口的活動(dòng)面積。

變量4、5：老人的界定年齡在60歲以上，小孩的界定范圍在15歲以下。

變量6：供暖時(shí)間分為全天和非全天（在溫度較高的中午時(shí)間關(guān)閉供暖），按小時(shí)計(jì)算。

變量7：有些北方建筑有“三步節(jié)能法”，在沒有供暖的情況下，室內(nèi)溫度也能達(dá)到13-15度，而采用傳統(tǒng)供暖的房屋則沒有這么好，前者對(duì)掛壁爐的功率要求較低。由于房屋漏熱系數(shù)較為復(fù)雜，在此文章中姑且不作考慮。

3.3算法流程

3.3.1不變部分：輸入家中常用的供暖面積，以及常住人口中是否有特殊人口，供暖時(shí)間，可以直接算得需要多大功率的爐子，以及需要的燃?xì)饬俊?/p>

算法公式：每平方米的供熱功率大概在120-180W。

總功率算法=供暖面積面積*65%*150W

總?cè)細(xì)庀?，總功率×供熱時(shí)間÷燃?xì)獾娜紵β省?/p>

對(duì)于有特殊群體的常住人口，需要乘以一個(gè)參數(shù)，多燒點(diǎn)燃?xì)?，以達(dá)到特殊人口要求的溫度。

3.3.2變動(dòng)部分：輸入家中非常用的供暖面積，以及非常住人口中是否有特殊人口，供暖時(shí)間。

這一部分分成兩種計(jì)算方式：

第一種：仍然使用燃?xì)夤┡Ｓ?jì)算方法同上。根據(jù)涿州市的天然氣價(jià)格（第一階梯居民用氣每戶每年3603m，執(zhí)行現(xiàn)行的居民生活用氣價(jià)格2.4元/3m。第二階梯：每戶每年用氣量在3613m-5003m，按居民生活第一階梯用氣價(jià)格的1.2倍執(zhí)行，價(jià)格為2.88元/3m。第三階梯：每戶每年用氣量在5013m以上，按居民生活第一階梯用氣價(jià)格1.4倍執(zhí)行，價(jià)格為3.36元/3m。）可以計(jì)算出燃?xì)獾目偦ㄙM(fèi)。

第二種：使用插電式供暖器。我們要計(jì)算在不同的情況下，達(dá)到供暖溫度（其中要考慮是否有特殊人口），以及供暖面積的情況下，需要耗費(fèi)多少電能。以及在峰谷電價(jià)不同的時(shí)候，需要花多少錢。

計(jì)算公式：

總功率=供暖面積×單位面積達(dá)到該溫度所需的功率

總功=總功率×供暖時(shí)間

花費(fèi)=（總功率×每天中峰值供暖時(shí)間×峰值電價(jià)+總功率×谷值電價(jià)×每天中谷值供暖時(shí)間）×在家天數(shù)

3.3.3分別計(jì)算出這兩部分的花費(fèi)后，兩部分相加，再加上兩部分所需的取暖裝置費(fèi)，比較可變部分使用燃?xì)飧″X還是使用電取暖更省錢，從而進(jìn)行選擇。

3.4算法運(yùn)行

運(yùn)用上述的算法編制了一個(gè)程序，運(yùn)行結(jié)果如下：

4總結(jié)

通過以上分析可知，不同的用戶的優(yōu)化煤氣使用方案是不同的，只有通過個(gè)性化的優(yōu)化措施才能達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果，通過使用該算法可以比原先粗獷的燃?xì)馐褂梅椒ü?jié)約很多，但是這遠(yuǎn)不是最優(yōu)的優(yōu)化方案，只有通過對(duì)更多變量的整合分析才能更加趨近于最優(yōu)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]https：//m.sohu.com/a/157734544_360037/？pvid=000115_3w_a&_once_=000022_shareback_qq_qq&strategyid=00012.博燃聚焦.

[2]http：//hp.hvacrhome.com/news/show.php？itemid=21802.熱泵產(chǎn)業(yè)資訊.

[3]http：//www.china-nengyuan.com/news/118618.html.中國(guó)新能源網(wǎng).

[4]http：//www.xianjichina.com/news/details_57007.html.賢集網(wǎng).

[5]http：//www.bd.gov.cn/content-401-44600.html.

[6]石丹陽(yáng).農(nóng)村煤改氣采暖用戶用氣規(guī)律分析.