家用燃气壁挂炉居民用户用气规律研究
摘要：以北京市某天然气调压站所供安装家用燃气壁挂炉的居民小区为例，通过数理统计方法得到家用燃气壁挂炉居民用户的用气指标以及月、日、时高峰系数，探讨了日平均用气负荷与日平均气温的关系，对二者进行了回归分析。
关键词：家用燃气壁挂炉；用气指标；不均匀系数；高峰系数
Research on Gas Consumption Rule of Domestic Gas Wall-hung Boilers
LIU Li-zhen，CHEN Li-sheng，LIU Jin，SHAO Zhen-yu
Abstract：Taking the residential area installed with domestic gas wall-hung boilers supplied by a natural gas regulator station in Beijing City for example，the gas consumption index of domestic gas wall-hung boilers and the maximum uneven factors of monthly consumption，daily consumption and hourly consumption are obtained by mathematical statistics. The relationship between average daily gas load and average daily air temperature is discussed，and the regression analysis on both is carried out. Key words：domestic gas wall-hung boilers；gas consumption index；uneven factor；maximum uneven factor
随着城市燃气的发展以及人们生活水平的提高，家用燃气壁挂炉的使用越来越普及。据统计，北京市目前家用壁挂炉用户近３９×１０４户。家用燃气壁挂炉占地面积小、安装灵活方便、启动速度快、自动调节性能好、热效率较高，因此得到了迅速推广［１～４］。用气指标和用气规律的研究对城市燃气的规划、设计、调度等具有重要指导意义，近年来受到空前重视［５～６］。家用燃气壁挂炉用户所用的燃气通常既用于炊事也用于生活热水和供暖，作为居民用户的一个特殊分类，其用气指标和用气规律的研究具有重要价值。
1 数据来源
选取某中－低压天然气调压站，要求该站所供用户全为具有家用燃气壁挂炉的居民用户。经反复筛选，选取北京市某小区调压站进行数据采集。该小区居民冬季供暖采用分户独立的家用燃气壁挂炉方式。该小区共有33幢楼2002户居民，每个用户有家用双眼灶１台、壁挂炉１台，共用１块G4燃气表。燃气除用于炊事和生活热水以外，还用于供暖。通过小区居民人口情况调查得到每户平均人口为2.91人/户。
在该调压站的燃气流量计量表上加装可自动记录和储存的二次仪表，每1h自动记录和储存数据。数据采集时间从2007年5月1日至2008年4月30日。
2 壁挂炉居民用户用气指标
2007年5月1日至2008年4月30日，该调压站全年总用气量为1052028m3/ａ，折合每户居民用气量为525.49m3/（户·ａ），全年居民用户人均用气指标为180.58m3/（人·a）。北京市天然气低热值以34.95MJ/m3计，则用气指标为6311.27MJ/（人·a），户均日用气指标为1.44m3/（户·d）。2007年11月15日至2008年3月15日为1个完整的供暖期，总用气量为777380m3，则该调压站供暖期户均日用气指标为3.21m3/（户·d）。2007年5月1日至2008年4月30日，全年内非供暖期月平均用气量为274648m3/月，该调压站非供暖期户均日用气指标为0.56m3/（户·d）。供暖期用气指标是非供暖期的5.73倍。
3 壁挂炉居民用户的用气不均匀性
① 壁挂炉居民用户的月不均匀性
以2007年5月1日至2008年4月30日为时间段，对该小区壁挂炉居民用户进行月不均匀性计算分析，结果见图1。
图1 壁挂炉居民用户的月不均匀系数曲线
从图1可以看出，壁挂炉供暖样本用户的月不均匀系数变化显著，在供暖期间用气量达到顶峰，其中1月份是全年不均匀系数最大的月份，其值为2.76。
② 壁挂炉居民用户的日不均匀性
该小区壁挂炉用户的月高峰用气出现在2008年1月，以该月为时间段，进行日不均匀性分析，计算结果见图2。
图2 壁挂炉居民用户的日不均匀系数曲线
从图2可以看出，壁挂炉供暖居民用户计算月的日不均匀系数最大值出现在2008年1月19日，其值为1.13，日不均匀系数最小值为0.82。日不均匀系数在1附近波动，波动不大，有一定的周期性。
③ 壁挂炉居民用户的时不均匀性
该小区壁挂炉居民用户计算月的日不均匀系数最大值出现在2008年1月19日，以该日进行用气时不均匀性分析，结果见图3。
图3 壁挂炉居民用户的时不均匀系数曲线
从图3可看出，全天时不均匀系数大于１的时间集中在两个时段，分别是8:00—13:00和18:00—0:00。最大值出现在晚高峰时段的19:00，其值为1.17。这与人们供暖和日常生活的规律基本一致。
图4 户平均日用气负荷与日平均气温随时间变化的关系曲线
4 壁挂炉居民用户用气负荷与气温的关系
① 相关性分析
从相关研究可知，居民日用气负荷和气象条件中的日平均气温的相关性最为显著。该小区户平均日用气负荷与日平均气温随时间变化的关系曲线见图4。从图4可以看出，户均日用气负荷随着日平均气温的升高而降低，二者间存在一定的相关性。
利用Pearson简单相关系数进行相关性判断，计算结果相关系数为0.926，表明日用气负荷与日平均气温的线性相关程度较高。
② 用气负荷与气温的回归分析
利用普通最小二乘法，可以得到日用气负荷与日平均气温的一元线性回归方程和二次多项式回归方程。图5中曲线1的方程为式（1），曲线2的方程为式（2）。
y=-0.1143t+3.0386 （1）
y=0.0047t2-3.0386t+3.419 （2）
式中 y——户均日用气负荷，m3/（户·d）
t——日平均气温，℃
图5 日用气负荷与日平均气温的拟合曲线
为比较两个回归结果，用判定系数R2对回归方程作拟合优度检验，用F检验作回归方程的显著性检验，回归方程的检验结果见表1。
表1 一元线性回归方程和二次多项式回归方程的检验结果
从以上两个回归方程的检验结果看，相关系数均大于0.9，说明自变量和因变量之间有较高的相关性；拟合优度均大于0.85，说明拟合效果较好。方差分析F值远大于给定显著性水平下的临界值，可见所建立的回归方程都非常显著。为方便计算，选择数学形式较简单的一元线性方程作为回归结果。
将拟合结果与实际数据进行比较，可以看出拟合结果与实际结果较为接近，详见图6。
由于居民用户日用气负荷还受居民用户的生活习惯、家庭收入、家庭人口组成等因素的影响，因此拟合结果与实际数据间存在误差。
图6 拟合结果与实际数据的比较
5 结论
① 壁挂炉居民用户用气指标为6311.27MJ/（人·a）。供暖期的用气指标是非供暖期用气指标的5～6倍。
② 壁挂炉居民用户的月、日、时高峰系数分别为2.76、1.13、1.17。
③ 壁挂炉居民用户日平均用气负荷与日平均气温具有相关性，二者线性回归关系显著。
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(本文作者：刘丽珍 陈力生 刘瑾 邵震宇 北京市公用事业科学研究所 北京 100011)
