北京农村居民用户燃气壁挂炉同时工作系数研究

王玉同+王壮+肖勇+伍清晔

摘要：通过对现有已进行煤改气的农村进行用气量的数据采集和分析，利用二项概率分布法计算得到了适用于北京农村天然气设备选型和管网设计的燃气壁挂炉同时工作系数。

关键词：燃气壁挂炉、同时工作系数、二项概率分布法

本论文首先对已实施“煤改气”工作的共计14个农村的用气情况进行数据采集、分析和处理，然后利用二项概率分布法计算得到适用于北京农村天然气设备选型和管网设计的燃气壁挂炉同时工作系数。

1.数据的调研采集、分析和预处理

（1）调研样本基本情况

根据对北京市农村煤改气情况的调研，选取了北京市延庆区10个农村，分别为下花园、上花园、王仲营、艾官营、宝林寺、小胡家村、黑峪口、聂庄、东龙湾、程家营村；大兴区1个农村，为羊坊村；昌平區3个农村，分别为西李庄、东李庄、辛店村。选取以上总计14个农村作为本次论文研究的调研对象。调研样本燃具使用户数见表 1。本次调研选取的14个农村煤改气的样本的共同特点是供气站或者调压箱内均安装有总流量计量表，该表具有数据存储和采集功能，为调研数据的采集提供了方便。

（2）数据分析和预处理

我们采集了从2016年11月12日至2017年3月15日之间的天然气用气小时流量实测数据，每个村得到实测数据约2660个。

为了提高预测模型结构的可靠性，首先对以上数据进行分析和预处理，剔除其中无效或异常数据，并对有效数据进行分析，分别得到延庆区（含10个村）、大兴区（含1个村）和昌平区（含3个村）的高峰小时流量，为下一步的计算做好准备。

（3）区域高峰小时流量的确定

通过对各村用气量小时流量随时间分布变化规律图进行观察可以发现，延庆区各村高峰小时流量大多集中在2017年1月26日至2017年2月1日之间。我们将延庆区10个农村同一时间段（以小时为单位）用气量叠加，得到延庆区（含10个农村）的小时流量值。

延庆区10个农村的排名前10位的小时用气量出现的时间区间大致为2017年1月24日至2017年1月30日，基本与各村高峰小时流量出现的时间区间一致。因此可以认为，整个延庆区高峰小时流量出现的时间为2017年1月28日早上8点，高峰小时流量大小为416.46m3/h。

同理，得到昌平区、大兴区各村高峰小时流量出现的时间约为2017年1月23日下午7点，高峰小时流量大小为654.87m3/h。

2.基于二项概率分布法的计算

为了使同时工作系数的确定更为科学、合理、准确，此处采用实际收集到的某地区冬季用气高峰时的用气情况作为基础数据进行计算来确定K值。根据北京农村煤改气的实际情况，每户安装一台燃气壁挂炉，延庆区燃气壁挂炉额定流量为2.8m3/h，昌平区、大兴区燃气壁挂炉额定流量为3.0m3/h。

（1）、单个用户的燃具使用概率P

P反映了每个用户使用燃具时达到额定负荷的折算概率，由于每一个用户使用燃具时不一定都在额定负荷工况下使用，对于非额定工况的情况，用百分数来处理，这样就可以得到单个用户在额定负荷下使用燃具的折算概率。在研究过程中，我们用一个很大的N（户数）推算出P。

式中，P—区域内单个用户的燃具使用概率

q1—高峰时平均每户的实际耗气量，m3/h

qn—每个用户的额定最大耗气量，m3/h

延庆区（含10个农村）高峰小时流量出现的时间是2017年1月28日8：00am，高峰小时流量大小为416.46m3/h。延庆区（含10个农村）实际使用户数为771户，求得壁挂炉使用概率值P1=0.1929。

昌平区、大兴区各村高峰小时流量出现的时间是2017年1月23日下午7点，高峰小时流量大小为654.87m3/h。昌平区、大兴区实际使用户数为537户，求得壁挂炉使用概率值P2=0.4065。

（2）、同时使用户数m的计算

利用二项分布，在N户中有i户同时使用的情况下，建立置信方程：

式中，T—置信区间，此处取T=[0.99，1]

m—在N户中满足同时使用燃具的概率之和为置信区间T的最小户数值；

N—总户数；

i—同时使用燃具户数。

根据实际情况，在50～1000户范围内对置信方程在置信区间内进行求解。

（3）、曲线拟合

苏、日、英、美等各国的研究发现，燃具同时工作系数的变化呈现一定的规律，因此可以在同时工作系数与居民用户数之间建立一个数值关系。研究表明，K与N之间的函数关系大致与对数的倒数函数变化规律相似。因此，许多国家采用坐标平移的方法将K表示为：

式中，A—常量，由曲线拟合结果确定。

此式就是将 函数的y轴平移A个单位得到。y轴的平移是必要的，而自变量按比例调整更为重要，同时为了保证同时工作系数的精度，将自变量进行加幂运算。因此，在式（4）的基础上对拟合函数的形式进行改造，则函数表达式就变为：

式中，B—比例系数，数值由曲线拟合结果确定；

C—常量，数值由曲线拟合结果确定。

此式仍然满足同时工作系数的一般规律，而且加幂运算使得K随N的变化而变化的敏感性提高。当置信区间T较小时，计算误差对整个运算的影响逐渐减小，故而造成的波动也越来越小。将在置信区间T=[0.99，1）时计算出来的同时工作系数K的离散数据利用Origin软件进行拟合，拟合成曲线的函数关系。

（4）、同时工作系数验证

为了验证拟合得到的函数公式的准确性，我们将延庆区、昌平区和大兴区各村实际用户户数分别带入到拟合公式中，得到理论计算同时工作系数，并通过实测高峰小时流量，计算得到实测同时工作系数。由于黑峪口村和艾官营村地处偏远，经济水平相对落后，所以高峰小时用气量明显偏小，同时选用的壁挂炉功率和其他村庄相同，导致最终同时工作系数明显偏小，与拟合曲线计算得到的理论计算同时工作系数偏差较大，作为异常数据去掉。

3.结论和建议

进行壁挂炉同时工作系数的计算，选取的研究对象为延庆区、昌平区、大兴区农村煤改气用户。各地的经济条件差别巨大，因此建议在以后的设计过程中针对距离市区较近、经济条件比较发达的区域采用昌平区、大兴区的同时工作系数，而对距离市区较远，经济条件较差的地区参考延庆区的同时工作系数。

参考文献：

[1]王兴畏，彭世尼等，采用二项概率分布法的同时工作系数计算，煤气与热力，2013.08。

[2]袁理想（硕士论文），燃气壁挂炉用气指标、用气规律及日负荷预测的研究，2012.11。endprint