基于煤改气工程河北农村地区家庭优化方案分析

吕孟锦 张舒阳 张梦雪

【摘要】煤改气工程以后，农村用户普遍反映冬季供暖费用与之前相比显著上升，我们将通过模型分析每户最佳的用气量及用气策略，预计每户可以减少30%左右的供暖支出。

【关键词】常住人口 供暖方案 优化

1引言

2017年河北省共完成253.7万户，其中煤改气为231.8万户。从数据来看，远远大于年初计划的180万户，超额完成约百分之三十。在飙升的煤改气工程实施的过程中，河北省许多地区出现了天然气气荒的问题。华北天然气到岸价格普遍上涨30004000/吨，价格翻番。预计2017年迎峰度冬期间全省共需要约65亿方，比2016年增加35亿方，但实际需求量达到了100亿立方米，也就是说，天然气的缺口高达26%。紧俏的天然气供应以及日渐高昂的价格使得一般农村用户负担困难，节约型天然气使用方案的实施迫在眉睫。

2调研对象及结果分析

我们小组于2018年1月7日，在天然气管道安装公司高级工程师的带领下，在保定市涿州县老张庄和小王庄这两个已经安装天然气并投入使用的村子开展调研;于2018年寒假在邯郸市南白道村、北白道村两个还未安装使用天然气的村子开展对比调研。

我们随机调查了80个样本，调查了用户家庭成员及年龄、健康状况、房屋材质、房屋面积、供暖时长、生活习惯、目前每月燃烧天然气的供暖消耗等信息。调查发现：

“煤改气”以后居民每个月的供暖开支大约在10元/平方米·月左右，也就是说一般供暖面积在150平米的用户，一个月的供暖开支在1500元左右。往年，烧煤用户按150平米供暖面积来计算，一冬的煤消耗量在3到4吨，每吨煤均价600元/吨，供暖时间在4个月，一年供暖费用2000元左右。一般农户，如果使用天然气供暖4个月，一冬天需要花费6000元，显然远远超过使用煤炭供暖的支出，而一般农户可以接受比燃煤高出的支出在1000元左右，只有2/15的农户不在意价格，因为家里有90多岁的老人。总体来说，“煤改气”之后居民室温普遍下降5摄氏度左右，约从25摄氏度下降到20氏度，居民普遍反映天然气取暖价格太高。

3变量的选择和模型的建立

3.1总体思路

目标：（1）达到一般人对室内温度的正常要求;（2）达到老人，小孩，病人等群里对较高室内温度的需求。

要求：在达到目标的前提下，结合峰谷电价、燃气供暖系统安装费用、燃气价格等因素，制定出花费最少的方案。

将供暖部分分为两块，一块是常住面积的供暖，即长期住在家里的人的供暖面积。另一块为非常住面积的供暖，即偶然回家的子女或亲人所需的供暖面积。

影响因素：所在地区;常用供暖面积;偶然性供暖面积;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;供暖时间;房屋材质;燃气供暖系统安装费。

3.2变量分析

变量1：由于我们在此文章中的研究是河北省，所以这一变量在此处是一个常量。但如果日后要将此算法进行完善推广，那么这一变量将是必须考虑的因素。

变量2、3：常用供暖面积就是家中的常住人口的日常活动范围，偶然性供暖面积就是家中非常住人口的活动面积。

变量4、5：老人的界定年龄在60岁以上，小孩的界定范围在15岁以下。

变量6：供暖时间分为全天和非全天（在温度较高的中午时间关闭供暖），按小时计算。

变量7：有些北方建筑有“三步节能法”，在没有供暖的情况下，室内温度也能达到13-15度，而采用传统供暖的房屋则没有这么好，前者对挂壁炉的功率要求较低。由于房屋漏热系数较为复杂，在此文章中姑且不作考虑。

3.3算法流程

3.3.1不变部分：输入家中常用的供暖面积，以及常住人口中是否有特殊人口，供暖时间，可以直接算得需要多大功率的炉子，以及需要的燃气量。

算法公式：每平方米的供热功率大概在120-180W。

总功率算法=供暖面积面积*65%*150W

总燃气消耗，总功率×供热时间÷燃气的燃烧功率。

对于有特殊群体的常住人口，需要乘以一个参数，多烧点燃气，以达到特殊人口要求的温度。

3.3.2变动部分：输入家中非常用的供暖面积，以及非常住人口中是否有特殊人口，供暖时间。

这一部分分成两种计算方式：

第一种：仍然使用燃气供暖。计算方法同上。根据涿州市的天然气价格（第一阶梯居民用气每户每年3603m，执行现行的居民生活用气价格2.4元/3m。第二阶梯：每户每年用气量在3613m-5003m，按居民生活第一阶梯用气价格的1.2倍执行，价格为2.88元/3m。第三阶梯：每户每年用气量在5013m以上，按居民生活第一阶梯用气价格1.4倍执行，价格为3.36元/3m。）可以计算出燃气的总花费。

第二種：使用插电式供暖器。我们要计算在不同的情况下，达到供暖温度（其中要考虑是否有特殊人口），以及供暖面积的情况下，需要耗费多少电能。以及在峰谷电价不同的时候，需要花多少钱。

计算公式：

总功率=供暖面积×单位面积达到该温度所需的功率

总功=总功率×供暖时间

花费=（总功率×每天中峰值供暖时间×峰值电价+总功率×谷值电价×每天中谷值供暖时间）×在家天数

3.3.3分别计算出这两部分的花费后，两部分相加，再加上两部分所需的取暖装置费，比较可变部分使用燃气更省钱还是使用电取暖更省钱，从而进行选择。

3.4算法运行

运用上述的算法编制了一个程序，运行结果如下：

4总结

通过以上分析可知，不同的用户的优化煤气使用方案是不同的，只有通过个性化的优化措施才能达到最优的结果，通过使用该算法可以比原先粗犷的燃气使用方法节约很多，但是这远不是最优的优化方案，只有通过对更多变量的整合分析才能更加趋近于最优结果。

参考文献：

[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.热泵产业资讯.

[3]http：//www.china-nengyuan.com/news/118618.html.中国新能源网.

[4]http：//www.xianjichina.com/news/details_57007.html.贤集网.

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

[6]石丹阳.农村煤改气采暖用户用气规律分析.