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摘 要：集中供暖具有明显的经济效益、环境效益和社会效益，是城镇公共事业的重要组成部分。规划和实现农村地区集中供暖，能有效改善居民的生活水平。通过建立气候舒适度评价指标，得到在供暖季山东地区气候舒适度的强度和分布，从而确定不同农村地区实现集中供暖的优先等级。最后得出结论，在供暖季，山东地区由西南到东北，气候舒适度指标程增大趋势，表示气候舒适性变差，应按照先中部山区和东部丘陵地区，再西部和北部平原地区，最后南部地区的顺序，实现农村地区集中供暖的全面覆盖。
关键词：农村 集中供暖 气候舒适度 优先等级
中图分类号：F592 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（b）-0098-04
Application of Climatic Comfort in Rural Heating Planning in Shandong Province
PANG Jinjiao1 YANG Jun2 PANG Jinyan3
（1.Shandong Provincial Institute of Land Surveying And Mapping; 2.Jinan Energy Group;
3.Jinan Technician College， Jinan， Shandong Province， 476000 China）
Abstract： Central-heating has obvious economic， environmental and social benefits， and is an important part of urban public utilities. Planning and implementation of central-heating in rural areas can effectively improve the living standard of residents. The intensity and distribution of climate comfort in Shandong during the heating season were obtained by establishing the evaluation index of climate comfort， so as to determine the priority level of central heating in different rural areas. Finally， it is concluded that in the heating season， from southwest to northeast of Shandong， the climate comfort index range increases， indicating that the climate comfort becomes worse. The central mountainous area and the eastern hilly area should be served first， then the western and northern plain area， and finally the southern area， so as to realize the comprehensive coverage of central-heating in rural areas.
Key Words： Rural areas; Central-heating; Climatic comfort; Priority level
根據国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736-2012），一般累年日平均温度稳定低于或等于5 ℃的日数大于或等于90 d的地区，宜采用集中采暖。由于集中供热效能高、易大型化、机械化，还能够集中解决污染、灰渣燃料堆放等问题，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益，目前已成为现代化城镇建设的重要基础设施，是市政公共事业的重要组成部分。而目前山东地区的供暖主要集中在城市地区，而近郊或较偏远位置的农村居民往往不能覆盖。因冬季温度低，农村地区居民往往会用散煤、电、气等方式取暖，能效低，污染大，极具危险性，因此规划农村地区集中供暖具有重要的现实意义。在经济条件较好的地区，新型城镇化推动的农村集中连片居住、农村电网改造升级、多种能源并举等措施，为农村地区集中供暖提供了有力保障。所以采用何种标准衡量需要实现集中供暖地区的优先顺序是此次研究的重点。
该文通过气候舒适度作为突破点，寻找气候舒适度与农村集中供暖之间的关系，建立详尽的气候舒适度评价指标体系，通过气候舒适度的强度划分以及空间分布，从而确定农村地区实现集中供暖的优先顺序，对于提高人们的生活质量、维持可持续发展具有重要的意义。
1 国内外气候舒适度研究进展
国外关于气候舒适度的研究开始于20世纪40年代。前期主要是定性描述阶段，20世纪40年代至50年代中期，先后研究了气温、相对湿度、风速和气流对人体舒适感影响的大小;后期进入定量阶段，主要研究人体对冷热感受的具体程度，先后利用不舒适指数、温湿指数、舒适度指数、风效指数等进行一系列研究工作[1]。
国内有关气候舒适度的研究起步较晚，直到20世纪90年代开始有了较快的发展。李双双等研究者利用热气候指数分析了北京户外感知温度变化特征[2];李山等研究者利用温湿指数和风效指数分析了中国大陆近50年来气候舒适期的空间演变[3];刘艳华等研究者利用体感温度指数对黑龙江夏季气候舒适度进行了定量测评[4];赵璊璊等研究者利用城市热舒适度模型分析了南京市热舒适度的动态变化[5];吕拉昌等研究者分析了城市人居环境气候舒适度与城市创新的关系[6]。 该研究的目的是根据气候舒适度模型，计算山东范围内的气候舒适度，根据模型计算出来的结果，划分人体感觉不舒适的等级，确定山东省范围内农村地区采取集中供暖的优先顺序。考虑到以上因素，综合国内外研究情況，此次选择了表征人体舒适度的综合舒适度模型。
S=0.6（|T-24|）+0.07（|RH-70|）+0.5（|V-2|）（1）
式（1）中，S为综合舒适度指标;T为气温（℃），RH为相对湿度（%）;V为风速（m/s）。
模型中，S值越大，表明该地区气候越不舒适，供暖优先等级越高，越应该优先安排集中供暖。一般情况下，我们认为S≤11是人体感觉较舒适的气候，S>11为不舒适的气候。
2 研究区域和数据
山东省位于中国东部沿海、黄河下游，地理坐标位于东经114°48′～122°42′、北纬34°23′～38°17′。地形特征为中部山地丘陵区;东部半岛大都是起伏和缓的波状丘陵区;西部、北部是黄河冲积而成的平原区，是华北大平原的一部分。山东省气候温和，四季分明，属于暖温带季风气候。夏季盛行偏南风，炎热多雨，冬季多偏北风，寒冷干燥，适合农林牧渔业的发展，是经济比较发达的省份之一。
该研究主要采用山东省内和周边2010—2020年之间20个气象站点1月、2月、3月、11月、12月（供暖季）的标准月值数据、中国行政区划数据和高程数据。气象站点月值数据包括月平均气温、月平均空气相对湿度、月平均风速等气象数据。DEM数据为分辨率为90 m的SRTM数据（见图1）。利用地理信息系统软件ARCGIS对数据进行计算和分析，进行山东省范围内供暖季的气候舒适度分析研究，以确定农村地区实现冬季集中供暖的先后顺序。
3 气候舒适度的计算与分析
该模型中影响气候舒适度的主要因素有气温、相对湿度、风速。气温对气候舒适度的高低起了主导作用，对人体在特定环境的舒适性感觉的影响最为直接。湿度和风速对人体的影响，主要是排汗的散热效率，在冬季当湿度较大时，人们会感觉特别寒冷，风速加大，人同样容易感觉寒冷。
由于气象站点的分布为分散的点状，需要先对气温、湿度和风速进行内插，实现3种要素在研究范围内的格网化。因为气温随海拔高度的升高也会有规律地降低，在近地面的暖湿气块中，绝热直减率值约为0.65 ℃/100 m，所以需将气温数据处理至同一水平方向上之后进行内插，再利用DEM数据在垂直方向上进行拟合。最后根据气候舒适度模型将温度、湿度和风速的内插结果进行计算，得到山东供暖季（1～3月、11月、12月）的气候舒适度，再根据气候舒适度的不同分级，确定不同地区实现集中供暖的优先等级。具体见图2～图7。
分析图2至图6可以得出，气候舒适度指标由西南向东北方向呈现增大趋势，山东供暖季中11月和3月气候舒适度指标较小，舒适度较好，供暖优先等级主要位于Ⅰ级到Ⅲ级;1月、2月和12月全省范围舒适度指标都在13以上，气候不舒适，供暖优先度主要位于Ⅲ级到Ⅵ级;其中1月的气候舒适性最差，供暖优先度集中在Ⅳ级到Ⅵ级，而且各等级面积也在供暖季各月份中最大。分析图7可知，平均整个供暖季的气候舒适度，中部山地和东部临海丘陵地区海拔较高，受地势影响气候舒适度较差，供暖优先等级均在Ⅵ级及以上;其余地区的优先等级大部分在Ⅲ级，极少数地区在Ⅲ级以下。综合以上，可以得出结论，即1月、2月和12月份山东省整体舒适性差，考虑改善居民生活条件和供暖效能，有实现农村集中供暖的必要性;按照供暖应优先等级，应先在供暖季中气候舒适性较差的东部丘陵和中部山地地区实现，后逐渐扩大至西部和北部地区，最后再实现山东省农村地区集中供暖的全面覆盖。
4 结语
该研究中舒适度评价结果体现了山东省不同区域舒适程度的自然过渡，划分了不同的舒适度等级，为农村地区的采暖规划优先顺序提供了借鉴。不足之处在于，首先，海拔较高的山脉不仅对温度影响显著，对风速和湿度都有一定的影响，可以在风速和湿度的内插过程中，利用公式对数据进行垂直方向上的计算，使不舒适指数计算结果更加精确;其次，在高海拔地区，人体舒适度还受气压和太阳辐射的影响，有必要根据具体的地形情况把这两种评价因子加以考虑。总体来讲，气候舒适度的评价对于不同地区的采暖规划、建筑设计等工作有指导意义。
参考文献
[1] Ciobotaru A，Andronache I，Dey N，et al. Temperature-Humidity Index described by fractal Higuchi Dimension affects tourism activity in the urban environment of Focsani City（Romania）[J]. Theoretical and Applied Climatology，2019（136）：1009-1019.
[2] 李双双，杨赛霓，刘宪锋，等.1960—2014年北京户外感知温度变化特征及其敏感性分析[J].资源科学，2016，38（1）：175-184.
[3] 李山，孙美淑，张伟佳，等.中国大陆1961—2010年间气候舒适期的空间格局及其演变[J].地理研究，2016，35（11）：2053-2070.
[4] 刘艳华，阙粼婧，白钰.黑龙江省夏季避暑旅游气候适宜度的区域分布[J].东北林业大学学报，2020，48（8）：72-77，116.
[5] 赵璊璊，冯莉，郭松，等.景观格局影响下的南京市热舒适度动态变化[J].长江流域资源与环境，2018，27（8）：1712-1724.
[6] 吕拉昌，陈东霞.人居环境气候舒适度对城市创新的影响分析[J].地域研究与开发，2021，40（2）：45-49.
关键词：农村 集中供暖 气候舒适度 优先等级
中图分类号：F592 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（b）-0098-04
Application of Climatic Comfort in Rural Heating Planning in Shandong Province
PANG Jinjiao1 YANG Jun2 PANG Jinyan3
（1.Shandong Provincial Institute of Land Surveying And Mapping; 2.Jinan Energy Group;
3.Jinan Technician College， Jinan， Shandong Province， 476000 China）
Abstract： Central-heating has obvious economic， environmental and social benefits， and is an important part of urban public utilities. Planning and implementation of central-heating in rural areas can effectively improve the living standard of residents. The intensity and distribution of climate comfort in Shandong during the heating season were obtained by establishing the evaluation index of climate comfort， so as to determine the priority level of central heating in different rural areas. Finally， it is concluded that in the heating season， from southwest to northeast of Shandong， the climate comfort index range increases， indicating that the climate comfort becomes worse. The central mountainous area and the eastern hilly area should be served first， then the western and northern plain area， and finally the southern area， so as to realize the comprehensive coverage of central-heating in rural areas.
Key Words： Rural areas; Central-heating; Climatic comfort; Priority level
根據国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736-2012），一般累年日平均温度稳定低于或等于5 ℃的日数大于或等于90 d的地区，宜采用集中采暖。由于集中供热效能高、易大型化、机械化，还能够集中解决污染、灰渣燃料堆放等问题，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益，目前已成为现代化城镇建设的重要基础设施，是市政公共事业的重要组成部分。而目前山东地区的供暖主要集中在城市地区，而近郊或较偏远位置的农村居民往往不能覆盖。因冬季温度低，农村地区居民往往会用散煤、电、气等方式取暖，能效低，污染大，极具危险性，因此规划农村地区集中供暖具有重要的现实意义。在经济条件较好的地区，新型城镇化推动的农村集中连片居住、农村电网改造升级、多种能源并举等措施，为农村地区集中供暖提供了有力保障。所以采用何种标准衡量需要实现集中供暖地区的优先顺序是此次研究的重点。
该文通过气候舒适度作为突破点，寻找气候舒适度与农村集中供暖之间的关系，建立详尽的气候舒适度评价指标体系，通过气候舒适度的强度划分以及空间分布，从而确定农村地区实现集中供暖的优先顺序，对于提高人们的生活质量、维持可持续发展具有重要的意义。
1 国内外气候舒适度研究进展
国外关于气候舒适度的研究开始于20世纪40年代。前期主要是定性描述阶段，20世纪40年代至50年代中期，先后研究了气温、相对湿度、风速和气流对人体舒适感影响的大小;后期进入定量阶段，主要研究人体对冷热感受的具体程度，先后利用不舒适指数、温湿指数、舒适度指数、风效指数等进行一系列研究工作[1]。
国内有关气候舒适度的研究起步较晚，直到20世纪90年代开始有了较快的发展。李双双等研究者利用热气候指数分析了北京户外感知温度变化特征[2];李山等研究者利用温湿指数和风效指数分析了中国大陆近50年来气候舒适期的空间演变[3];刘艳华等研究者利用体感温度指数对黑龙江夏季气候舒适度进行了定量测评[4];赵璊璊等研究者利用城市热舒适度模型分析了南京市热舒适度的动态变化[5];吕拉昌等研究者分析了城市人居环境气候舒适度与城市创新的关系[6]。 该研究的目的是根据气候舒适度模型，计算山东范围内的气候舒适度，根据模型计算出来的结果，划分人体感觉不舒适的等级，确定山东省范围内农村地区采取集中供暖的优先顺序。考虑到以上因素，综合国内外研究情況，此次选择了表征人体舒适度的综合舒适度模型。
S=0.6（|T-24|）+0.07（|RH-70|）+0.5（|V-2|）（1）
式（1）中，S为综合舒适度指标;T为气温（℃），RH为相对湿度（%）;V为风速（m/s）。
模型中，S值越大，表明该地区气候越不舒适，供暖优先等级越高，越应该优先安排集中供暖。一般情况下，我们认为S≤11是人体感觉较舒适的气候，S>11为不舒适的气候。
2 研究区域和数据
山东省位于中国东部沿海、黄河下游，地理坐标位于东经114°48′～122°42′、北纬34°23′～38°17′。地形特征为中部山地丘陵区;东部半岛大都是起伏和缓的波状丘陵区;西部、北部是黄河冲积而成的平原区，是华北大平原的一部分。山东省气候温和，四季分明，属于暖温带季风气候。夏季盛行偏南风，炎热多雨，冬季多偏北风，寒冷干燥，适合农林牧渔业的发展，是经济比较发达的省份之一。
该研究主要采用山东省内和周边2010—2020年之间20个气象站点1月、2月、3月、11月、12月（供暖季）的标准月值数据、中国行政区划数据和高程数据。气象站点月值数据包括月平均气温、月平均空气相对湿度、月平均风速等气象数据。DEM数据为分辨率为90 m的SRTM数据（见图1）。利用地理信息系统软件ARCGIS对数据进行计算和分析，进行山东省范围内供暖季的气候舒适度分析研究，以确定农村地区实现冬季集中供暖的先后顺序。
3 气候舒适度的计算与分析
该模型中影响气候舒适度的主要因素有气温、相对湿度、风速。气温对气候舒适度的高低起了主导作用，对人体在特定环境的舒适性感觉的影响最为直接。湿度和风速对人体的影响，主要是排汗的散热效率，在冬季当湿度较大时，人们会感觉特别寒冷，风速加大，人同样容易感觉寒冷。
由于气象站点的分布为分散的点状，需要先对气温、湿度和风速进行内插，实现3种要素在研究范围内的格网化。因为气温随海拔高度的升高也会有规律地降低，在近地面的暖湿气块中，绝热直减率值约为0.65 ℃/100 m，所以需将气温数据处理至同一水平方向上之后进行内插，再利用DEM数据在垂直方向上进行拟合。最后根据气候舒适度模型将温度、湿度和风速的内插结果进行计算，得到山东供暖季（1～3月、11月、12月）的气候舒适度，再根据气候舒适度的不同分级，确定不同地区实现集中供暖的优先等级。具体见图2～图7。
分析图2至图6可以得出，气候舒适度指标由西南向东北方向呈现增大趋势，山东供暖季中11月和3月气候舒适度指标较小，舒适度较好，供暖优先等级主要位于Ⅰ级到Ⅲ级;1月、2月和12月全省范围舒适度指标都在13以上，气候不舒适，供暖优先度主要位于Ⅲ级到Ⅵ级;其中1月的气候舒适性最差，供暖优先度集中在Ⅳ级到Ⅵ级，而且各等级面积也在供暖季各月份中最大。分析图7可知，平均整个供暖季的气候舒适度，中部山地和东部临海丘陵地区海拔较高，受地势影响气候舒适度较差，供暖优先等级均在Ⅵ级及以上;其余地区的优先等级大部分在Ⅲ级，极少数地区在Ⅲ级以下。综合以上，可以得出结论，即1月、2月和12月份山东省整体舒适性差，考虑改善居民生活条件和供暖效能，有实现农村集中供暖的必要性;按照供暖应优先等级，应先在供暖季中气候舒适性较差的东部丘陵和中部山地地区实现，后逐渐扩大至西部和北部地区，最后再实现山东省农村地区集中供暖的全面覆盖。
4 结语
该研究中舒适度评价结果体现了山东省不同区域舒适程度的自然过渡，划分了不同的舒适度等级，为农村地区的采暖规划优先顺序提供了借鉴。不足之处在于，首先，海拔较高的山脉不仅对温度影响显著，对风速和湿度都有一定的影响，可以在风速和湿度的内插过程中，利用公式对数据进行垂直方向上的计算，使不舒适指数计算结果更加精确;其次，在高海拔地区，人体舒适度还受气压和太阳辐射的影响，有必要根据具体的地形情况把这两种评价因子加以考虑。总体来讲，气候舒适度的评价对于不同地区的采暖规划、建筑设计等工作有指导意义。
参考文献
[1] Ciobotaru A，Andronache I，Dey N，et al. Temperature-Humidity Index described by fractal Higuchi Dimension affects tourism activity in the urban environment of Focsani City（Romania）[J]. Theoretical and Applied Climatology，2019（136）：1009-1019.
[2] 李双双，杨赛霓，刘宪锋，等.1960—2014年北京户外感知温度变化特征及其敏感性分析[J].资源科学，2016，38（1）：175-184.
[3] 李山，孙美淑，张伟佳，等.中国大陆1961—2010年间气候舒适期的空间格局及其演变[J].地理研究，2016，35（11）：2053-2070.
[4] 刘艳华，阙粼婧，白钰.黑龙江省夏季避暑旅游气候适宜度的区域分布[J].东北林业大学学报，2020，48（8）：72-77，116.
[5] 赵璊璊，冯莉，郭松，等.景观格局影响下的南京市热舒适度动态变化[J].长江流域资源与环境，2018，27（8）：1712-1724.
[6] 吕拉昌，陈东霞.人居环境气候舒适度对城市创新的影响分析[J].地域研究与开发，2021，40（2）：45-49.