关键词：氯化物；总硬度；电导率；再生水；相关系数
中图分类号：TU991 文献标识码：A
本实验主要研究某再生水厂出水中氯化物、总硬度与电导率的关系，通过化验数据分析监测结果，比较两者的相关关系，并总结数据之间的规律性，帮助运行人员根据电导率快速判断氯化物、总硬度具有一定的指导意义。
1 再生水厂工艺流程及水质情况
1.1工艺流程
以某再生水厂为例，目前再生水厂主要的深度处理工艺包括连续微滤膜（SMF）过滤、部分反渗透（RO）、部分臭氧（03）、氯消毒，核心工艺为双膜（SMF和RO）与臭氧联用，其中臭氧工艺段主要功能是脱色除味。SMF出水一部分直接进入臭氧工艺，另外一部分加入亚硫酸氢钠中和余氯后进入反渗透工艺，两个工艺出水后混合进入清水池。去除离子类指标的工艺主要是反渗透（RO），通过设计SMF出水与RO出水勾兑比例达到再生水相关的标准要求。
1.2再生水厂进出水水质
再生水厂采用污水处理厂的出水作为水源，通过分析进水水质发现，氯化物和总硬度变化较大，氯化物在367.6～148.3mg/L，总硬度在408.6～129.5mg/L波动。由于再生水用于工业用户，尤其是热电厂作为循环冷却水，按照《城市污水再生利用 工业用水水质》（GB/T19923-2005）要求，氯化物250mg/L以下，总硬度450mg/L以下。目前总硬度基本满足电厂要求，氯化物要满足水质要求则需要用RO水进行勾兑。为了保证供水水质，在进水的氯化物浮动较大的季节，以氯化物作为工艺调整指标，随时调整勾兑比。通过查阅相关文献资料了解到氯化物、总硬度与电导率具有相关性，为了及时、方便、快捷的了解氯化物、总硬度，通过本实验找到两者与电导率相关系数，通过方便测得的电导率推算氯化物、总硬度，及时调整RO水勾兑比，保证送水水质平稳达标。
3 实验部分
3.1 数据来源
由于水质的不同，其监测因子总硬度、氯化物与电导率的关系也不同。本实验选取样品的取样点为某再生水厂出水，时间范围是1～l2月春、夏、秋、冬四个季节，定3～5月为春季，6～8月为夏季，9～11月为秋季，1、2和12月为冬季。
3.2 分析方法
氯化物分析方法为硝酸银滴定法，其原理为在中性至弱碱性范围内（pH6.5～10.5），以铬酸钾为指示剂，用硝酸银滴定氯化物时，由于氯化银的溶解度小于铬酸银的溶解度，氯离子首先被完全沉淀出来后，然后铬酸盐以铬酸银的形式被沉淀，产生砖红色，指示滴定终点到达。该沉淀滴定的反应如下：
Ag++Cl-AgCl
2Ag++CrO4Ag2CrO4（砖红色）
总硬度分析方法采用EDTA滴定法，其原理为在pH10的条件下，用EDTA溶液络合滴定钙和镁离子。铬黑T作指示剂，与钙和镁生成紫红或紫色溶液。滴定中，游离的钙和镁离子首先与EDTA反应，跟指示剂络合的钙和镁离子随后EDTA反应，到达终点时溶液的颜色由紫变为天蓝色。
电导率则采用美国麦隆的多参数水质分析仪（6P）进行测定，方便、简单、快捷、准确。
4 结果与分析
4.1 氯化物与电导率的化验结果与分析
将12个月出水氯化物和电导率的化验结果汇总。
表1 再生水月平均值氯化物与电导率化验数据汇总
图1 年度出水氯化物与电导率关系
上述图表可清晰看出氯化物与电导率存在明显相关性，假设氯化物=K×电导率，其中K表示氯化物与电导率之间的比例系数。通过氯化物和电导率的化验数据总结两者之间的关系，计算得出K值，如表2所示。
表2 再生水氯化物与电导率相关系数K值
图2 年度出水氯化物与电导率相关系数K汇总
由图表可知， K值范围为0.138～0.154，最小值出现在4月，最大值出现在9月。综合12个月均值可以得出，春、夏、秋、冬四季的K季均值，即K春季、K夏季、K秋季、K冬季，分别为：K春季=（K3月+K4月+K5月）/3=0.142；K夏季=（K6月+K7月+K8月）/3=0.142；K秋季=（K9月+K10月+K11月）/3=0.149；K冬季=（K12月+K1月+K2月）/3=0.144，综合4个K季度平均值，可以得出K年均值，即K值，K年均=（K春季+K夏季+K秋季+K冬季）/4=0.144。
通过氯化物与电导率的相关性分析，可以揭示氯化物与电导率两者之间的相关关系，由方便测得的电导率值即可估算出氯化物值。
4.2 总硬度与电导率的化验结果与分析
将12个月出水总硬度和电导率的化验结果汇总。
表3 再生水月平均值总硬度与电导率化验数据汇总
图3 年度出水总硬度与电导率关系
由图可见，总硬度与电导率存在明显相关性。假设总硬度=K×电导率，K表示总硬度与电导率之间的比例系数。通过总硬度与电导率的化验数据总结两者之间的关系，从而计算得出K值见表4。
表4 再生水总硬度与电导率相关系数K值
图4 年度出水总硬度与电导率相关系数K汇总
由图表可知，相关系数K范围为0.194～0.231，最小值出现在冬季1月，最大值出现在夏季7月。综合12个月均值可以得出，春、夏、秋、冬四季的K季均值，即K春季、K夏季、K秋季、K冬季，分别为：K春季=（K3月+K4月+K5月）/3=0.214；K夏季=（K6月+K7月+K8月）/3=0.223；K秋季=（K9月+K10月+K11月）/3=0.208；K冬季=（K12月+K1月+K2月）/3=0.206，综合4个K季度平均值，可以得出K年均值，即K值，K年均=（K春季+K夏季+K秋季+K冬季）/4=0.213。可见，K在周期一年内变化幅度不大且呈现周期变化，4月、9月的K值较接近年平均，故可以代表一年中总硬度与电导率的比值。以K值的大小判断总硬度与电导率系数关系，从而可以根据电导率的化验数据估算总硬度的化验结果。
5 结语
再生水中氯化物、总硬度与电导率在数值上存在相关性。不同月份氯化物与电导率、总硬度与电导率相关系数K值略有不同，波动范围较小。通过本文研究结果，可据相关系数K由电导率值方便快捷及时估算出氯化物、总硬度。突况下，再生水厂必须及时采取措施，对运行工艺参数进行调整，保证出水水质合格达标，对用户平稳供水。
参考文献
位于新市区，东临南三路，南临爱家购物广场，西临南二路，北临南纬三路，总建筑面积38208.85m2，其中地下17777.01m2，地上20431.84m2，地下负一层为库房，负二层、负三层为车库，地上9层为纯商业，建筑高度为47.7m，建筑效果。
2室外风环境设计模拟分析
2.1模拟工况
本项目根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》确定夏季和冬季的风向和风速参数，在室外风环境模拟中研究的具体工况及参数设置。
2.2模拟分析
2.2.1风速。1.5m高度处风速云图（夏季、过渡季/平均风速）铁路局商业广场风速均低于3.2m/s，建筑的朝向与主导风几乎一致，有利于夏季、过渡季的自然通风。项目建筑外周围风速基本处于0.50~3.2m/s之间，周边流场无滞风现象，不影响周边环境质量。距地1.5m高度处初始风速、最大风速分别为2.17m/s、3.2m/s，风速放大系数为1.47，小于2；最大风速小于5m/s，满足标准的要求。
2.2.2风压。分析项目各立面风压分布状况，提供迎风面风压等值线图（夏季、过渡季/平均风速）迎风面风压等值线图以同样的步骤分析冬季平均风速情况下的建筑周边流场分布状况。
3结论
3.1风速舒适性
铁路局商业广场建筑区域周边的流场分布较为均匀，气流通畅，无涡流、滞风区域，主要通道风场流线无明显的气流死区。项目建筑周边人行区域1.5m高度处风速均小于5m/s，同时风速放大系数均＜2，符合行人舒适的要求。
3.2自然通风
铁路局商业广场在夏季、过渡季节的建筑前后保持3Pa左右的压差，从而避免局部出现涡流和死角，有利于室内采用自然通风。
3.3防风节能
冬季主导风向项目周边区域风速均小于5m/s；在平均风速条件下，除迎风面之外的建筑部分前后压差在4Pa左右，满足“严寒地区冬季保证除迎风面之外的建筑物前后压差小于5Pa”的要求。
3.4达标判断
铁路局商业广场的建筑朝向为南北向，建筑朝向有利于夏季的自然通风，避开冬季主导风，满足《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006第5.2.6条一般项“：建筑总平面设计有利于冬季采光并避开冬季主导风向，夏季有利于自然通风”中关于建筑朝向的要求。各季节在平均风速条件下，铁路局商业广场周边人行区域距地1.5m高度处风速均小于5m/s，风速放大系数小于2，无涡流、滞风区域，符合《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006第5.1.7条一般项：“建筑物周围人行区风速低于5m/s，不影响室外活动的舒适性和建筑通风”的规定。
4结束语
为了进一步加强学校安全工作，切实防控各种安全事故的发生，联校研究制定本方案。
一、成立组织
联校和各学校分别成立安全工作领导小组，具体负责全乡和各校的安全工作的指导。
组 长：刘相军
副组长：赵文进
成 员：崔进超、赵继昌、刘仓柱、高文申、孙山城、王爱民
二、防范措施
1、实行安全责任分解制度，人人有责任。
联校
（1）责任人：刘相军
对全乡各小学安全工作负总责
（2）责任人：赵文进
具体负责全乡各校安全工作
（3）责任人：唐文发
负责联校组织的师生教学集体活动期间安全工作
（4）责任人：王进文
负责联校工会组织的师生集体活动期间的安全工作
中心小学
（1）责任人：崔进超
对本校安全工作负总责
2）责任人：夏银海
具体负责本校安全工作
（3）责任人：值班人，负责学生在校期间课前、课后的安全（夏季——上午7：30到校，中午1：30到校，下午6：30离校；
冬季——上午7：30到校，中午12：30到校，下午5：00离校）
周一：崔进超，周二：夏银海，周三：赵振花，周四：胡尚德，周五：段传强
（4）责任人：任课教师
负责上课期间的班级学生安全
（5）责任人：班主任
负责自己所担科目教学、自习课、快乐大课间活动期间的班级学生安全
马集小学
（1）责任人：高文申
对本校安全工作负总责
（2）责任人：渠建中
具体负责本校安全工作
（3）责任人：值班人，负责学生在校期间课前、课后的安全（夏季——上午7：30到校，中午1：30到校，下午6：30离校；
冬季——上午7：30到校，中午12：30到校，下午5：00离校）
周一：（西院）高文申，（东院）渠敬华；
周二：（西院）渠建中，（东院）赵连锁
周三：（西院）渠守来，（东院）邵景科；
周四：（西院）渠广德，（东院）范传波；
周五：（西院）渠建中，（东院）渠建武
（4）责任人：任课教师
负责上课期间的班级学生安全
（5）责任人：班主任
负责自己所担科目教学、自习课、快乐大课间活动期间的班级学生安全
孙庄小学
（1）责任人：孙山成
对本校安全工作负总责
（2）责任人：马兰同
具体负责本校安全工作
（3）责任人：值班人，负责学生在校期间课前、课后的安全（夏季——上午7：30到校，中午1：30到校，下午6：30离校；
冬季——上午7：30到校，中午12：30到校，下午5：00离校）
周一：孙山成，周二：马兰同，周三：张守忠，周四：孙改青，周五：胡国华
（4）责任人：任课教师
负责上课期间的班级学生安全
（5）责任人：班主任
负责自己所担科目教学、自习课、快乐大课间活动期间的班级学生安全
王店小学
（1）责任人：刘仓柱
对本校安全工作负总责
（2）责任人：赵现功
具体负责本校安全工作
（3）责任人：值班人，负责学生在校期间课前、课后的安全（夏季——上午7：30到校，中午1：30到校，下午6：30离校；
冬季——上午7：30到校，中午12：30到校，下午5：00离校）
周一：刘仓柱，周二：赵现功，周三：李喜现，周四：刘学明，周五：赵雷云
（4）责任人：任课教师
负责上课期间的班级学生安全
（5）责任人：班主任
负责自己所担科目教学、自习课、快乐大课间活动期间的班级学生安全
余粮海小学
（1）责任人：王爱民
对本校安全工作负总责
（2）责任人：孙长明
具体负责本校安全工作
（3）责任人：值班人，负责学生在校期间课前、课后的安全（夏季——上午7：30到校，中午1：30到校，下午6：30离校；
冬季——上午7：30到校，中午12：30到校，下午5：00离校）
周一：王爱民，周二：孙长明，周三：杜连增，周四：张宪元，周五：王春银
（4）责任人：任课教师
负责上课期间的班级学生安全
（5）责任人：班主任
负责自己所担科目教学、自习课、快乐大课间活动期间的班级学生安全
马厂小学
（1）责任人：赵继昌
对本校安全工作负总责
（2）责任人：崔留才
具体负责本校安全工作
（3）责任人：值班人，负责学生在校期间课前、课后的安全（夏季——上午7：30到校，中午2：00到校，下午6：30离校；
冬季——上午7：30到校，中午12：30到校，下午5：00离校）
周一：赵继昌，周二：崔留才，周三：吕海全，周四：丁存得，周五：吕九成
（4）责任人：任课教师
负责上课期间的班级学生安全
（5）责任人：班主任
负责自己所担科目教学、自习课、快乐大课间活动期间的班级学生安全
中心幼儿园
（1）责任人：冯瑞霞
对本校安全工作负总责
（2）责任人：满风花
具体负责本校安全工作
2、实行24小时轮流值班制度。每组1天，负责该时段的学校安全工作，值班人员提前30分钟到岗，上学时在校门口迎接学生，放学时在校门口送走学生，时刻关注学校周边的安全动态；负责学校的各场所、各时段的安全检查，包括校墙、线路、厕所、师生状态、特殊学生情况。
各校每天轮流值班人员安排：联校2人、中心小学4人、马集小学4人、孙庄小学4人、王店小学2人、余海小学2人、马厂小学2人。
3、各校成立安全防范突击队。突击队成员要由身体健壮的青年男教师担任，配备相应的防范设备（橡胶棒、安全棒等），设备放在各人办公室，健全突击队成员花名册、联系方式等档案，上报联校备案。突击队的职责是在学校校长的领导下应对各种暴力突发事件。
各校突击队配备人数：联校4人、中心小学8人、马集小学8人、孙庄小学8人、王店小学5人、余海小学5人、马厂小学4人。
4、各校实行封闭式教学。每校在预备铃响后，由值班人员负责锁门，严禁校外人员私自进入，对于确需入校的外来人员要由小学校长批准，并且做好登记。
5、每周做好安全隐患排查，做好排查记录和隐患排除（刀具的清理、各种设施、表现特异学生等）。
6、杜绝任何借口的乱收费。
7、建立家庭、学校联系信息库，对于不能按时到校、返回家中的学生要在第一时间取得联系，防止意外事故的发生。
8、各校建立特殊学生档案，对于留守儿童、单亲家庭、内向学生、表现不良学生、心理障碍学生等，要安排专人负责。
9、以班为单位每月进行一次安全教育（安全、法制、自救、救助、心理健康等），每学期申请组织二次安全演练。
10、关心教师工作、生活状态，切实为教职工解决生活中的困难。
11、与乡派出所结合，治理校园周边环境。
三、安全事故处理办法
关键词：地源热泵竖直埋管综合传热系数
1概述
地源热泵是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，它既不会污染地下水，又不会影响地面沉降。因此，目前在国内空调行业引起了人们广泛的关注，希望尽快应用这项新技术。现在尚未见到有关地源热泵技术设计手册供设计人员使用，但又不能等待设计手册出版后才使用地源热泵技术。笔者从实践角度对中小型地源热泵空调工程设计程序进行深讨，供同行讨论。
地源热泵技术的关键是地下换热器的设计。本文将着重探讨有关地下换热器的问题。
2地源热泵地下换热器的形式
众所周知，热泵机组的热源有空气源、水源、土壤源等。
土壤源热泵空调也叫地源热泵空调，就是在地下埋设管道作为换热器，管道与热泵机组连接形成闭式环路，管道中有液体流动通过循环将热泵机组的凝结热通过管道散入地下（供冷工况），或从大地吸取热量供给热泵机组向建筑物供热（供热工况）。
土壤源热泵换热器有多种形式，如水平埋管、竖直埋管等。这两种埋管型式各有自身的特点和应用环境。在中国采用竖直埋管更显示出其优越性：节约用地面积，换热性能好，可安装在建筑物基础、道路、绿地、广场、操场等下面而不影响上部的使用功能，甚至可在建筑物桩基中设置埋管，见缝插针充分利用可利用的土地面积。
3竖直埋管换热器型式
最常用的竖直埋管换热器就是由垂直埋入地下的U型管连接组成。
3.1竖直埋管深度
竖直埋管可深可浅，须根据当地地质条件而定，如20m、30m……直到200m以下。确定深度应综合考虑占地面积、钻孔设备、钻孔成本和工程规模。例如天津地区地表土壤层很厚，钻孔费用相对便宜，宜采用较深的竖直埋管，因深埋管的成本低、换热性能好、并可节约用地。
3.2竖直埋管材料
埋管材料最好采用塑料管，因与金属管相比，塑料管具有耐腐蚀、易加工、传热性能可满足换热要求、价格便宜等优点。可供选用的管材有高密度聚乙烯管（PE管），铝塑管等。竖直埋管的管径也可有不同选择，如DN20、DN25、DN32等。
3.3竖直埋管换热器钻孔孔径及回填材料
竖直埋管换热器的形成是从地面向下钻孔达到预计深度，将制作好的U型管下入孔中，然后在孔中回填不同材料。在接近地表层处用水平集水管、分水管将所有U型管并联构成地下换热器。
根据地质结构不同，钻孔孔径可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，天津地区地表土壤层很厚，为了钻孔、下管方便多采用Ф300孔径。
回填材料可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容易、造价低，可广泛采用。
4竖直埋管换热器中循环水温度的设定
竖直埋管换热器中流动的循环水的温度是不断变化的。夏季供冷工况进行时，由于蓄热地温提高，机组运行时水温不断上升，停机时水温又有所下降，当建筑物得热达到最大时水温升至最高点。冬季供热工况运行时则相反，由于取热地温下降，当建筑物失热最多时，换热器中水温达到最低点。
设计时，首先应设定换热器埋管中循环水最高温度和最低温度，因为这个设定和整个空调系统有关。如夏季温度设定较低，对热泵压缩机制冷工况有利，机组耗能少，但埋管换热器换热面积要加大，即钻孔数要增加，埋管长度要加长。反之温度设定较高，钻孔数和埋管长度均可减少，可节省投资，但热泵机组的制冷系数cop值下降，能耗增加。设定值应通过经济比较选择最佳状态点。笔者认为埋管水温应如下设定：
4.1热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。
4.2热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。
我们知道风机盘管供热能力大于供冷能力，而一般建筑物的夏季冷负荷大于冬季热负荷，所以风机盘管的选型是以夏季冷负荷选型、冬季热负荷校核。采用地源热泵空调冬季供热时，可根据冬季热负荷实际情况，让风机盘管冬季也满负荷运行而反算出供热水温度，此温度要小于常规空调60℃的供水温度（大约供水为40℃左右）。将此温度定为热泵机组冬季供水温度。供回水温差取7～10℃。
地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3—4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。
5换热面积与综合传热系数
5.1换热面积
一般换热器换热面积计算公式为：
……………………⑴
式中：
Q—换热器换热量w；
K—传热系数w/m·℃；
ΔT—对数温差℃。
5.2综合传热系数
地埋管换热器用以上公式计算很不方便，因为很难确定其换热面积。
竖直埋管换热器可以假设为“线热源”模型。引入综合传热系数进行计算，则较为简单、方便。
这里，将以某一流经地埋管换热器内的流体介质与大地初始温度每相差1℃，通过单位长度换热管，单位时间所传递的热量定义为综合传热系数K。
……………………⑵
式中：
K—综合传热系数w/m℃；
Q—换热器单位时间换热量，Q=Cm(t进-t出)W；
L—换热管有效长度m；
TP—流体介质平均温度，℃；
T进—U型管换热器进水温度℃；
T出—U型管换热器出水温度℃；
C—水比热4.180KJ/Kg·k；
m—水的质量流量kg/s；
Td—地温℃。
地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上规律。
影响竖直埋管综合传热系数的因素有：地理位置、地质构造、埋管深度、埋管材料及管径、钻孔直径及回填材料、管中水的流速、热泵运行方式（连续运转还是间断运转）。
综合传热系数k可通过测井测得。由公式⑵可以看出，做一个地面钻孔与预计工程应用完全相同的U型竖直埋管，人为制作冷、热源，通入冷、热水，测出各个参数带入公式⑵即可计算出综合传热系数。
测井也可测出U型竖埋管出水温度T出。
综合传热系数K在系统运行初期波动值较大，系统运行一段时间后其值趋于一稳定值。我们通过实测K值波动在一个较小的范围内，在目前数据资料较少情况下可取波动平均值作为计算数据误差不会太大。
6竖直埋管地源热泵空调的设计
6.1确定设计参数与热泵机组
6.1.1计算建筑物空调夏季冷负荷及冬季热负荷。
6.1.2确定夏季冷水的供回水温度及地埋管进出水温度，进而确定机组中工质的夏季蒸发温度及冷凝温
度。
6.1.3计算冬季风机盘管的供水温度，取回水温度比供水温度低7～12℃。设定地埋管进水温度，根据测井测出的进出水温差推算出地埋管出水温度，进而确定热泵机组中工质冬季的蒸发温度和冷凝温度。
6.1.4由建筑物空调夏季冷负荷、机组蒸发温度和冷凝温度,以及冬季热负荷和冬季机组蒸发温度和冷凝
温度，就可以进行热泵机组的选型设计，或将参数提供给生产厂家，由厂家制造热泵机组。
6.1.5确定热泵机组型式（活塞机、螺杆机、蜗旋压缩机等），查出或计算出
该机组在夏季埋管水温最高时和冬季埋管水温最低时工况下的COP值。
6.2计算夏季总放热量和冬季总吸热量
6.2.1夏季竖直埋管换热器总放热量等于建筑总冷负荷加上埋管最高水温时机组消耗功率（机组消耗功率等于夏季冷负荷除以埋管最高水温时的COP值）。
6.2.2冬季竖直埋管换热器总吸热量等于建筑物总热负荷减去埋管最低水温
时机组所消耗的功率（机组消耗功率等于冬季热负荷除以埋管最低水温时COP值）。
6.3计算竖直埋管总长度
6.3.1夏季竖直埋管总长度计算
①夏季换热温差DTx8C
DTx=Tx-Td……………………⑶
式中：
Txü夏季竖直埋管内最高设计平均水温8C；
Tdü地温8C。
②夏季每米竖直埋管散热量qxW/m
qx=Kx·DTx……………………⑷
式中：
Kxü夏季综合传热系数W/m8C。
③夏季竖直埋管换热器埋管总长度Lxm
……………………⑸
式中：
Q夏—建筑物夏季总冷负荷W；
A—安全系数，取1.1-1.2。
6.3.2冬季竖直埋管总长度计算
①冬季换热温差DTD8C
DTD=Td-TD……………………⑹
式中:
TDü冬季竖直埋管内最低设计平均水温8C。
②冬季每米竖直埋管散热量qDW/m
qD=KD·DTD……………………⑺
式中：
KDü冬季综合传热系数W/m8C。
③冬季竖直埋管换热器埋管总长度LDm
……………………⑻
式中：
Q冬—建筑物冬季总热负荷W；
A—安全系数取1.1-1.2。
6.3.3确定竖直埋管换热器埋管总长度
以上计算取LX、LD二者中较大数值为本工程埋管总长度Lm。
6.4计算竖直埋管数量并确定布置形式
6.4.1竖直埋管数量计算
……………………⑼
式中:
n—U型竖直埋管个数；
H—竖直埋管设计有效深度m；
L—埋管总长度m。
6.4.2竖直埋管布置形式
结合工程场地可一字型布置、L型布置或矩阵型布置均可，根据测试结果分析,U型竖直埋管间距以5—6m为宜。
6.5确定竖直埋管水流速度与水泵选型
6.5.1确定水流速
试验显示，竖直埋管中如提高水流速度则换热量可适当增加，但增加量不与流速提高量成比例。竖直埋管中水流应为紊流状态，流速太快会增加循环水泵能量消耗，流速取1m/s左右为宜。
6.5.2确定水泵型号
流速确定后计算循环水流量及压力损失即可选择循环水泵的型号。
7结论
7.1地源热泵空调是节能、环保、对地下水无污染，并不影响地面沉降的好形式。特别是竖直埋管地源热泵更具有诸多优点，应予推广。
7.2采用土壤钻孔的综合传热系数法，可简化地源热泵的传热计算。
7.3竖直埋管地源热泵空调的设计步骤，为设计人员提供了一种设计方法，有利于提高设计速度，并减少设计失误。
参考文献
1、曾淼等，地源热泵地下U型管换热器实验研究，全国暖通空调制冷1998年学术年会《论文集》，P371；
从披露的数据看，基金在三季度较多转向防御性板块，但对于四季度行情，大多乐观，金融、地产、能源、消费等行业尤其被看好。
转向防御策略
三季度A股市场冲高回落，沪深300指数下跌 5.11％。不少绩优基金在大跌前提前转向防御。
前三季度表现最好的开放式基金新华优选成长在三季报中表示，“基于对市场短期估值过高的担心，随着7月份大盘指数快速上涨，本基金减持了部分涨幅较大的周期性股票，增持了商业、医药等防御性品种，并适当降低了仓位。但对市场8月份下跌之快仍然估计不足，在操作上调整力度不够”。
银华核心价值优选也表示，基于估值方面的考虑，7月底以来进行了减仓和结构性调整。9月份以来，随着市场估值水平再次回落到合理范围内，又将仓位提高至较高水平。出于对未来通胀的担忧，以及经济复苏后对资源需求增加的考虑，增持了资源股，主要是有色金属类股。
从重仓股看，银华系基金调仓真的很猛。如银华领先，前十大重仓股几乎均为汽车及其配件行业个股。其重仓股依次为：上海汽车、一汽轿车、江淮汽车、福田汽车、长安汽车、福耀玻璃、华域汽车、一汽富维、江铃汽车和一汽夏利。
投资风格较为“彪悍”的中邮基金在三季报中表示，旗下两只股票型基金――中邮核心优选和中邮核心成长在三季度大幅震荡的市场中进行了大手笔调仓。这两只基金三季度均小幅减仓，但绝对仓位依然保持高位。其中，中邮核心优选的仓位从二季度的 93.44％下降到三季度的92.06％；中邮核心成长的仓位则下降了5.31个百分点，三季度的仓位为84.01％。
调仓主要表现在结构性调整上，两只基金重点减持了金融、 地产和钢铁等周期性行业股。中邮核心优选在提高持股集中度的同时，重点买入哈药股份。基金经理王海涛对自己三季度的操作总结是：“我们重点调整了持仓结构，整体仓位有所下降；重点增持商业、医药、汽车、家电等行业，减持了金融、地产、钢铁等行业”。
据统计，三季度王海涛买入2067.9万股哈药股份，持有该股的总股数增至5896万股，持股市值占基金净值比为6.83％，哈药股份因此成为中邮核心优选的第一大重仓股。此外，王海涛还增持了豫园商城1365万股、交通银行1248.6万股。同时大手卖出中国铁建、东方明珠和中山公用等，这些个股都从该基金的前十大重仓股名单中消失。
中邮核心成长则在三季度大举卖出中信证券2465.8万股，使得该股从该基金中报时的第一大重仓股，跌落至第五大重仓股。该基金还增持了哈药股份2608万股、交通银行2999万股、海通证券2552万股，以及豫园商城1403万股，手笔颇大。
华夏的明星基金也受到极高关注。王亚伟、孙建冬管理的基金三季报显示，华夏大盘、华夏策略和华夏红利的三季度股票仓位分别为89.28％、68.64％、76.73％，中报时两基金的股票仓位分别为85.41％、75.3％和89.34％，有升有降，但均保持在中等水平。
股票配置方面，孙建冬的前十大重仓股为南京银行、北京银行、大秦铁路等金融、交通运输股。宣称“不要去红海，要去蓝海”的王亚伟三季度则重点配置了建设银行、中国联通等大盘股，以及防御性较强的医药股。
四季度渐乐观
对于四季度的市场行情，基金报告总体比较乐观。
“四季度是承接今明两年行情转换的重要蓄势期。今年四季度和明年一季度，上市公司业绩增速有望大幅提高，市场有望重拾上升动力”。信诚基金在三季报中这样说。持类似观点的基金不在少数。
全球主要央行削减注入银行体系的资金，以及以色列、澳大利亚加息，表明宽松货币政策退出的大幕已经拉开。市场普遍认为，目前政策刺激力度逐步减弱，经济自身动力在逐步增强，流动性洪峰过后，市场估值变化将趋于平稳。
信诚基金认为，宽松政策短期难以退出，流动性在整体上仍将保持充裕。对经济增长的过分担忧则更加不必要。短期经济走势仍然较为确定，中期经济也存在较多的积极因素，“支持这一判断的原因在于对出口的信心。我们认为，在2010年，出口仍将是决定中国经济增长的核心因素。它不仅决定了政策退出的节奏，也影响着房地产和工业投资的增长，对消费也具有十分重要的作用。从出口的前景来看，我们认为2010年的经济仍将保持可观的增长，二次探底的风险较小。考虑到中国经济的高增长背景，以及A股公司相对成熟市场更高的业绩增长潜力，A股市场估值仍具吸引力”。
华夏基金新闻发言人周林林在三季报后表示，对于四季度及明年市场情况，华夏基金认为，经过三季度的震荡，股市整体风险在一定程度上有所释放。从宏观经济来看，中国经济GDP“保八”的增长目标有望实现。尽管欧美国家持续复苏的动力尚不明确，但已经逐步走出低谷并渐渐企稳。从企业来看，部分受益投资增长且产能受限的企业存在超预期盈利的可能，其它行业的企业盈利预期也有所好转。市场方面，创业板推出的初期对市场信心有一定程度的提振作用。这些有利因素为股市进一步回暖提供了较为坚实的基础。不过，宏观经济政策向“相机抉择”的微调、新股IPO、企业再融资、大小非解禁等，使股市仍存在短期震荡的可能。
周林林表示，华夏基金旗下基金目前对市场依旧保持着谨慎乐观的态度，正积极着手布局2010年，力争在经济复苏、经济结构调整及区域经济发展中，发掘那些成长性好、价值相对合理的企业。
前三个月表现较为突出的华商盛世成长在三季报中表示，宏观经济整体转好趋势越来越明朗，未来几个月的宏观数据可能将持续走好。虽然有货款规模紧缩的担忧，但流动性依然充足，尤其是2010年一季度贷款的再度放量，将给市场再次注入活力。
易方达价值成长也在三季报中表示，虽然面临超常规宽松政策和刺激计划的逐步终结，但政策应对失当从而导致经济再次探底的可能性不大。
热点方向明朗
尽管基金三季度在银行、地产等周期性行业上遭遇“滑铁卢”，但从三季报中基金对四季度的展望来看，银行、地产、能源等周期性行业仍被不少绩优基金所看好。
新华优选成长基金的四季度投资策略将从防御转向进攻，重点看好银行、保险、地产和煤炭等行业。
银华核心价值优选四季度依然将“汽车+消费+低碳经济”作为投资的主要线索，并相对看好资源股。
中邮核心优选也指出，与经济复苏相关的周期性行业在四季度仍可关注，如金融、地产、钢铁、化工和机械等。
【关键词】负荷特性；空调负荷
1.引言
随着沿海大开发已上升为国家战略，盐城经济及电网的发展已驶入快速通道，05至09年盐城电网各项供电量指标均增长一倍，年平均增长率达到18%，09年盐城电网最高负荷已达到225万千瓦。因此准确的电力负荷分析及预测对提高电网安全运行、提高电力企业经济效益和社会效益，保证社会的正常生产和生活有着重要意义。
2.负荷构成分析
盐城是传统农业大市，又是新兴工业城市。目前盐城生态化工、汽车、钢铁能源等工业发展势头较为迅猛，城市建设速度正在加快，人口较多，因此工业与居民生活用电所占比例较大，其中工业用电量比例已占全市用电量70%以上。
2.1 工业负荷
盐城地区的工业负荷所占比例比较大。其联鑫钢铁、大和化工、双多化工、磊达水泥等重工业负荷较大。小型用户多达几百家且比较分散，大多为地方小轧钢厂、小水泥厂、小化肥厂等。这部分负荷用电情况不稳定，负荷大小受国家和地方政策、市场经济的影响比较严重，有些小企业还受天气的影响。
2.2 居民用电负荷
盐城地区的城乡居民用电负荷约为全市负荷的17%左右。这部分负荷不太稳定，受天气和经济的影响比较大，尤其是天气。在炎热的夏季和寒冷的冬季这部分负荷波动较大，增长较快。
2.3 商业负荷
盐城地区商业负荷约为全市负荷的8%左右，且随着盐城城市化进程加快，正逐渐呈不断上升阶段。
2.4 农业负荷
盐城地区的农业负荷约为全市负荷的2%左右。这部分负荷具有季节性，一般在每年的4、5月份农业负荷开始增加，到9、10月份开始减少。而且这部分负荷受天气的影响非常严重，如果持续高温无雨，农业负荷会大增。
3.四季日负荷特性分析
盐城日负荷一般有三个明显的高峰期，分别为清晨6—7点左右，在此时段，由于峰谷电价差异，夜间钢铁厂、水泥厂等高耗能负荷出力加满、以及清晨居民用电负荷高峰的开始，形成了日负荷曲线的第一个高峰期。高峰后受峰谷电价调节影响，部分高耗能负荷开始停产，出线一个谷峰。第二个高峰期一般出现在上午10：30—11：00之间，在此期间各工厂、单位用电负荷集中，达到白天的一个最高点。度过上午高峰后，负荷将逐步下降，由于受中午午休等因素影响，在中午12：30时左右将达到一个低谷。中午过后负荷逐渐回升，趋于平缓；第三个负荷出现在晚上17：00—21：00之间，此期间夜间高耗能企业负荷开始启动以及晚上居民用电高峰的影响，达到了一天之中第三个负荷高峰。具体到四季典型日负荷曲线可以发现：1）春秋两季早峰高于晚峰，冬夏两季晚峰高于早峰。夏季由于日照时间延长，晚高峰时间后移。2）夏季曲线与其他三季相比在下午15—16点时分多增加一个尖峰段，可以看出，空调负荷是影响夏季负荷曲线特性的重要因素。盐城地区负荷在周一至周日期间呈现有规律的波动，波动程度跟当周气温、天气有很大关系。由于大部分企业周六依然生产，因此周六负荷同比周五下降幅度有限。进入周日，因企业开始放假，负荷下降较为明显。
4.负荷特性与温度关系
4.1 春季、秋季气温与负荷的关系分析
09年春、秋两季盐城地区天气温度波动较小，维持在9—25℃之间，平均气温在14—16℃左右。根据对09年春、秋两季负荷历史数据、温度数据进行分析可以得出：
1）从表一可以看出春秋两季在温度基本相同的情况下，同年秋季平均负荷略高于春季负荷，主要原因是由于负荷的自然增长。负荷与温度之间敏感系数较低。
2）选取09年春、秋季气温相差较大的两天负荷数据进行对比分析发现（如表二），虽然温度差异明显，但最高负荷之间仅相差1—2万kW。
因此在春秋两季由于气温适宜，温度变化一般在9—25之间，温度的变化与负荷变化之间敏感系数较低，日负荷取决于工业生产负荷，商业用电以及居民日常基本生活用电（如炊事、电事、热水器等）。
4.2 夏季气温与负荷的关系分析
盐城电网网供、地区最大负荷一般均出现在夏季，主要原因是空调负荷所占的比重相对较大。09夏季盐城地区平均温度在26—28℃之间，最高温度36℃以上。选取09年夏季历史负荷数据及历史气象数据进行分析：
1）表三选取了09年夏季最高负荷期间的数据断面，从表中可以看出当气温经过持续高温后，盐城电网负荷从11日电网最高负荷170万KW迅速增至17日最高负荷225万KW，新增的55万kW基本为空调负荷，并且这部分新增空调负荷在持续30℃以上后迅速释放，当达到在35℃以上时，空调负荷基本全部开足，盐城电网负荷曲线达到09年最大值。
2）09年夏季气温与负荷的关系明显，盐城夏季期间平均温度26—28℃，最高温度达到36℃以上。由于气温的攀升导致空调负荷上升迅速释放，从30℃开始，空调负荷渐升，每升一度，全市负荷增速分别为7.14%、10.5%、10.52%，气温与负荷之间敏感度相当明显。当气温突破35℃以上，全市负荷将达到峰值，如表四。
4.3 冬季气温与负荷的关系分析
08年冬季盐城地区平均温度为2—5℃之间，最低温度达到零下6℃以下，平均温度为2—5℃之间。当温度持续下降到极值零下5—6℃时，盐城冬季电网日负荷达到峰值。通过表五可以看出2℃以上时盐城电网负荷较为稳定，空调负荷极少释放。当温度每降1℃，电网负荷的增速分别为4%、3%、3.1%，2.4%。与夏季相比，温度对负荷的敏感度略低，如表五。
5.空调负荷的计算
近10年来居民空调类电器的拥有率及使用率逐年上升，夏季空调降温负荷在总用电负荷中所占的比重越来越大，并成为夏季用高峰负荷产生的主要因素之一。这对城市供电网的供电能力和经济性以及供电公司的调度运行水平都产生了很大的影响。目前空调负荷的预测除了营销部门的排查统计外，包括最大负荷比较法、回归分析法、神经网络法以及其他数据分析方法，它们都是建立在大量的负荷数据和气象数据的基础上。这里我们主要通过最大负荷比较法进行分析。
最大负荷比较法：
（1）比较的月份。由于春秋季气温、适度比较适宜，居民几乎不使用空调，负荷比较平稳，因此我们选取4、5月周一至周五相关时间的平均值为基准值。7、8两月一般为全年负荷最高月，居民普遍开启空调，空调负荷基本得到充分释放，因此选取7、8月负荷数据与基准值进行比较。
（2）比较的时段。由于电网负荷受多种因素影响，最大负荷的出现有一定的偶然性。为了尽可能排除干扰因素需要对上述直接用最大负荷进行比较的方法进行修正。
（3）区分工作日与非工作日。虽然居民、商场等用户的空调负荷在周休日、节假日较高。但由于办公、工厂等的空调负荷所占比重较大。因此数据选取重点又限定于工作日的空调负荷。
通过比对春、夏季典型曲线由于盐城电网春季日负荷最大值多出现在6—8时之间，对于计算空调负荷参考意义不大。我们用10：30左右、15：30左右、晚21：30左右等三个典型点的负荷数据作为参考值。
从表六、表七可以看出，夏季空调负荷随气温、天气情况变动较大，考虑4月—7月间负荷自然增长因素，09年夏季高温期间空调负荷在30～75万千瓦左右之间。在温度上升期最大负荷对最高温度的敏感性较高，30～35℃时达到10万千瓦/℃左右，且波动较大，35℃时空调负荷可达70万千瓦以上。在持续高温后，温度敏感度依然较高，显示空调负荷一旦开启后，气温下降后空调负荷迅速下降，显示了居民较好的节能环保意识。
随着经济的发展，人民生活水平的提高，空调负荷占的数量也逐年升高，按照负荷的增长速度，预计2010年夏季最高空调负荷将达到80万千瓦，根据10年最高负荷（8月13日）263.4万千瓦数据分析，空调负荷与预测的基本一致，如表八。
6.总结
（1）盐城市的电力供应与气象条件有着较为显著的关系，电力负荷水平体现出明显的季节性，暖季气温与电力负荷的变动方向保持一致，气温的升高会带来电力需求的增长，冷季气温的升高会带来电力负荷的相应下降。
（2）通过分季节分析，可以看出夏季负荷对气温的变化更为敏感，冬季供暖除了电力以外还有其它方式，如燃煤或管道供暖，而夏季则主要用电力制冷，这应该是冬夏季温度负荷特性不同的原因，对此，我们应当尤其重视气温变化对电力夏季负荷带来的影响，提前做好预测和准备。
（3）夏季电力最大负荷与日平均气温具有很好的相关性，6—9月负荷对气温的变化特性是全年最大的，其中又以7、8月份的敏感性最强。这种现象与实际的电力负荷变动情况也一致，对这些有限数据的分析表明，盐城夏季负荷温度特性当气温在30度以上时，温度每上升1度，负荷上升8%左右的负荷，但是具体数值还需要更多数据来验证。这些都证明了夏季的制冷需求和天气变化是造成盐城电力负荷波动较大的重要因素。
（4）空调负荷随气温的变化对电网运行会产生许多不良的影响，严重威胁电网设备的安全运行、严重影响电网的运行经济性、使设备利用率降低下。虽然近几年居民节能用电意识的增强以及分时电价的推广，有所缓解了夏冬季高峰期间电网运行难度。但随着经济的发展和人民生活水平的提高，空调负荷在夏季高峰负荷中的比重将在未来几年内持续上升。因此，迫切需要采取行政、经济、技术等方面的措施，对空调负荷进行有效管理并抑制其增长，以求缓解夏季用电高峰期间的电力供需矛盾。
参考文献
[1]宋宏坤，唐国庆等.江苏省夏季空调负荷分析及需求侧管理措施的削峰效果测算[J].电网技术，2005，30（17）：88—91.
关键词：江浙沪地区；降水量；时空分布；EOF分解；Morlet小波分析
中图分类号：P426.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）14-3581-06
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.14.012
Abstract： Basing on the daily precipitation data of 30 meteorological stations from 1961 to 2010 of Jiangsu-Zhejiang-Shanghai area， the temporal and spatial distribution of summer rainfall in Jiangsu-Zhejiang-Shanghai area was analyzed by the linear regression analysis， Mann-Kendall（M-K） trends and mutation analysis， Morlet wavelet analysis， GIS technology and EOF analysis. The results showed that， in 50 years， summer precipitation in Jiangsu-Zhejiang-Shanghai area presented an overall trend. Furthermore， the growth of precipitation in August was faster than in July， the growth of precipitation in July was faster than in June. Using spatial decomposition of summer rainfall anomaly by EOF， it was shown that precipitation anomaly presented a consistent increase general trend in Jiangsu-Zhejiang area. The precipitation anomaly field in Jiangsu province presented the distribution of northwest to the southeast. The precipitation anomaly field in Zhejiang province presented the distribution of northeast to the southwest. Annual precipitation and monthly precipitation in Jiangsu-Zhejiang-Shanghai area had an oscillation period of about 3 years. Besides， these regions existed the oscillation period from 3 years to 8 years independently. However， the period more than 16 years was indistinctive.
Key words：Jiangsu-Zhejiang-Shanghai area； precipitation； temporal and spatial distribution； EOF； Morlet wavelet
在全球变暖的大背景下，气候变化对人类的影响受到了广泛的关注。降水是衡量气候变化的重要因素之一，是农作物生长和发育必不可少的客观条件，其变化对于人类的生产、生活有着重要的影响。
20世纪中叶以来，国内外学者对降水的时空变化规律有许多方面的研究，研究内容主要集中在降水的多时间尺度分析[1-3]、利用EOF分解对降水空间分布规律的研究[4-6]、基于GIS技术的降水空间分布研究[7，8]、小波变换[9-11]、趋势及突变检验[12，13]等方面。Fowler等[14]运用小波变换的方法研究在全球变暖的条件下强降水的时间周期规律；Basistha等[15]运用多尺度时间分析法分析了印度喜马拉雅地区降水时空分布规律；Becker等[16]运用Mann-Kendall趋势检验和地理空间分析方法分析了长江流域过去50年的降雨趋势；Chu等[17]运用GIS空间分析技术和小波时间周期分析技术分析了海河盆地的降水时空分布规律；姚淑霞等[18]分析了科尔沁沙地奈曼旗地区1970- 2010年降水的多时间尺度；许月卿等[19]基于小波理论分析了河北平原降水的变化规律；吴昊F等[20]利用1971- 2009年的降水资料分析了浙江省降水的时空分布规律；陆忠艳等[21]基于GIS技术分析了辽宁省气温和降水的空间分布。
江浙沪地区位于亚洲大陆东岸的中纬度地带，属于中国长江下游的长三角地区，处在亚热带和暖温带的气候过渡地带，是典型的亚热带季风气候控制区。在太阳辐射、大气环流以及长三角地区特定的地理位置、地貌特征共同影响下，江浙沪地区基本的气候特点是四季分明、气候温和、季风显著、冬冷夏热、雨量充沛、降水集中、梅雨季显著。30个站点的气象统计分析资料表明，江浙沪地区降水多集中在夏秋季，以夏季最为集中。江浙沪地区50年来夏季年平均降水量为495.15 mm，占全年总降水量的40%以上，暴雨、台风等强对流天气以及洪涝等地质灾害在夏季也比较频繁地发生。目前，降水时空分布规律的研究主要集中于单一省份和大城市，而对于大范围地区如长三角、珠三角等地区研究较少。由于降水与农作物产量密切相关，通过对降水分布和变化的研究，可进一步了解农作物的产量变化特征，以及江浙沪地区整体气候变化的趋势，其结果可为江浙沪地区的农业发展、城市发展和规划提供参考。
1 数据和研究方法
1.1 数据来源
本研究以江浙沪地区30个站点1961- 2010年逐日降水资料为基础，资料的时间序列长度为50年，通过进一步站点的筛选，选取资料完整、地形地貌特征具有较好代表性的27个台站为代表站，并以其为基础展开研究。图1为江浙沪地区台站分布图，其中江苏省台站12个，浙江省台站14个，上海市台站1个。
1.2 研究方法
应用线性倾向估计法进行估计计算、M-K（Mann-Kendall）突变及趋势检验，详见文献[22]和文献[23]。估计计算江浙沪地区夏季降水量的年际变化规律及其显著性。Morlet小波[22，23]用于寻找江浙沪地区降水的周期性变化规律。
GIS技术和EOF空间分析[23]，是近年来研究气象要素时空分布规律常用的方法，GIS技术依托ArcGIS软件对各要素值进行插值，从而直观地得到要素值在指定区域的分布情况。EOF（Empirical Orthogonal Function）分解是20世纪80年代后期发展起来的空间分析方法，通过把气象要素分解为时间和空间场量，从而分析各模态的要素值，能够使空间要素的特征更直观地得以呈现。近几年EOF技术迅猛发展，在大气科学学科被广泛应用于强迫气候信号的检测和估计、气候数值模拟模型的构建、气候时间信号的检测和估计等方面。
2 结果与分析
2.1 夏季降水量的多时间尺度趋势分析
2.1.1 夏季降水量年变化趋势分析 由图2a可见，50年来，江浙沪地区夏季降水量总体呈现上升趋势，一元线性拟合的结果为y=2.68 x+430.797，从中可知50年来降水的年倾向率为2.680 mm。由图2b可见，UFk线大部分大于0，说明江浙沪地区1961年以来降水量呈整体上升趋势。而在1987年以后UFk超出了0.05的置信度基准线，说明上升的趋势进一步显著。UFk与UBk在1980- 1985年之间有突变交点，之后江浙沪地区降水量急剧上升，分析其成因主要是因为1980年来，随着人类活动的日益频繁，中国经济的迅猛发展，特别是长三角地区工业、农业等领域的突飞猛进，导致气候变暖趋势加剧，从而导致降水量的增加。
由图3可见，50年来，江浙沪夏季降水呈现出比较明显的年代际变化特征。1961-1974年，除1962、1965年降水量高于50年平均降水量外，其余年份降水量均低于50年平均降水量，为少雨期；1975-1988年，多雨期和少雨期交替出现，交替周期为1～3年；1989-2002年，降水量表现为一致的大于平均水平，在这个时间周期中，江浙沪地区进入丰雨期；2003-2010年，多雨期和少雨期再次交替出现，但是周期相对稳定且较短，以2年左右的循环周期为主。
7年滑动平均在这里起到低通滤波的作用，可以比较有效地滤掉降水的年际振荡，从而更为直观容易地观察到降水的年代际变化规律，图3中曲线的变化趋势表明，20世纪60年代至80年代中期降水量整体偏少，1970、1976、1979年分别达到少雨量的3个峰值，其中以1970年的降水量减少最为显著；20世纪60年代至70年代的降水明显少于20世纪70年代至80年代的降水，但是总体都是偏少趋势。20世纪90年代至21世纪初，降水量表现为显著上升趋势，1998年前后到达峰值。2002年后，降水量表现为减少的趋势，2004年前后达到一个减小的峰值。
以降水距平百分率≥25.00%为涝，降水距平百分率≤-25.00%为干旱[24]来研究江浙沪地区整体的旱涝时间分布。干旱的年份为1961、1964、1966、1967、1971、1978、2004年，其中干旱严重的是1967和1978年，降水的距平百分率分别为-49.00%和 -41.11%。洪涝的年份相对较少，只有1993、1997、2001年3个年份达到洪涝指标，降水距平百分率分别为29.11%、25.14%、29.38%。
2.1.2 夏季降水量月变化趋势分析 由图4a可见，50年来，江浙沪地区6月降水量总体呈现上升趋势，一元线性拟合的结果为y=0.54 x+171.93，从中可知50年来降水的年倾向率为0.540 mm。由图4b可见，UFk线大部分大于0，说明江浙沪地区1961年以来6月降水量呈整体上升趋势。而在1989年以后UFk超出了0.05置信度区间，说明上升的趋势显著。UFk与UBk在1981年有突变交点，在这突变点之后的年份江浙沪地区6月降水量急剧上升。从图4c、图4e可以看出7、8月江浙沪50年降水均呈上升趋势，一元线性拟合的结果分别为y=0.79 x+141.54和y=1.44 x+115.99，降水的年倾向率分别为0.790和1.440 mm。M-K检验结果由图4d、图4f给出，江浙沪7月和8月的降水均呈现出整体上升趋势。7月降水在1983年前后有一个突变点，之后7月降水量急剧上升，并在1986年前后超越了0.05的置信区间，呈显著上升趋势。相比之下，江浙沪地区8月降水量的突变点出现在1985年前后，而直到2000年前后，降水的变化才超过了0.05置信区间，呈显著上升趋势。
由图4a、图4c、图4e对比江浙沪地区6月、7月、8月降水的年际变化趋势，降水的倾向率分布呈8月>7月>6月，这表明8月对于夏季降水量整体的增加贡献最大，同时也表明8月降水总量在整个夏季降水中的比重将有所增加。对照天气形势分析其原因，可能是由于副热带高压南北移动周期增长，8月份副热带高压向南移，江浙沪地区再次进入雨期，由于天气形势稳定，导致雨期增长，从而导致降水量的增加。
由表1可见，夏季降水量均呈增加趋势，以降水增减量、降水增减幅度来研究6、7、8月降水的增加大小和幅度，其中降水增减量=降水线性倾向率×年份，降水增减幅度=降水增减量/年平均降水量×100%。从分析结果看出，8月降水增加最为显著，为72.0 mm；6月降水量增加最为缓慢，为27.0 mm。8月的降水增加幅度达到48.1%，超过了另外两个月的总和。从季节来看，夏季（6、7、8月）整体表现为增加的趋势，降水增量为134.0 mm，降水增幅为27.1%。
2.2 夏季降水量的空间分布
EOF分解后的特征量虽然不能够代表降水量的大小，但是可以反映出降水的变化特征和空间分布情况，在将降水量矩阵化的过程中，由于距平场有较高的稳定性，所以将降水数据做距平处理。由于选取江浙地区26个站点作为研究对象，所以EOF分解的结果将以26个模态的形式出现，26个模态对结果的贡献率也不尽相同，从中选取贡献率高的一个或几个模态来研究江浙沪地区降水的空间分布规律是可行的。
由表2可见，EOF分解的26个模态中，前4个模态对样本的贡献率分别为30.58%、25.22%、10.94%、5.81%，累计贡献率为72.55%，其余22个特征向量的贡献率仅占到27.45%。又由于第一、第二向量已经占到总方差的55.80%，既能够较好地表征江浙沪地区降水量场的变化特征，又具有较强的物理表征意义，因此，对第一和第二向量进行分析对该区域降水量具有良好的代表性。
图6为江浙沪夏季降水量的第一特征向量（a）和第二特征向量（b）的空间分布图。第一特征向量表征一个大尺度特征场，是降水分布的一个平均场。从图6a中可以看出，夏季降水量距平除了在江苏西南部和浙江东南部个别地区有微弱的减少趋势外，在江浙大部分地区均呈现出一致的增加趋势，反映出江浙地区降水量年变化要么呈现一致的上升，要么呈现一致的下降趋势，这与先前的时间分析结果基本一致。其最高值中心出现在江苏西北部、江南部、浙江东北部地区，反映出上述地区降水变化量大。
第二特征向量场（图6b）的空间分布表明江浙地区夏季降水的另外一个空间分布特征。江苏地区降水距平量呈现出西北地区增加、东南地区减少的分布特征，等值线呈现出“东北-西南”向分布，其中，西北地区等值线最大值为0.4，东南地区等值线最小值为-0.3。以徐州为中心的苏北地区为高值区，以南京为中心的苏中地区为另一个高值中心区，降水量的增加最为显著；而常州、南通一带为低值中心区，降水量距平呈减少的趋势。浙江地区降水距平量呈现出西南、东部微弱减少，中部微弱增加的自西向东“- + -”的格局，以丽水为中心的地区是强低值区，以金华为中心的浙江中部地区为等值线的一个微弱高值区，该区域占到浙江省总面积的1/2以上，浙江省东部极小的区域等值线的分布为负。
2.3 夏季降水量变化多尺度小波分析
图7为江浙沪地区50年降水量的年变化和月（6、7、8月）变化的Morlet小波功率谱、时间功率谱、2～8年尺度平均时间序列图，分别以图a、图b、图c表示，图a中虚线部分包围区域表示通过0.05显著水平的白噪声检验区域，对比年变化和夏季各月变化可以看出，均存在一个2～8年左右的年际振荡周期。
由图Ⅰa和图Ⅰb可以看出，江浙沪地区年降水量存在准2、3年的振荡周期，周期强度随着时间发生变化（图Ⅰa、图Ⅰc），准2年周期出现在1960年代初和1970～1990年之间，1965～1970年之间为准3年的周期。与此同时，小波功率谱还分析出一个周期为16年左右的周期，但是没有通过显著性检验。
由图Ⅱa和图Ⅱb可以看出，江浙沪地区6月降水量存在3～10年左右的周期，且随时间发生一定变化（图Ⅱa、图Ⅱc）。1970年以前，6月降水量无明显的周期变化；1971～ 1983年之间为准4年的周期；1984～ 1993年是一个准2年的周期；1994-2010年分别有2个周期，分别是一个准3年的周期和一个准7年的周期，同时小波功率谱还检测到一个16～32年左右的周期。
由图Ⅲa和图Ⅲb可以看出，江浙沪地区7月降水量存在3～8年左右的周期，且随时间发生一定变化（图Ⅲa、图Ⅲc）。1960～1972年，江浙沪7月降水量呈现出一个准4年周期；1973～2000年，7月降水量呈现出2个周期的分布，分别为一个准3年的周期和一个准6年的周期，但是通过Ⅲ（b）时间功率谱可知，6年的时间周期信号更为强烈。
由图Ⅳa和图Ⅳb可以看出，江浙沪地区7月降水量存在一个稳定的3年左右的周期，且随时间的变化长期稳定存在（图Ⅳa、图Ⅳc）。
3 小结与讨论
1）江浙沪地区50年来，夏季降水量呈现出一个总体上升的趋势，上升的幅度约为每10年增加26.8 mm。逐月分析发现，夏季降水量呈现一致的增加趋势，其中8月增幅最大，6月增幅最小。由降水距平百分率可以衡量江浙沪地区的旱涝程度，发现江浙沪地区干旱的年份多于洪涝的年份，且干旱的程度较洪涝程度而言显得更严重。
2）对江浙两省夏季降水量距平进行EOF分解，除浙江省和江苏省部分地区有微弱的负值外，江浙地区降水量距平总体呈现出一致的增加趋势。江苏省的降水距平场呈“西北-东南”向分布，浙江省的降水距平场呈“东北-西南”向分布。
3）对江浙沪地区年降水量和夏季各月降水量进行Morlet小波分析，结果表明年降水和各月降水量变化存在着不同时间周期的振荡。其中年降水量和各月降水量均有3年左右的振荡周期，此外还各自存在3～8年不等的振荡周期，以8月降水量变化的周期最为单一稳定。部分月份检测出16、32年及以上的年代际周期振荡。
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关键词：矿井井筒；温度调节； 数值模拟
中图分类号： TD163 文献标识码： A
0.引言
矿井井筒是地面和井下联系的重要通道，冬季气温低于一定温度时，为了设备和人员安全起见井筒必须进行防冻设计，因此井筒防冻设计有着重要而特殊的意义。再者，浅层矿井夏季易出现轻度热害，为了矿井合适的工作温度，需要进行矿井降温，因此矿井降温技术措施中井筒冷却的方法也具有非常重要的意义[1-5]。目前，人们对井筒防冻已经进行过相应的研究，不过研究一般只针对矿井井筒能否达到规范要求的设计温度，并没有考虑整个井筒内温度场和速度场的耦合变化情况。同时也没有把井口房采暖和井筒防冻这两者综合研究。综合考虑冬季的副井井口房的采暖与副井的井筒防冻和夏季的井筒冷却的设计方案暂时还没有，所以本文本着减少设备初投资、减少设备运行费用和提高矿井工作环境的原则，针对井口房冬季和夏季工况运用进行数值模拟，希望能探寻出一种最优化的综合设计方案，既能满足冬季井筒防冻又能满足夏季井筒冷却。
1.耦合传热模型
目前，对于大多数实际工程中的耦合问题都无法获得解析解，一般采用数值求解的方法。对于复杂的耦合换热问题通常会采用整场数值求解的办法。本文所研究的井筒内传热问题就属于此类流固耦合传热问题。下面就利用整场求解的办法来解决井筒处的耦合换热问题。
1.1物理模型
图1井筒三维计算模型示意图
对于副井井口房,由三个矩形组成。其中每个矩形的长宽分别为5×12m、20×8m和9×6m。井筒地面以上部分高度为8m,地面以下为7m,井筒直径为6m。井口内5×12m和9×6m处两房层高为4m, 20×8m处层高为5m。井筒耦合传热计算模型的三维示意图如图1所示。
1.2数学模型
1.2.1耦合传热问题的控制方程
建立整个计算区域的传热与流动问题的统一控制方程：
（1）
式中：φ为广义变量，可以代表u、v、w、T等变量；Γ为表示相应于φ的广义扩散系数；S为表示与φ对应的广义源项。对于动量方程，我们把压力梯度放到源项中。U为表示微元体速度矢量；为表示密度；为表示时间。
方程中，左端第一项为扩散项，第二项为对流项；方程右端第一项为扩散项，第二项为源项。由于只分析温度达到稳定以后的状况，所以简化为稳态问题，略去非稳态项，上述控制方程可化为：
（2）
1.2.2耦合传热模型的处理
井筒内的实际温度场比较复杂，它与空气及井筒材料的导热系数、矿井深度、空气流速、井道尺寸等因素有关[2]。本文主要目的是研究井筒及其周围空气的温度场分布情况。为进一步方便求解，忽略影响较小的次要因素，做以下假设：
1)假定空气和组成井筒的钢筋混凝土为均质、各向同性的固体，各热物性参数均为常数；
2)忽略空气中因水分迁移而引起的热迁移；
3)假定地表的温度不随时间做周期性变化。
1.3计算模型边界条件的描述
土壤的热物性参数、普通砂质土壤地层的土壤的导热系数为1.0~2.4W/(m.K),对于井道周围的土壤，由于长期受到空气冲刷的影响，土壤中的水分蒸发，土壤的导热系数进一步减小。对于长期运行的矿井一般取1.2~1.7W/(m.K)是相对合理的。本次计算中取土壤的导热系数1.5 W/(m.K),密度为2000kg/m3,比热容为1.6 kJ/(kg.K)。
由于影响钢筋混凝土结构热传导问题的因素很多，混凝土组成材料的成分复杂且离散性大，热工参数很难准确地给定，钢筋在钢筋混凝土结构中所占体积很小且钢材的传热系数很大，在计算构件截面的温度场时可忽略钢筋，只考虑混凝土的导热系数对温度场的影响。根据文献中的混凝土导热系数计算公式[6-7]:
图2计算模型的网格划分情况
（3）
其中为混凝土的导热系数，为混凝土平均温度。假设=60℃，故钢筋混凝土的导热系数取为：1.883W/(m.K)。钢筋混凝土的物性参数：密度为2500kg/m3,比热容为840J/(kg.K)。
1.4井筒耦合传热模型的求解方法
采用数值算法，先用数值计算前处理软件对模型进行网格划分。模型的网格划分情况如图2所示。网格划分完毕后再采用整场求解方法，对井筒内的耦合传热过程，建立统一的数学模型，使用CFD软件进行数值求解[8]。经过反复迭代及模拟方法的改进，最终得出井筒处流固耦合传热过程的数值模拟，得到井筒内空气的温度场分布情况。
2.温度调节方案设计
通过对传统矿井井口房冬季工况及夏季工况的分析，本文提出了矿井井筒温度调节一体化解决方案，即利用水源热泵系统，通过一套空气处理设备实现夏季制冷和冬季的井筒保温，夏季把室外空气处理到20℃，设定适合的冷热空气配比，同时采用CFD模拟，优化矿井内气流组织形式，实现了矿井内夏季降温的目的；冬季，把室外空气处理到35℃，通过CFD模拟分析，设计了适当的供给热负荷并开启适当的风口，实现了井口温度大于2℃为设计目的，确保冬季井筒的保温与防冻。
2.1夏季工况模拟计算
夏季工况下方案设计参数：侧面设置20个送风口，风口尺寸为：3m×2m，风口距地面0.5米，风口间距1.1米。
侧面送风口全部开启，每个送风口风量为5万m3/h,速度为2.31m/s，送风温度为20℃，冷风总风量为100万m3/h；通过门洞进入的风量为20m3/h，风速为4.61 m/s，温度为34.8℃。通过数值模拟，方案夏季工况模拟结果如图3至图6所示。
图3夏季工况矿井三维温度场分布图 图4矿井纵截面温度场分布图
图5侧面送风口中心横截面温度场分布图 图6距地面0.25m处横截面温度场分布图
通过分析以上模拟结果，夏季工况下处理100万m3/h的风量与室外20万m3/h的空气相混合，得到混风温度为24℃，气流组织和空气温度满足夏季矿井降温要求。
2.2冬季工况模拟计算
冬季工况下方案设计参数：侧面送风口开启12个，一边六个，每个送风口风量为5万m3/h,速度为2.31m/s，送风温度为35℃，冷风总风量为60万m3/h；通过门洞进入的风量为60m3/h，风速为10.85m/s，温度为-12℃。通过数值模拟，方案冬季工况模拟结果如图7至图10所示。
图7冬季工况矿井三维温度场分布图 图8矿井纵截面温度场分布图
图9侧面送风口中心横截面温度场分布图 图10距地面0.25m处横截面温度场分布图
通过分析以上模拟结果，冬季工况下处理60m3/h的风量与室外60/h的空气相混合，开启靠近两个门的12个风口，得到混风温度为高于10℃，并且井口温度控制在2℃以上，确保了井筒的保温防冻要求。
3.结论
1）本文对冬季工况下的井筒防冻与井口房采暖和夏季工况下的井筒冷却进行理论分析。然后针对本工程项目副井井口房和井筒的实际情况进行合理的简化，建立了矿井井筒三维数值模拟模型，并用对模型进行网格划分，选择适当的数值计算模型和边界条件进行数值计算，对采用不同热（冷）风口布置方式的井口房和井筒的冬季与夏季的工况进行模拟，并对模拟结果进行综合分析比较，然后依据模拟分析结果优化井口房和井筒的加热和冷却系统。优化后的模拟结果表明夏季井筒冷却系统和冬季井筒防冻系统完全可以用一套系统实现而且冷却和防冻的效果明显得到改善。所以我们建议此类型工程可采用井筒冷却和井筒防冻系统的综合设计方案即矿井井筒温度调节一体化解决方案。
2）本文对冬季工况下井筒防冻和井口房采暖进行了比较全面的理论分析和数值模拟研究。同时也对夏季工况下井筒冷却进行了理论分析和数值模拟研究。通过这些分析研究，提出了一种满足全年工况下最优化的设计方案，具有设备初投资小、设备运行费用低和矿井工作环境品质高等特点。
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