Dr hab. inż. Krzysztof Wojdyga, prof. PW Politechnika Warszawska Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska

Transkrypt

1 Warszawa, r. Dr hab. inż. Krzysztof Wojdyga, prof. PW Politechnika Warszawska Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska RECENZJA rozprawy doktorskiej mgr inż. Agnieszki CHMIELEWSKIEJ pt. Modelowanie zapotrzebowania na energie użytkowa do przygotowania cieplej wody w budynkach wielorodzinnych Promotor: dr hab. inż. Jan Danilewicz prof. PWr, Promotor pomocniczy dr inż. Małgorzata Szlugowska-Zgrzywa Podstawa opracowania recenzji. Recenzję wykonano na podstawie decyzji Rady Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej z dnia 13 czerwca 2017r. Charakterystyka pracy Praca doktorska pt: Modelowanie zapotrzebowania na energie użytkowa do przygotowania cieplej wody w budynkach wielorodzinnych zawiera 159 stron. Praca składa się z 5 części, a łącznie z 9 rozdziałów oraz ze spisu literatury, spisu tabeli i spisu oznaczeń. Spis literatury zawiera 75 pozycji cytowanych oraz 11 pozycji związanych z normami, rozporządzeniami i dyrektywami. W spisie literatury zamieszczono pozycje w języku polskim, angielskim, niemieckim, włoskim, holenderskim i rosyjskim. Tematyka pracy doktorskiej dotyczący ciekawego zagadnienia jakim są badania modelowe dotyczące zapotrzebowania energii do produkcji ciepłej wody użytkowej. Efektywne wykorzystanie ciepła do celów ogrzewania budynków i przygotowania ciepłej wody powinno być wsparte zastosowaniem nowoczesnych instalacji poprawiających efektywność energetyczną. Tematyka związana z poprawą efektywności energetycznej w obiektach budowlanych jest obecnie jednym z istotnych elementów polityki energetycznej Polski. Zmniejszenie zużycia paliwa pierwotnego i związaną z tym redukcją emisji zanieczyszczeń do atmosfery ze źródeł spalania jest ważnym celem polityki Unii Europejskiej. Podjęte zobowiązania międzynarodowe obligują Polskę do działań zapewniających redukcje gazów cieplarnianych i racjonalizujących zużycie energii. Dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków a w szczególności 1

2 dyrektywa w sprawie efektywności końcowego wykorzystania energii i usług energetycznych jako jeden z celów postawiła sobie ograniczenie zużycia ciepła na potrzeby grzewcze i chłodnicze. Osiągnięcie znaczących oszczędności energii nie będzie możliwe bez zastosowania nowych rozwiązań konstrukcyjnych oraz zastosowania nowych materiałów. Jeżeli uwzględni się wymagania dyrektyw europejskich dotyczących efektywności energetycznej i związanych z tym energooszczędnych rozwiązań w nowoprojektowanych instalacjach to uzyskanie oszczędności w zużyciu energii na potrzeby grzewcze lub chłodnicze ciepła o kilka procent stanowić może wyzwanie dla badaczy. Z tego punktu widzenia praca doktorska spełnia kryterium nowatorskiego podejścia do tematu poprawy efektywności energetycznej dla budynków mieszkalnych. W pracy podjęto skuteczną próbę zbadania możliwości podwyższenia sprawności i efektywności energetycznej związanej z wykorzystaniem oryginalnych rozwiązań w budynkach mieszkalnych, które w przyszłości mogą zostać przypisane do budynków energooszczędnych lub prawie zero energetycznych. Ocena merytoryczna pracy Przedmiotem rozprawy było przeprowadzenie badań modelowych i eksperymentalnych dotyczących wykorzystania nowej metody obliczeń zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową. Główna teza rozprawy doktorskiej dotyczyła: Zastosowania nowej metody szacowania zapotrzebowania na energię użytkową do przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynkach wielorodzinnych w Polsce, która wykorzystywać będzie powszechnie dostępne dane wejściowe i zapewni większą dokładność obliczeń niż stosowane obecnie wytyczne. Na podstawie badań literaturowych Doktorantka sformułowana cztery wnioski, które dotyczą problematyki związanej z modelowaniem zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową Doktorantka zwróciła uwagę na to, że zapotrzebowanie na cwu. oraz jej temperatura są zmienne w czasie zarówno w okresie całego roku jak i w okresie doby. Dlatego tez należy zwrócić szczególną uwagę na tak zwane zachowanie odbiorców, które zależy od dni tygodnia, jak również zmienne jest w zależności od rodzaju święta. Ważnym czynnikiem jest również zmiana zapotrzebowania na energie w zależności od temperatury wody zimnej. W pierwszym rozdziale rozprawy doktorskiej pracy przedstawiono podstawowe informacje o 2

3 zapotrzebowaniu energii na potrzeby cwu i ich udział w bilansie energetycznym budynku. W rozdziale tym przedstawiono dane literaturowe dla krajów Unii Europejskiej z podziałem na kraje Europy Centralnej, Europy Północnej i Południowej. W rozdziale 2 również na podstawie badań literaturowych Doktorantka przedstawiła metody dotyczące zapotrzebowania na energie do przygotowania cwu. Powołuje się w nich na 10 rożnych metod obliczeniowych obowiązujących w kilku krajach europejskich, w tym rozwiązania polskie. W części 2 rozdziału 2 przedstawiona jest charakterystyka poboru ciepłej wody użytkowej w zależności od wielu różnych czynników takich jak dzień tygodnia, również dni wolne od pracy jak również nawyków higienicznych, norm kulturowych i np. programów w telewizji. W następnym podrozdziale na podstawie badań literaturowych (13-pozycji) Doktorantka podaje normy zużycia ciepłej wody na jednego mieszkańca. Ważny jest również współczynnik nierównomierności rozbioru cwu w zależności od liczby użytkowników w lokalu mieszkalnym ale również w skali całego budynku lub osiedla mieszkaniowego. W kolejnym podrozdziale przedstawione są profile zużycia cwu w różnych okresach. Cały rozdział 2 powstał na podstawie badań literaturowych, które Doktorantka przedstawiła bardzo szczegółowo jako wstęp do swojej rozprawy. W części III rozprawy Doktorantka przedstawiła wyniki pomiarów jakie przeprowadziła w budynkach wielorodzinnych we Wrocławiu i Zawidowie. Pomiary dotyczyły rejestracji zużycia cwu w kotłowni, w poszczególnych mieszkaniach (odczyty z wodomierzy). Przeprowadzono również ankiety wśród mieszkańców budynków wielorodzinnych. Badania przeprowadzono w 42 budynkach. Przeprowadzono również pomiary temperatury wody zimnej. Niezależnie od tego pomiary przeprowadzono w kotłowni opalanej gazem ziemnym zasilającej 3 budynki wielorodzinne. W rozdziale tym opisano urządzenia pomiarowe i podano ich dane techniczne, a w szczególności błędy pomiarowe w/w urządzeń. W rozdziale 4 przedstawiono niepewności pomiarowe dla pomiarów bezpośrednich i pośrednich. W części IV rozprawy przedstawiono kilka różnych modeli numerycznych badania zapotrzebowania na energię do przygotowania cwu. Modele numeryczne zostały przygotowane dla budynków wielorodzinnych z uwzględnieniem średniego dobowego, miesięcznego i rocznego zużycia ciepłej wody z uwzględnieniem wyposażenia mieszkań w urządzenia odbiorcze, jak również w zależności od rodzajów mieszkań: jednopokojowe, dwupokojowe, trzy i czteropokojowe. W modelowaniu uwzględniono wpływ struktury zabudowy jak również powierzchnię budynku na zużycie ciepłej wody. W rozprawie przeprowadzono szczegółowe analizy statystyczne, z wykorzystaniem pakietu firmy Statistica. Badania statystyczne wykonano z 3

4 wykorzystaniem metody regresji zmiennej. Na zakończenie tej części Doktorantka przedstawia wnioski cząstkowe dotyczące popełnianego względnego błędu oszacowania dobowego zużycia ciepłej wody. Jej wniosek dotyczy zastosowania metody opisanej w literaturze dla której błąd wynosi około 50 %, a w przypadku modelu zastosowanego przez Doktorantkę nie przekraczają 32 %, a dla dużych budynków wielorodzinnych błąd nie przekracza 10 %. I rzeczywiście opracowane przez Doktorantkę modele pozwalają na dokładniejsze prognozowanie dobowego zapotrzebowanie na ciepła wodę. W kolejnym podrozdziale zajmuje się budową modelu dotyczącego miesięcznego zapotrzebowania na ciepła wodę. W przeprowadzonych badaniach wykorzystano wyniki pomiarów z 848 dni z lat Można stwierdzić, że wykonane analizy oparte były na znaczącym materiale pomiarowym. Doktorantka przygotowała w czterech wariantach profile godzinowe zużycia cieplej wody użytkowej. Profile zużycia cieplej wody były badane prostym wariantem jednogodzinowym, dwoma profilami dotyczącymi dni roboczych i weekendów, opracowanie dotyczące poszczególnych dni tygodnia oraz prosty model z wykorzystaniem sieci neuronowych. Niezależnym rozdziałem zatytułowanym temperatura wody zimnej u odbiorców końcowych. Jak wiadomo temperatura wody zimnej ma znaczący wpływ na zużycie energii na przygotowanie ciepłej wody. Badania i pomiary temperatury wody zimnej dotyczyły wody z ujęcia podziemnego oraz u odbiorcy końcowego. Również w tym rozdziale Doktorantka przeprowadziła szczegółową analizę danych pomiarowych. Określiła ona ufność wyników pomiarowych na poziomie 95 %. W rozdziale 7 Doktorantka zajmuję się opracowaniem modeli zapotrzebowania na energię do przygotowania ciepłej wody. Opisuje 3 modele: roczny, miesięczny i dobowy. W kolejnym rozdziale 8 przeprowadzona została weryfikacja modeli opracowanych przez Doktorantkę dotyczących zapotrzebowania na energie do przygotowania ciepłej wody. Wykonano długotrwałe badania dotyczące zapotrzebowania energii do przygotowania ciepłej wody zarówno w okresie letnim jak i w okresie zimowym. W ostatnim rozdziale 9 rozprawy Doktorantka przedstawiła wiele wniosków z przeprowadzonej pracy. Niektóre z wniosków są oczywiste np: należy stosować współczynniki redukcyjne w okresie letnim i zwiększające w okresie zimowym, należy stosować współczynniki zwiększające w dni wolne od pracy, 4

5 wnioski dotyczące temperatury wody zimnej też są oczywiste,że średnioroczna temperatura jest stała, a w okresie doby prawie na stałym poziomie, Uwagi szczegółowe 1. Pewne zastrzeżenia budzi brak w tekście rozprawy doktorskiej informacji o dobowym zużyciu ciepłej wody przypadającej na jednego mieszkańca. 2. W kilku podrozdziałach Doktorantka zajmują się analizą dobowego zużycia cieplej wody w budynku wielorodzinnym. Dlatego też należało w sposób bardziej precyzyjny rozdzielić te badania i analizy. Może to powodować pewne zamieszanie w recenzowanej rozprawie. 3. Może należało uzupełnić rozdział poświęcony zimnej wodzie o informacje dotyczące wpływu jednostkowego zapotrzebowania na energię w zależności od temperatury wody zimnej. 4. Autorka niekonsekwentnie przyjęła numerację rozdziałów. Należało się raczej zdecydować tylko na kolejne rozdziały a pominąć części rozprawy. 5. Wnioski z wynikające z rozprawy doktorskiej powinny być podzielone na wnioski ważne albo bardzo ważne oraz na wnioski bardziej szczegółowe o mniejszej wadze. 6. W pierwszym wniosku Doktorantka niefortunnie zwrotu, że średnio dobowe zużycie wody użytkowej może zostać opisane strukturą mieszkaniową. W podsumowaniu autorka odnosi się do otrzymanych wyników badań. Należy stwierdzić, że wysunięta teza na początku pracy została dowiedziona. W podsumowaniu jak i w całej pracy można wyróżnić szereg oryginalnych i wartościowych wyników, które wnoszą nowe wartości w badaniach, analizach i metodach prognozowania zapotrzebowania na ciepło do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Mimo, że zagadnieniami dotyczącymi zapotrzebowania na ciepłą wodę zajmowało się bardzo wielu autorów to przeprowadzone badania i uzyskane wyniki stanowią istotny wkład Doktorantki w poznanie zjawisk związanych z procesami modelowania procesów zapotrzebowania na przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Oryginalnym dorobkiem Doktorantki jest opracowanie modelu obliczeniowego zaopatrzenia na ciepłą wodę użytkową. 5

6 Wniosek końcowy Mimo drobnych niedociągnięć pracę oceniam bardzo dobrze. Przytoczone uwagi nie umniejszają zasadniczych wartości merytorycznych pracy. Stwierdzam, że Doktorantka opracował ciekawą i wartościową pracę wnoszącą nowe elementy do problematyki związanej z badaniami i modelowaniem procesów zapotrzebowania na ciepło do przygotowania cieplej wody użytkowej. Zastosowana metoda opracowana przez Doktorantkę metoda pozwoli na promowanie przebadanego rozwiązania technicznego. Uzyskane wyniki mają charakter poznawczy, ale mogę również znaleźć zastosowanie inżynierskie. Doktorantka posiada wiedzę, która umożliwia mu formułowanie i rozwiązywanie problemów naukowych. Uważam, że recenzowana rozprawa doktorska mgr inż. Agnieszki Chmielewskiej pt: Modelowanie zapotrzebowania na energie użytkowa do przygotowania cieplej wody w budynkach wielorodzinnych odpowiada wymaganiom stawianym pracom doktorskich przez Ustawę o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki z dnia 14 marca 2003 roku. (Dz.U. nr 65 poz. 595, z późniejszymi zmianami). Wnoszę więc o dopuszczenie jej do publicznej obrony. 6