Zużycie energii na ogrzewanie budynków w 2014 r. w 34 miastach Polski Józef Dopke

Transkrypt

1 Zużycie energii na ogrzewanie budynków w 214 w 34 miastach Polski Józef Dopke Słowa kluczowe: temperatura, średnia dzienna temperatura, liczba stopniodni grzania, bazowa temperatura, zużycie energii, ogrzewanie, Białystok, Gdańsk-Rębiechowo, Kalisz, Kraków, Szczecin, Warszawa Okęcie. Streszczenie W artykule przedstawiono procentowe różnice w zużyciu energii na ogrzewanie w 214 w 33 miastach względem najcieplejszego Wrocławia. Omówiono zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu dla Krakowa względem najcieplejszego roku wielolecia. Na rysunkach przedstawiono zmiany zużycia energii na ogrzewania w wieloleciu dla Gdańska-Rębiechowa, dla Krakowa oraz w wieloleciu dla Warszawy Okęcia, Szczecina i Białegostoku względem Wstęp Energia w gospodarstwach domowych przeznaczona jest na ogrzewanie pomieszczeń, grzanie wody użytkowej, przygotowanie posiłków, suszenie odzieży i bielizny. To zużycie można przedstawić w postaci najprostszego modelu [1]: E = a + b Sd(t b ) + e (1) gdzie: E - zużycie energii, a, b - współczynniki, Sd(t b ) - funkcja liczby stopniodni grzania w zależności od bazowej temperatury t b, t b - bazowa temperatura, e błąd metody. Przedstawiona zależność dotyczy wszystkich paliw stosowanych w domach mieszkalnych, budynkach użyteczności publicznej i zakładach przemysłowych. Wielkość a określa stałe zużycie energii, np. na grzanie wody użytkowej, przygotowanie posiłków, suszenie odzieży i bielizny w przypadku gospodarstw domowych. Wielkość b Sd(t b ) jest zmiennym zużyciem energii na ogrzewanie budynków zależnym od przebiegu pogody. Ten sam budynek dla temperatury wewnętrznej powietrza t w równej 23 o C może mieć temperaturę bazową t b =18 o C, dla t w =2 o C może mieć t b =1 o C lub dla t w =18 o C może mieć t b =13 o C. Dla budynków szpitali zakłada się temperaturę bazową t b od 18 o C do 19 o C, ponieważ utrzymuje się w nich wyższą temperaturę powietrza wewnętrznego niż w budynkach mieszkalnych. Uśrednioną temperaturę bazową t b dla obszaru dostaw gazu ziemnego można wyznaczyć z zależności między zużyciem gazu przez odbiorców komunalnych a temperaturą zewnętrzną powietrza. Dla obszaru obsługiwania Polskiego Górnictwa Naftowego i Gazownictwa S. A. [2] wynosiła ona 18, o C w 1987 i 1,2 o C w 1998 W Polsce duże osiedla domów wielopiętrowych ocieplonych styropianem o grubości 1 mm i ogrzewanych osiedlowymi ciepłowniami rozpoczynają ogrzewanie przy kilkudniowej średniej kroczącej średniej dobowej temperaturze powietrza zewnętrznego 1 o C [3, 4]. Do dalszej analizy zużycia energii na ogrzewanie przyjęto bazową temperaturę 1 o C. 1

2 Jeżeli zużycie energii w i-tym roku kalendarzowym wyniosło E i =a+b Sd(t b ) i +e, to dla populacji gospodarstw domowych, która nie uległa istotnym zmianom można założyć zużycie energii w j-tym roku E j =a+b Sd(t b ) j +e. Iloraz Sd(t b ) i /Sd(t b ) j. określa zmianę zużycia energii na ogrzewanie budynków w i-tym roku kalendarzowym względem j-tego roku o liczbie stopniodni grzania Sd(t b ) j. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w i-tym roku kalendarzowym względem j-tego roku wynosi: 1% [ Sd( tb) i Sd( tb) j ] Sd( tb) i Z = = [ 1] 1% (2) Sd( t ) Sd( t ) b j b j W klimacie Polski w okresie od około 1 maja do około 1 września nie ogrzewa się mieszkań, pomimo że występują pojedyncze dni o średniej dziennej temperaturze niższej od bazowej temperatury. Dlatego w obliczeniach procentowej zmiany zużycia energii, roczną liczbę stopniodni grzania Sd(1 o C) zmniejsza się o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia. 2. Liczba stopniodni grzania Miesięczną liczbę stopniodni grzania Sd(t b ) dla temperatury bazowej t b (tabela 1) obliczono z definicji [1] ze średnich dziennych temperatur powietrza t śr (i) [, 6, 7]: Sd(t b )= n [ tb tśr ( i)]... dla.. tśr ( i) tb i= 1 (3)... dla.. t ( i) > t śr b Tabela 1. Miesięczna i roczna liczba stopniodni grzania Sd(t b ) lub Sd(t b ; t gr ) wg EUROSTAT-u w 214 dla Kalisza (1 o 46 8 N, 18 o 4 8 E, 14 m npm) t b Liczba stopniodni grzania Sd(t b ) lub Sd(t b ; t gr ) t b ;t gr Rok Bez lata o C o Cdzień o Cdzień Cdzień 12 4,3 22,2 12,1 72,3 39,1,9,8 69,1 182,9 32, , ,3 248,2 181, 89,7 3,1 2,9 1, ,1 211,9 36,3 1674,4 167, ,3 276,2 211, 11,9 71, 9,4,3, 18,3 19,1 241,3 387,3 193,6 1888, ,3 34,2 241, 136,1 92,4 21,6 1,3 1,9 27, 134,6 271,3 418, , ,3 332,2 272,4 16,1 114,4 37,3 2,8 19, , 31,3 449,3 2421,3 2361, 17,3 36,2 33,4 19,1 137,1 4,6 6 3,6 7,7 191, 331,3 48,3 273,1 2611, ,3 388,2 334,4 22,1 16,1 7,7 11, 44,1 79, ,3 11,3 2999,9 2868,6 18; 1 86,3 388,2 331, 22,1 18,4 66,6 4,3 28,9 7, 21,6 361,3 11, ,2 18,3 9,6 396,6 343,7 234,1 167,2 82,3 13,6 49,2 87,1 231,3 37,3 2,6 391,6 2946, ,3 416,2 36,4 2,1 18, ,9 62,2 14, ,3 42,3 339, 313, ,3 444,2 396,4 28,1 212,8 123,8 27,2 83, ,3 73,3 3632,8 3398,4 Roczną liczbę stopniodni grzania Sd(1 o C) w 214 obliczoną z definicji (3) dla 34 miast Polski podano na rys. 1. 2

3 3 Liczba stopniodni grzania Sd(1 o C) ( o Cdzień) Suwałki Białystok bez lata Zakopane Elbląg Olsztyn Gdańsk-Rębiechowo Malbork Lublin Radawiec Chojnice Kielce Gdańsk Łeba Warszawa Okęcie Oksywie Hel Toruń Sandomierz Łódź Lublinek Kraków Częstochowa Ustka Lębork Rzeszów Jasionka Koszalin Krosno Katowice Szczecin Zielona Góra Poznań Bielsko-Biała Tarnów Legnica Opole Wrocław Rys. 1. Liczba stopniodni grzania Sd(1 o C) obliczona z definicji: roczna oraz roczna zmniejszona o liczbę stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia dla trzydziestu czterech miast Polski w Różnice w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w 214 w polskich miastach Jeżeli znane są miesięczne liczby stopniodni grzania, to z rocznej liczby stopniodni grzania usuwa się miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia. Roczne zużycie energii na ogrzewanie budynków jest zależne liniowo od tak obliczonej liczby stopniodni grzania. Jeżeli liczba stopniodni grzania w 214 w Zakopanem wynosiła Sd(1 o C)=271,8 o Cdni a w najcieplejszym mieście Wrocławiu Sd(1 o C)=1834,4 o Cdni, to zużycie energii na ogrzewanie identycznego budynku w Zakopanem było większe o (271,8 o Cdni/1834,4-1)1% =47,78% niż we Wrocławiu (rys. 2). Zużycie energii na ogrzewanie w 214 tego samego budynku było większe o: 6,4% w Suwałkach, 2,32% w Białymstoku, 47,78% w Zakopanem, 43,37% w Elblągu, 39,77% w Olsztynie, 37,39% w Gdańsku-Rębiechowie,., 3,61% w Lublinie, 27,9% w Warszawie Okęciu, 22,74% w Krakowie,, 11,48% w Tarnowie, 8,11% w Legnicy i 7,28% w Opolu niż w najcieplejszym mieście Wrocławiu. Jeżeli na ogrzanie budynku w najcieplejszym Wrocławiu zużyto 2 m 3 (2222 kwh) gazu wysokometanowego E, to na ogrzanie identycznego budynku zużyto w: - Suwałkach 3131,8 m 3 (34783,2 kwh) gazu wysokometanowego E, - Białymstoku 346,4 m 3 (3384, kwh) gazu wysokometanowego E, - Zakopanem 29,6 m 3 (32836,7 kwh) gazu wysokometanowego E, - Elblągu 2867,4 m 3 (3186,8 kwh) gazu wysokometanowego E, - Krakowie 244,8 m 3 (27272,8 kwh) gazu wysokometanowego E, - Tarnowie 2229,6 m 3 (2477,9 kwh) gazu wysokometanowego E, - Legnicy 2162,2 m 3 (2422 kwh) gazu wysokometanowego E, - Opolu 214,6 m 3 (23837,6 kwh) gazu wysokometanowego E. 3

4 Procentowa różnica zużycia energii na ogrzewanie wględem Wrocławia (%) Suwałki Białystok Zakopane Elbląg Olsztyn Gdańsk-Rębiechowo Malbork Lublin Radawiec Chojnice Kielce Gdańsk Łeba Warszawa Okęcie Oksywie Hel Toruń Sandomierz Łódź Lublinek Kraków Częstochowa Ustka Lębork Rzeszów Jasionka Koszalin Krosno Katowice Szczecin Zielona Góra Poznań Bielsko-Biała Tarnów Legnica Opole Wrocław Rys. 2. Procentowe różnice w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w 214 w analizowanych miastach w stosunku do najcieplejszego miasta Wrocławia obliczone z rocznej Sd(1 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia 4. Zmiany w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu Na rys. 3 podano roczną liczbę stopniodni grzania Sd(1 o C) dla Krakowa w wieloleciu obliczoną z definicji oraz Sd(1 o C) bez miesięcznych liczb stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia. Najcieplejszym był 2 o Sd(1 o C)=2222,1 o Cdni, a następnie 214 o Sd(1 o C)=221,6 o Cdni. Najzimniejszym był rok 1996 o Sd(1 o C)=3249, o Cdni. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Krakowie w 214 (rys. 4) obliczona względem najcieplejszego 2 wynosiła 1,33%. W 214 zużycie energii na ogrzewanie budynków było tylko o 1,33% większe niż w najcieplejszym 2 w wieloleciu W zimniejszych latach zużycie energii na ogrzewanie było większe o 46,24% w 1996, 3,6% w 21, 29,28% w 1997 niż w najcieplejszym 2 4

5 3 roczna roczna bez lata y = -9,9488x ,9 R 2 =,4 y = -9,6242x ,4 R 2 =,479 3 Liczba stopniodni grzania Sd(1 o C) ( o Cdzień) ' Rys. 3. Roczna liczba stopniodni grzania Sd(1 o C) obliczona z definicji dla Krakowa w wieloleciu Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie (%) Rys. 4. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu w Krakowie względem najcieplejszego 2 obliczone z rocznej Sd(1 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

6 . Procentowe zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu względem 214 Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Krakowie (rys. ) obliczona względem rocznej liczby Sd(1 o C) bez lata w 214 wynosiła 19,6% w 213, 23,9% w 212, 1,4% w 211, 33,9% w 21, 17,3% w 29,,8% w 28, i 1,4% w 27 Mniejsze zużycie energii na ogrzewanie niż w 214 było w najcieplejszym 2 i wynosiło -1,3%. 4 Procentowa zmiana zużycia enenrgii na ogrzewanie wgledem 214 (%) Rys.. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu w Krakowie względem 214 obliczona z rocznej Sd(1 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Warszawie Okęciu (rys. 6) obliczona względem rocznej liczby Sd(1 o C) bez lata w 214 wynosiła 1,2% w 213, 19,6% w 212, 9,% w 211, 29,6% w 21, 1,8% w 29, -1,6% w 28, i 1,6% w 27 Mniejsze zużycie energii na ogrzewanie niż w 214 było w 28 i wynosiło -1,6% oraz w najcieplejszym 2-1,9%. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Gdańsku-Rębiechowie (rys. 7) obliczona względem rocznej liczby Sd(1 o C) bez lata w 214 wynosiła 12,2% w 213, 12,9% w 212,,9% w 211, 32,% w 21, 11,% w 29, 1,3% w 28 i,9% w 27 Mniejsze zużycie energii na ogrzewanie niż w 214 było w najcieplejszym 1989 i wynosiło -4,3%, w 2-4,1% oraz w 199-3,6%. Procentowe zmiany zużycia energii na ogrzewanie obliczone względem 214 przedstawiono na rys. 8 dla Szczecina i na rys. 9 dla Białegostoku. W obu miastach najcieplejszym dla ciepłownictwa był 2 Zużycie energii na ogrzewanie budynków w tym roku było mniejsze o -4% w Szczecinie i o -9,9% w Białymstoku niż w 214 6

7 3 2 Procentowa zmiana zużycia energii względem 214 (%) Rys. 6. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu w Warszawie Okęciu względem 214 obliczona z rocznej Sd(1 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia 4 3 Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie (%) Rys. 7. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu w Gdańsku-Rębiechowie względem 214 obliczona z rocznej Sd(1 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

8 Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie względem 214 (%) Rys. 8. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu w Szczecinie względem 214 obliczona z rocznej Sd(1 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia 2 Procentowa zmiana zużycia energi na ogrzewanie względem 214 (%) Rys. 9. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu w Białymstoku względem 214 obliczona z rocznej Sd(1 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia 8

9 6. Wnioski Zużycie energii na ogrzewanie w 214 tego samego budynku było większe o: 6,4% w Suwałkach, 2,32% w Białymstoku, 47,78% w Zakopanem, 43,37% w Elblągu, 39,77% w Olsztynie, 37,39% w Gdańsku-Rębiechowie, 3,98 w Malborku, 3,61% w Lublinie Radawcu,., 27,9% w Warszawie Okęciu, 22,74% w Krakowie,, 11,48% w Tarnowie, 8,11% w Legnicy i 7,28% w Opolu niż w najcieplejszym mieście Wrocławiu. Zużycie paliw na ogrzewanie budynków w 213 było wyższe o 9,1% w Suwałkach, 7,2% w Białymstoku, 2,3% w Zakopanem, 13,4% w Olsztynie, 12,2% w Gdańsku Rębiechowie, 14,6% w Lublinie Rudawcu, 17,8% w Rzeszowie Jasionce, 19,6% w Krakowie, 22,1% w Szczecinie, 1,2% w Warszawie Okęciu, 22,1% w Tarnowie, 24,4% w Katowicach, 26,4% w Opolu, 24,7% w Poznaniu, 2,3% w Zielonej Górze i 28,2% we Wrocławiu niż w 214 (tabela 2). Tabela 2. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w latach względem 214 dla wybranych miast Polski Miasto Procentowa zmiana zużycia energii względem 214 (%) Gdańsk-Rębiechowo 9,6,9 1,3 11, 32,,9 12,9 12,2 Białystok 1,1 -,7-3,84 7,2 21,4 6, 13,2 7,2 Szczecin 18,2 6,4 8,7 19,9 46,3 1, 2,4 22, Warszawa Okęcie 14,8 1,6-1,6 1,8 29,6 9, 19,6 1,2 Kraków 2,1 1,4,8 17,3 33,9 1,4 23,9 19,6 8. Literatura [1] Degree-days: theory and application TM41:26. The Chartered Institution of Building Services Engineers 222 Balham High Road, London SW129BS. [2] Błaziak M., Reszczyńska M.: Dostawy gazu ziemnego do odbiorców. Magazyn Polski Gaz i Nafta. PGNiG S.A., nr 8, [3] J. Dopke: Wyznaczanie temperatury bazowej budynku , , [4] Dopke J.: Wyznaczanie temperatury bazowej budynku i prognozowanie zużycia gazu. GWiTS, 214 nr 6 st [] Dopke J.: Zużycie energii do ogrzewania budynków w 33 miastach Polski w 213 Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 214 nr st171. [6] Ogimet. [7] Józef Dopke jozefdopke@wp.pl All rights reserved. This work may not be translated or copied in whole or in part without the written permission of the publisher (Józef Dopke, jozefdopke@wp.pl), except for brief excerpts in connection with reviews or scholary analysis. Use in connection with any form of information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology now known or hereafter developed is forbidden. 9

10 Energy Consumption for Buildings Heating in 34 Cities of Poland in the Year 214 Józef Dopke Key words: temperature, average daily temperature, heating degree days, base temperature, energy consumption, heating, Białystok, Gdańsk-Rębiechowo, Kalisz, Kraków, Szczecin, Warszawa Okęcie. Summary This paper gives analysis of difference in the energy consumption for buildings heating in 214 for 34 cities of Poland in relation to the warmest city Wrocław. Figures illustrate the energy consumption changes for buildings heating in the period for Gdańsk Rębiechowo, for Kraków and for Warszawa Okęcie, Szczecin and Białystok in relation to the year 214. This paper compares the weather conditions in 214 with the weather conditions in period and describes the difference in the energy consumption for buildings heating in relation to 214 for select cities in Poland. 1