THE REAL WATER CONSUMPTION AND VALUES USED BY DESIGNING. Tomasz Cholewa, Alicja Siuta-Olcha, Ireneusz Krukowski

Transkrypt

1 RZECZYWISTE ZUŻYCIE WODY A WARTOŚCI PRZYJMOWANE PRZY PROJEKTOWANIU THE REAL WATER CONSUMPTION AND VALUES USED BY DESIGNING Tomasz Cholewa, Alicja Siuta-Olcha, Ireneusz Krukowski Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Lubelska, Lublin, ul. Nadbystrzycka 40B T.Cholewa@wis.pol.lublin.pl ABSTRACT In this paper results of the water consumption in 3 buildings located in Lublin in which the hot water was prepared locally (building A) and centrally (building B and building C), were presented. Results of individual water consumption measurements with values used in Poland by designing process, were compared. One ascertained that standards values were considerably greater than real values especially in the case of the individual hot water consumption, what causes considerably dimensioning of devices and their uneconomical work. It was noticed, that when the hot water is prepared locally at every flat by use of residential thermal stations, the individual water consumption is greater than standards values, even about 34%. In consideration of difficulties in definition of the computational water consumption on the basis of inhabitants numbers, its characteristic values on one flat and on 1m 2 of its surface were proposed. Key words: individual standards water consumption, hot water partitions, real water consumption WSTĘP Od pewnego czasu, z roku na rok, obniża się wartość jednostkowego zapotrzebowania na wodę, która osiągnęła swoje maksimum w 1988 roku (219dm 3 /d os.) (M. Gorczyca, 2005). Niestety ten zniżkowy trend nie został uwzględniony w aktach prawnych. Dlatego też obecnie przy projektowaniu sieci i instalacji dostarczających wodę do obiektów budowlanych, projektant zmuszony jest do znalezienia odpowiedzi na następujące pytania. Czy dostosować się do obowiązujących przepisów i przewymiarować urządzenia oraz sieć przewodów, a przez to pogorszyć jakość dostarczanej wody i zwiększyć koszty inwestycyjne oraz eksploatacyjne? Czy przyjąć wartości rzeczywistego zużycia wody, które jednak są niezgodne z obowiązującymi normatywami? Problem ten został zauważony przez wielu badaczy, którzy starają się go rozwiązać, prowadząc badania w warunkach eksploatacyjnych i publikując ich wyniki (H. Kłoss-Trębaczkiewicz, E. Osuch-Paździńska, 2005, S. Biedugnis i in., 2007, M. Orłowska, 2006, P. Tuz, J. Gwoździej-Mazur., 2004, A.W. Żuchowicki, W. Kuczyński, 2009, T. Cholewa i in., 2008, J. Nejranowski, W. Szaflik, 1999). W związku z powyższym, autorzy w niniejszym artykule postanowili zaprezentować wyniki własnych badań jednostkowego zużycia wody w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych, które były prowadzone w Lublinie. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Badania, przedstawione w części 1, prowadzono w okresie od kwietnia 2007 roku do kwietnia 2009 w budynku A, który jest budynkiem mieszkalnym czterokondygnacyjnym. Budynek jest wyposażony w mieszkaniowe węzły cieplne, umieszczone przy każdym mieszkaniu. Zużycie wody dla każdego z mieszkań było odczytywane z wodomierzy mokrobieżnych firmy FILA (DN 15mm, Q N =1,5m 3 /h). Z uwagi na fakt, że ciepła woda przygotowywana jest w tym przypadku z bieżącej wody zimnej w mieszkaniowym węźle cieplnym, nie było możliwe zmierzenie ilości wody ciepłej, zużywanej przez dane mieszkanie. W budynku zameldowanych jest 79 osób. W części 2 przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych w sezonie grzewczym 2005/2006 w budynkach mieszkalnych (budynek B i budynek C) zasilanych z miejskiej sieci ciepłowniczej, w których ciepła woda przygotowywana jest centralnie w dwufunkcyjnym indywidualnym węźle ciepłowniczym.

2 10 Budynek B to obiekt dziewięciokondygnacyjny, w którym mieści się 35 mieszkań typu M1 i M2. Liczba lokali M1 to 9, natomiast liczba mieszkań M2 to 26. W całym budynku zameldowanych jest 97 osób. Głównie są to ludzie starsi (w wieku około 60 lat), mieszkający samotnie, bez dzieci. W budynku C zameldowanych jest 262 osoby, które mieszkają: w lokalach M2 (14 sztuk), M3 (32 sztuki), M4 (18 sztuk), M5 (9 sztuk). Są to osoby młode, zamożne, prowadzące napięty tryb życia. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Badania - Część 1 Zróżnicowanie wartości zużycia wody na jednego mieszkańca zależy między innymi od liczby osób mieszkających w danym mieszkaniu, co zostało pokazane na rysunku ,0 160,0 159,0 [dm 3 /(d*os.)] 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 117,3 93,5 77,5 0,0 1 osoba 2 osoby 3 osoby 4 osoby Rys. 1. w zależności od liczby osób zameldowanych w lokalu w budynku A Z rysunku 1 wynika, że w mieszkaniach, w których zameldowana jest 1 osoba wartość q j jest większa o 4 od wartości średniej jednostkowego zużycia wody (q jśr ). Natomiast w mieszkaniach, gdzie zameldowane były 4 osoby, zużycie jednostkowe q j jest mniejsze o 30% od wartości średniej q jśr. Jest to spowodowane między innymi zużywaniem w mieszkaniach o większej liczbie osób pewnej ilości wody na wspólne cele, takie jak: sprzątanie, gotowanie czy pranie. W tabeli 1 zamieszczono średnie wartości jednostkowego zużycia wody w poszczególnych miesiącach okresu pomiarowego dla budynku A. Tabela 1. w poszczególnych miesiącach dla budynku A Miesiąc / / (dm 3 /d os.) (dm 3 /d os.) (dm 3 /d os.) % % Styczeń - 125,9 134,7-107 Luty - 127,0 137,2-108 Marzec - 121,2 124,1-102 Kwiecień 90,6 123,0 141, Maj 88,6 151,9-171 Czerwiec 103,1 95,8-93 Lipiec 97,2 123,2-127 Sierpień 104,9 107,8-103 Wrzesień 116,9 111,7-96 Październik 123,4 127,9-104 Listopad 124,5 137,2-110 Grudzień 131,1 135,2-103 Średnia 108,9 124,0 134,3 115,8 108,1

3 11 Na podstawie wyników zestawionych w tabeli 1, można stwierdzić, że jednostkowe zużycie wody w instalacjach wyposażonych w mieszkaniowe węzły cieplne jest większe od wartości normatywnej (przyjętej jako 100 dm 3 /(d os.) (Dz. U. 2002, Nr 8, poz. 70)) od 8,9 dm 3 /(d os.) (rok 2007) do 34,3 dm 3 /(d os.) (rok 2009). Takie rozbieżności mogą być spowodowane brakiem lub wyłączeniem przez mieszkańca instalacji cyrkulacji między punktem poboru a mieszkaniowym węzłem cieplnym oraz tym, że liczba osób zameldowanych często nie odpowiada liczbie osób faktycznie mieszkających. Biorąc pod uwagę wyniki analizy (A.W. Żuchowicki, W. Kuczyński, 2009), która pokazała, że przy zmianie sposobu przygotowania ciepłej wody dla budynku, z lokalnego na centralne, jednostkowe zużycie wody obniżyło się gwałtownie do poziomu 100dm 3 /(d os.), mimo, że według Rozporządzenia (Dz. U. 2002, Nr 8, poz. 70) powinno wzrosnąć do 140 dm 3 /(d os.). Taką też wartość (100 dm 3 /d os.) otrzymano podczas analizy 131 budynków Mazowieckiej Spółdzielni Mieszkaniowej w Płocku (P. Podwójci i in., 2009). Pozwala to zauważyć, że wartości jednostkowego zużycia wody wyrażone w dm 3 /d os., które są zawarte w normatywach, nie są miarodajne dla potrzeb projektowych. Nabiera to szczególnej wagi, ponieważ obecnie trudno przyjąć na etapie projektowym liczbę mieszkańców, która odpowiadałaby liczbie osób mieszkających. Jeszcze kilkanaście lat temu nie było problemem określenie liczby mieszkańców. Istniało bowiem umocowane prawnie pojęcie normatywnej liczby mieszkańców i już na etapie projektu mieszkań i całego budynku można było ściśle określić (w funkcji powierzchni użytkowej mieszkań) normatywną liczbę mieszkańców. Dodatkowo, funkcjonujący wówczas system podziału mieszkań powodował, że normatywna liczba mieszkańców była zbliżona do liczby osób zameldowanych, wtedy rozumianych jako mieszkających. Zmiany przepisów prawnych, jakie nastąpiły z przepisami społecznogospodarczymi w Polsce, w tym również urynkowienie gospodarki mieszkaniowej, wprowadziły istotne zmiany, między innymi rezygnację z pojęcia normatywnej liczby mieszkańców. Obecnie decyzję o liczbie mieszkających osób na danej powierzchni podejmuje jego właściciel lub użytkownik. W tej sytuacji prawnej, liczba mieszkańców jest parametrem kształtowanym swobodnie i nieznanym na etapie projektowym (G. Bartnicki, B. Nowak, 2003), jak i w późniejszej eksploatacji. Z powyższych przyczyn odchodzi się od traktowania liczby mieszkańców jako parametru do doboru wodomierzy domowych (P. Tuz, A. Królikowski, 2005). Głównymi parametrami, które są już znane na etapie projektu, jest liczba lokali w budynku wielorodzinnym oraz ich powierzchnia. Z tego powodu autorzy uzależnili zużycie wody przypadające na lokal oraz na 1m 2 jego powierzchni, co zostało przedstawione w tabeli 2. Tabela 2. Zużycie wody w poszczególnych miesiącach przypadające na mieszkanie i 1m 2 jego powierzchni dla budynku A Miesiąc dm 3 /d lokal dm 3 /d m 2 dm 3 /d lokal dm 3 /d m 2 dm 3 /d lokal dm 3 /d m 2 Styczeń ,0 4,38 236,5 4,69 Luty ,0 4,42 240,9 4,77 Marzec ,7 4,21 217,9 4,32 Kwiecień 159,1 3,15 215,9 4,28 248,0 4,91 Maj 155,6 3,08 266,7 5, Czerwiec 181,0 3,59 168,3 3, Lipiec 170,6 3,38 216,3 4, Sierpień 184,1 3,65 189,3 3, Wrzesień 205,2 4,07 196,0 3, Październik 216,7 4,29 224,6 4, Listopad 218,7 4,33 240,9 4, Grudzień 230,2 4,56 237,3 4, Średnia 191,2 3,8 217,7 4,3 235,8 4,7 Analizując wyniki zawarte w tabeli 2, można stwierdzić, że średnio zużywa się 3,8 do 4,7 dm 3 na dobę i 1m 2 powierzchni mieszkania. W celu szczegółowej analizy powyższe wartości przedstawiono, na rysunku 2, zużycie wody na 1m 2 powierzchni mieszkania w instalacjach wyposażonych w mieszkaniowe węzły cieplne.

4 12 [dm 3 /(d*m 2 )] 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 5,73 1,31 1,04 1,07 1,86 0,00 31,03 47,53 47,77 53,35 63,72 Pow ierzchnia [m 2 ] Rys. 2. Średnie zużycie wody na 1m 2 mieszkania w budynku A w zależności od jego powierzchni Z rysunku 2 wynika, że wraz ze wzrostem powierzchni mieszkania spada zużycie wody w odniesieniu do 1m 2 jego powierzchni. Zauważono, iż w przypadku mieszkań o największej powierzchni użytkowej w budynku A następuje ponowny wzrost zużycia wody na 1m 2 powierzchni mieszkania. Może to być spowodowane wyższym standardem życia mieszkańców czy też większą liczbą osób korzystających z instalacji wody ciepłej i zimnej. Badania - Część 2 Na rysunku 3 przedstawiono histogram częstotliwości występowania jednostkowego zużycia ciepłej wody dla budynku B. Częstotliwość występowania rozbiorów [%] 20% 18% 16% 14% 1 10% 8% 6% 4% 0% 19% 1 10% 11% 9% 9% 8% 7% 5% 3% 3% 1% 1% Jednostkow e zużycie w ody [dm 3 /(d*os.)] Rys. 3. Histogram częstotliwości występowania jednostkowego zużycia ciepłej wody dla budynku B Z rysunku 3 wynika, że najczęściej (19%) występują rozbiory z zakresu dm 3 /(d os.), a najrzadziej z zakresu dm 3 /(d os.) (około 1%). W przypadku budynku C (rys. 4), gdzie mieszkają osoby młodsze od osób mieszkających w budynku B, najczęściej zużywano ciepłą wodę w ilości dm 3 /(d os.). Średnie wartości jednostkowego zużycia wody ciepłej dla poszczególnych dni tygodnia dla budynków B, C (A. Siuta-Olcha, K. Barański, 2008) oraz badań Kotlarczyk (M. Kotlarczyk, B. Zawada, 2007) i PEC Katowice (M. Janota, 2002) zestawiono w tabeli 3.

5 13 Częstotliwość występowania rozbiorów [%] 20% 18% 16% 14% 1 10% 8% 6% 4% 0% 18% 18% 11% 11% 11% 11% 7% 7% 1% 1% 1% 1% Jednostkow e zużycie w ody [dm 3 /(d*os.)] Rys. 4. Histogram częstotliwości występowania jednostkowego zużycia ciepłej wody dla budynku C Tabela 3. Porównanie jednostkowego dobowego zużycia wody ciepłej na osobę zameldowaną uzyskanego przez różne zespoły badawcze Dni tygodnia Badania własne PW (M. PEC (M. Kotlarczyk, Janota, B. Zawada, Budynek B Budynek C 2002) 2007) (dm 3 /d M) (dm 3 /d M) (dm 3 /d M) (dm 3 /d M) Robocze 44,1 46,1 38,1 38 Sobota 55,1 45,9 47,3 48 Niedziela 50,1 48,3 44,6 45 Z tabeli 3 wynika, że średnie wartości zużycia ciepłej wody są większe w weekendy niż w dni powszednie. Na rysunku 5 przedstawiono porównanie jednostkowego zużycia wody ciepłej przez jednego mieszkańca w ciągu doby w wybranych krajach europejskich [dm 3 /(d*os.)] Hiszpania Francja Polska Austria Niemcy Czechy Dania Wielka Brytania Szwecja Rys. 5. Zużycie ciepłej wody w wybranych krajach UE (K. Wojdyga, 2007) Z rysunku 5 wynika, że w Polsce zużywa się średnio 40 dm 3 wody ciepłej na dobę i osobę, co jest dość niską wartością w porównaniu z innymi krajami. Średnie wartości jednostkowego zużycia wody ciepłej w Polsce zestawione w tabeli 3 oraz na rysunku 5 są znacznie mniejsze od wartości przyjmowanych do projektowania według obowiązującej w

6 14 Polsce normy (PN-92/B-01706), która jest oparta na normie DIN Według tych wytycznych zaleca się przyjmować wartości jednostkowego dobowego zapotrzebowania na ciepłą wodę na użytkownika w następującej wysokości: dm 3 /(d os.) - dla budynków, w których mieszkania wyposażone są w natrysk, zlewozmywak i umywalkę; dm 3 /(d os.) - dla budynków, w których mieszkania wyposażone są w wannę, zlewozmywak i 1 lub 2 umywalki. Przyjmowanie tych wartości normatywnych przy projektowaniu prowadzi do przewymiarowania instalacji ciepłej wody użytkowej i wzrostu kosztów ciepła na jej przygotowanie. Problem ten został już rozwiązany w Niemczech, gdzie obecnie zaleca się przyjmować (H. Recknagel i in., 1994): dm 3 /(d os.) standard niski, dm 3 /(d os.) standard wyższy, dm 3 /(d os.) standard najwyższy. WNIOSKI Przeprowadzone badania eksperymentalne oraz wykonany przegląd literatury pozwoliły sformułować następujące wnioski: 1. Wraz ze wzrostem liczby osób mieszkających w mieszkaniu obniża się wartość jednostkowego zużycia wody przypadającego na jedną osobę i na dobę. 2. w instalacjach wyposażonych w mieszkaniowe węzły cieplne jest większe od wartości normatywnej i wymaga przeprowadzenia dalszych badań. 3. Wartości jednostkowego zużycia wody zawarte w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie określania przeciętnych norm zużycia wody (Dz. U. Nr 8, poz. 70) są wartościami, które w obecnych czasach wymagają ujednolicenia. 4. Wskaźnik jednostkowego zużycia wody wyrażony w dm 3 na dobę i na jedną osobę może powodować uzyskiwanie wartości obarczonych dużym błędem, z uwagi na problemy przy określaniu liczby mieszkańców na etapie projektowym. 5. Normatywne jednostkowe zużycie wody ciepłej jest większe, nawet o ponad 2,8 razy od wartości średnich, otrzymanych na podstawie badań eksploatacyjnych w budynkach B i C. 6. Stosowanie przy projektowaniu systemów wody ciepłej i zimnej obowiązujących normatywów i przepisów prawnych, określających jednostkowe zużycie wody przypadające na dobę i osobę, może powodować znaczne błędy, które prowadzą do nieekonomicznej pracy urządzeń i instalacji. LITERATURA BARTNICKI G., NOWAK B., 2003, Wpływ założeń obliczeniowych na wielkość mocy zamówionej na potrzeby przygotowania c.w.u., 5, BIEDUGNIS S., PODWÓJCI P., SEREJKO G., SMOLARKIEWICZ M., 2007, Analiza zużycia wody w zabudowie wielorodzinnej na przykładzie wybranych spółdzielni Mazowsza, Zeszyty Naukowe Wydz. Inżynierii Środowiska Politechniki Koszalińskiej nr 23, seria Inżynieria Środowiska, Koszalin. CHOLEWA T., KLECH J., ŁAGÓD G., 2008, w budynku wielorodzinnym. XXVIII Międzynarodowe Sympozjum im. B. Krzysztofika, AQUA 2008, Problemy Inżynierii Środowiska, Płock 2008, GORCZYCA M., 2005, Infrastruktura wodociągowa w Polsce, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 3, JANOTA M., 2002, Zużycie ciepłej wody w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych z indywidualnymi wodomierzami, 3, KŁOSS-TRĘBACZKIEWICZ H., OSUCH- PAŹDZIŃSKA E., 2005, Analiza tendencji zmian zużycia wody w miastach polskich, Ochrona Środowiska, nr 4. KOTLARCZYK M., ZAWADA B., 2007, Analiza rozbiorów ciepłej wody użytkowej, 5, NEJRANOWSKI J, SZAFLIK W., 1999, Zmienność poboru ciepłej wody użytkowej w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych, wyposażonych w wodomierze mieszkaniowe, 1,

7 15 ORŁOWSKA M., 2006, Wyznaczanie przepływów obliczeniowych przy doborze wodomierzy głównych i projektowaniu średnic instalacji wodociągowych w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 6, PODWÓJCI P., SEREJKO G., WOJCIECHOWSKI M., BIEDUGNIS S., CHOJNACKA P., SMOLARKIEWICZ M., 2009, oraz straty pozorne w budownictwie wielorodzinnym na przykładzie Mazowieckiej Spółdzielni Mieszkaniowej w Płocku, Rocznik Ochrona Środowiska Tom. 11 Rok 2009, Część 1, RECKNAGEL H., SPRENGER E., HÖNMANN W., SCHRAMEK E. R.: Poradnik. Ogrzewanie i klimatyzacja z uwzględnieniem chłodnictwa i zaopatrzenia w ciepłą wodę, EWFE Wydanie 1, Gdańsk SIUTA-OLCHA A., BARAŃSKI K., 2008, Zapotrzebowanie energii cieplnej dostarczanej z miejskiej sieci ciepłowniczej na cele ciepłej wody użytkowej, XII Międzynarodowa Konferencja Naukowa Air Conditioning, Air Protection & District Heating 2008, Wrocław- Szklarska Poręba, TUZ P., GWOŹDZIEJ-MAZUR J., 2004, Nieprawidłowości działania wodomierzy mieszkaniowych i domowych- identyfikacja i likwidacja przyczyn, INSTAL, nr 7-8. TUZ P., KRÓLIKOWSKI A., 2005, Wskazania wodomierzy domowych i mieszkaniowych - przyczyny rozbieżności i metody ich bilansowania, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 2, WOJDYGA K., 2007, Obniżenie zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków badania zużycia ciepła w budynku niskoenergetycznym, Polska Energetyka Słoneczna, nr 3-4, ŻUCHOWICKI A.W., KUCZYŃSKI W., 2009, Analiza porównawcza zmian w rozbiorach wody z uwzględnieniem sposobu jej dostarczania do odbiorców, Rocznik Ochrona Środowiska Tom. 11 Rok 2009, Część 1, PN-92/B Instalacje wodociągowe wymagania w projektowaniu. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dn. 14 stycznia 2002 r. w sprawie określania przeciętnych norm zużycia wody (Dz. U. Nr 8, poz. 70).