Różnice w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w dwudziestu polskich miastach w sezonie grzewczym 2010/2011 r. Józef Dopke

Transkrypt

1 Różnice w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w dwudziestu polskich miastach w sezonie grzewczym 2010/ Józef Dopke Słowa kluczowe: temperatura, średnia miesięczna temperatura, stopniodni grzania, liczba stopniodni grzania, temperatura bazowa, sezon grzewczy, zużycie energii, ogrzewanie, gaz ziemny, emisja, dwutlenek węgla Streszczenie Omówiono średnie miesięczne temperatury powietrza w sezonie grzewczym dla dwudziestu polskich miast. Podano miesięczną liczbę stopniodni grzania dla temperatury bazowej 15 dla tych miast w sezonie grzewczym 2010/ Dokonano analizy różnicy w zużyciu energii na ogrzewanie budynków dla sezonu grzewczego 2010/ dla 20 miast Polski. Średnie miesięczne temperatury powietrza w sezonie grzewczym 2010/ Ze średnich dobowych temperatur powietrza [1] obliczono średnią miesięczną temperaturę powietrza. Z pośród 20 analizowanych miast Polski (tabela 1) najniższa średnia miesięczna temperatura powietrza najczęściej występowała w Białymstoku (wrzesień, październik i listopad oraz styczeń, luty i marzec ) (tabela 2). Najwyższa średnia miesięczna temperatura powietrza najczęściej występowała we iu (październik oraz styczeń, luty, marzec, kwiecień i maj ). Tabela 1. Lokalizacja geograficzna miejsca pomiarów meteorologicznych analizowanych dwudziestu miast Polski [1] Szerokość geograficzna Długość geograficzna Wysokość nad poziomem morza (m) 53 o 06'00''N 023 o 10'01''E o 46'01''N 020 o 25'01''E 137 Elbląg 54 o 10'01''N 019 o 25'58''E 43 Malbork 54 o 01'58''N 019 o 07'58''E 5 Lublin Radawiec 51 o 13'01''N 022 o 23'59''E 240 Toruń 53 o 02'59''N 018 o 34'58''E 72 Łeba 54 o 45'00''N 017 o 31'58''E 6 Lębork 54 o 32'59''N 017 o 45'00''E o 46'58''N 019 o 23'59''E 190 Katowice 50 o 13'58''N 019 o 01'58''E o 15'00''N 018 o 40'01''E o 10'01''N 020 o 58'01''E o 04'58''N 019 o 48'00''E o 40'58''N 021 o 45'00''E 278 Koszalin 54 o 12'00''N 016 o 08'56''E o 06'00''N 022 o 03'00''E o 23'59''N 014 o 37'01''E 7 Poznań 52 o 25'01''N 016 o 51'00''E 84 Legnica 51 o 12'00''N 016 o 11'59''E o 06'00''N 016 o 52'58''E 124

2 Średnie miesięczne temperatury powietrza w Białymstoku (tabela 2) we wrześniu (11,5 ), październiku (4,4 ), grudniu (-6,3 ) oraz lutym (-6 ), marcu 0,8 ) i maju (12,6 ) były niższe od średnich temperatur dla wielolecia , które wynosiły odpowiednio 12,7, 7,1, -1,2, -2,7, 1,7 i 12,9. W listopadzie (4,5 ) oraz styczniu (-2,3 ) i kwietniu (9,1 ) średnie miesięczne temperatury były wyższe od średnich wielolecia , które wynosiły 3,3, -4,3 i 8. Średnia temperatura powietrza w Białymstoku w sezonie grzewczym wynosiła 3,1 (rys. 1) i była niższa niż w wieloleciu (7,5 ) o 4,4 (rys. 2). Średnie miesięczne temperatury powietrza we iu (tabela 2) w listopadzie (6,9 ) oraz w styczniu (1,1 ), marcu (5,1 ), kwietniu (12,3 ) i maju (15,2 ) były wyższe od średnich temperatur dla wielolecia , które wynosiły odpowiednio 5,8, -1,3, 4,1, 10,2 i 14,2. We wrześniu (13,4 ), październiku (7,7 ) i grudniu (-4,3 ) oraz lutym (-1,1 ) średnie miesięczne temperatury były niższe od średnich wielolecia , które wynosiły 14,4, 9, 0,5 i 0,9. Średnia temperatura powietrza w sezonie grzewczym we iu wynosiła 6,3 (rys. 1) i była niższa niż w wieloleciu (9,6 ) o 3,3 (rys. 2). Tabela 2. Średnia miesięczna temperatura powietrza [1] w miesiącach sezonu grzewczego 2010/ dla dwudziestu wybranych miast Średnia temperatura powietrza ,5 4,4 4,5-6,3-2,3-6,0 0,8 9,1 12,6 12,0 5,3 4,2-7,2-1,4-5,6 2,1 9,5 13,2 Elbląg 13,0 6,3 4,5-6,7-0,8-4,6 2,6 9,9 13,2 Malbork 13,1 6,4 4,7-6,5-0,4-5,0 2,4 9,5 13,3 Lublin Radawiec 11,8 5,2 6,0-4,8-1,3-4,7 2,5 10,0 13,6 Toruń 12,4 6,1 4,6-6,3-0,1-4,6 2,7 10,5 14,0 Łeba 13,3 6,8 4,7-4,6 0,0-2,9 2,1 7,4 11,7 Lębork 12,8 6,4 4,5-5,0 0,2-3,2 2,7 9,4 12,6 12,1 5,6 5,7-5,7-0,5-3,5 3,3 10,8 14,0 Katowice 11,8 5,6 6,2-4,5-0,8-3,0 3,5 9,8 13,2 13,5 6,6 4,8-6,6-0,3-3,6 3,4 10,4 14,5 12,3 6,1 5,7-5,4-0,6-3,8 3,4 11,1 14,4 12,1 5,3 5,9-4,5-1,2-2,5 3,7 10,2 13,6 12,1 5,4 7,3-3,5-1,0-4,3 3,3 10,1 13,5 Koszalin 12,9 7,0 4,5-5,1 0,3-2,1 3,0 9,8 12,8 12,5 5,8 7,5-4,2 0,0-3,4 3,2 10,2 14,0 12,7 7,1 4,1-5,2 0,2-1,5 3,5 11,2 13,9 Poznań 12,8 6,8 5,0-5,3 0,6-2,7 3,7 10,2 14,9 Legnica 12,8 7,1 6,1-4,9,6-1,8 4,7 11,5 14,2 13,4 7,7 6,9-4,3 1,1-1,1 5,1 12,3 15,2 średnia 12,55 6,15 5,37-5,33-0,39-3,5 3,09 10,15 13,62 min 11,5 4,4 4,1-7,2-2,3-6 0,8 7,4 11,7 max 13,5 7,7 7,5-3,5 1,1-1,1 5,1 12,3 15,2

3 Średnia temperatura powietrza w sezonie grzewczym 2010/ ( ) 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 Elbląg Malbork Lublin Radawiec Toruń Łeba Lębork Katowice Koszalin Rys. 1. Średnia temperatura powietrza w sezonie grzewczym 2010/ dla dwudziestu wybranych miast Polski Poznań Legnica Średnia temperatura powietrza w sezonie grzewczym ( ) /2007 r. 2007/2008 r. 2008/2009 r. 2009/ 2010/ Sezon grzewczy Rys. 2. Średnia temperatura powietrza w sezonach grzewczych od najcieplejszego sezonu 2006/2007 r. do 2010/ dla dziesięciu polskich miast

4 Liczba stopniodni grzania w sezonie grzewczym 2010/ Od sezonu grzewczego 2006/2007 r. każdy następny jest chłodniejszy. To oziębienie klimatyczne trwające już cztery sezony grzewcze powoduje, że rośnie liczba stopniodni grzania (tabela 3), od której liniowo jest zależne zużycie energii (paliw) na ogrzewanie budynków. Miesięczną liczbę stopniodni grzania Sd(15 ) obliczono z definicji [2] ze średnich dobowych temperatur powietrza t śr (i) [1]: Sd(t b )= n [ tb tśr ( i)]... dla.. tśr ( i) tb i= 1 (1) 0... dla.. t ( i) > t śr b Uśrednioną rzeczywistą 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. [3] wynosiła ona 18,5 w 1987 r. i 15,2 w 1998 r. Duże osiedla domów wielopiętrowych ocieplonych styropianem o grubości 100 mm i ogrzewanych osiedlowymi ciepłowniami rozpoczynają ogrzewanie przy średniej temperaturze dobowej t b =15. Dalej założono temperaturę bazową 15, przy której rozpoczynano ogrzewanie mieszkań w Polsce. Tabela 3. Miesięczna liczba stopniodni grzania Sd(15 ) dla temperatury bazowej 15 w miesiącach sezonu grzewczego 2010/ dla dwudziestu wybranych polskich miast Miesięczna liczba stopniodni grzania Sd(15 ) dni dni dni dni dni dni dni dni dni Elbląg Malbork Lublin Radawiec Toruń Łeba Lębork Katowice Koszalin Poznań Legnica średnia min max

5 Obliczone miesięczne liczby stopniodni grzania Sd(15 ) podano w tabeli 3. Z pośród analizowanych dwudziestu miast najcieplejszymi o najmniejszej liczbie stopniodni grzania Sd(15 ) (rys. 3) w sezonie grzewczym 2010/ miastami były: (2456 dni), Legnica (2622 dni), Poznań (2707 dni) i (2729 dni). Najzimniejszymi miastami były: (3251 dni), (3150 dni), Elbląg (2995 dni) i Malbork (2986 dni). Dla dwudziestu analizowanych miast średnia arytmetyczna liczba stopniodni grzania wynosiła 2865 dni. Miastami o liczbie Sd(15 ) zbliżonej do średniej były w sezonie grzewczym 2010/ i Katowice Liczba stopniodni grzania Sd(15 ) w sezonie grzewczym 2010/ ( dni) Elbląg Malbork Lublin Radawiec Toruń Łeba Lębork Katowice Koszalin Rys. 3. Liczba stopniodni grzania Sd(15 ) w sezonie grzewczym 2010/ dla dwudziestu wybranych miast Polski Poznań Legnica średnia Zużycie energii w domach mieszkalnych i budynkach użyteczności publicznej można przedstawić w postaci modelu [2]: E = a + b Sd(t b ) + e (2) gdzie: E - zużycie energii, a, b - współczynniki, Sd(t b ) - funkcja liczby stopniodni w zależności od t b, t b - bazowa temperatura zewnętrzna, powyżej której praca systemu grzewczego nie jest wymagana, e błąd metody. Przedstawiona zależność dotyczy wszystkich paliw stosowanych w domach mieszkalnych i budynkach użyteczności publicznej. Wielkość a określa stałe zużycie energii na grzanie wody, przygotowanie posiłków, suszenie odzieży i bielizny. Wielkość b Sd(t b ) jest zmiennym zużyciem energii na ogrzewanie budynków zależnym od przebiegu pogody.

6 Jeżeli w identycznym budynku we iu o Sd(15 )=2456 dni zużyto na ogrzewanie 1 jednostkę energii, to w Białymstoku o Sd(15 )=3251 dni zużycie energii na ogrzewanie wyniesie 3251 dni/2456 dni=1,324 jednostki energii, to jest o 32,4% więcej. Różnice w zużyciu energii na ogrzewanie tego same budynku dla analizowanych miast wynoszą od 32,4% dla Białegostoku, 28,3% dla a, 16,8% dla Łodzi, 15,4% dla Warszawy do 10,2% dla Poznania i 6,8% dla Legnicy (rys. 4). 35,000 Wzrost zużycia energii na ogrzewanie w stosunku do ia w sezonie 2010/ (%) 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0,000 Elbląg Malbork Lublin Radawiec Toruń Łeba Lębork Katowice Koszalin Rys. 4. Wzrost zużycia energii na ogrzewanie budynków w analizowanych miastach w stosunku do najcieplejszego miasta ia w sezonie grzewczym 2010/ Podobnie można ocenić różnice w zużyciu energii na ogrzewanie tego samego budynku dla analizowanych miast, jeżeli jako bazę odniesienia przyjmie się wartość średnią arytmetyczną Sd(15 )=2865 dni dla dwudziestu miast. Różnice w zużyciu energii na ogrzewanie tego same budynku dla analizowanych miast wynoszą od 13,5% dla Białegostoku, 9,9% dla a, 0,2% dla Łodzi i Katowic, -1,1% dla Warszawy do -5,5% dla Poznania, -8,5% dla Legnicy i 14,3% dla ia (rys. 5). Miastami o zużyciu energii na ogrzewanie budynków najbardziej zbliżonej do średniej arytmetycznej były w sezonie grzewczym 2010/ i Katowice. Poznań Legnica średnia

7 15,000 Wzrost zużycia energii na ogrzewanie w stosunku do średniego zużycia w sezonie 2010/ (%) 10,000 5,000 0,000-5,000-10,000 Elbląg Malbork Lublin Radawiec Toruń Łeba Lębork Katowice Koszalin Poznań Legnica średnia -15,000 Rys. 5. Wzrost zużycia energii na ogrzewanie budynków w stosunku do średniego zużycia w dwudziestu analizowanych miastach w sezonie grzewczym 2010/ Na rys. 6 przedstawiono zużycie gazu ziemnego wysokometanowego E na ogrzewanie domu wolnostojącego o powierzchni ogrzewanej 100 m 2 z kotłem gazowym w wybranych pięciu miastach w sezonach grzewczych od 2006/2007 r. do 2010/ W sezonie grzewczym 2010/ zużyto więcej gazu ziemnego w Białymstoku, Warszawie, u i ie niż w poprzednim sezonie 2009/ Jedynie we iu sezon grzewczy 2010/ był cieplejszy niż sezon 2009/ i zużycie gazu na ogrzewanie było mniejsze.

8 2000,0 1800,0 Warszawa Zużycie gazu ziemnego E w sezonie grzewczym (m 3 ) 1600,0 1400,0 1200,0 1000,0 800,0 600,0 400,0 200,0 0,0 2006/ / / / /2011 Sezon grzewczy Rys. 6. Zmienne zużycie gazu ziemnego wysokometanowego E na ogrzewanie domu wolnostojącego o powierzchni ogrzewanej 100 m 2 z kotłem gazowym w wybranych pięciu miastach Wnioski W sezonie grzewczym 2010/ identyczny budynek zużył na ogrzewanie więcej energii (paliw) o: 32,4% w Białymstoku, 28,3% w ie, 22% w Elblągu, 21,6% w Malborku, 21,2% w Lublinie, 19,7% w Toruniu, 16,8% w Łodzi, 15,6 w u, 15,4% w Warszawie, 15% w Krakowie, 14,5% w Koszalinie, 11,7% w Rzeszowie, 11,1% w ie, 10,2% w Poznaniu i 6,8% w Legnicy niż ten sam budynek w najcieplejszym mieście we iu (rys. 4). Od sezonu grzewczego 2006/2007 r. każdy następny jest chłodniejszy. To oziębienie klimatyczne powoduje, że zużywa się coraz więcej energii (paliw) na ogrzewanie budynków oraz wzrasta emisja dwutlenku węgla. Częste reklamacje odbiorców gazu ziemnego na wzrost wysokości rachunków są spowodowane zmianami klimatycznymi. W dziesięcioleciu były jeszcze zimniejsze sezony grzewcze. Należy się liczyć z dalszym wzrostem zużycia paliw na ogrzewanie budynków w przypadku wystąpienia zimniejszych sezonów grzewczych [5, 6] i mieć naukowe narzędzia do przewidywania wzrostu tego zużycia energii na ogrzewanie budynków. Literatura [1] Ogimet. [2] Degree-days: theory and application TM41:2006. The Chartered Institution of Building Services Engineers 222 Balham High Road, London SW129BS. [3] M. Błaziak, M. Reszczyńska. Magazyn Polski Gaz i Nafta PGNiG S. A

9 [4] Dopke J.: Skumulowane zmienne zużycie gazu w sezonie grzewczym r. [5] Dopke J.: Ile paliw na ogrzewanie budynków zużyto w minionym sezonie grzewczym [6] Dopke J.: Wpływ ocieplenia klimatu na zużycie paliw na ogrzewanie w Warszawie 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.