WPŁYW WIATRU NA ZUŻYCIE PALIW NA OGRZEWANIE BUDYNKÓW Autor: Józef Dopke ( Instal nr 3/2010) Słowa kluczowe: stopniodni grzania, temperatura bazowa, zużycie paliw, średnia temperatura powietrza, wzór Hitchin a Streszczenie: Omówiono liniową zależność zużycia energii na ogrzewanie budynków od liczby stopniodni grzania i wpływ wiatru na wzrost tego zużycia. Podano wzór Hitchin a do obliczenia stopniodni grzania ze średniej miesięcznej temperatury powietrza. Przedstawiono na przykładzie danych meteorologicznych dla Poznania-Ławicy obliczone stopniodni grzania bez uwzględnienia Sd(t b ) i skorygowane o wpływ wiatru WSd(t b ) dla temperatur bazowych od 12 o C do 18,3 o C. Omówiono miesięczne udziały zużycia paliw na ogrzewanie bez i z uwzględnieniem wiatru. Przedstawiono proste regresji miesięcznej sprzedaży ciepła CO+CWU względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(15 o C) w 2006, 2007 i 2008 r. i WSd(15 o C) w 2007 r. dla małej kotłowni osiedlowej. 1. ZALEŻNOŚĆ ZUŻYCIA PALIW OD STOPNIODNI GRZANIA Na zużycie paliw (energii) przez gospodarstwa domowe wpływa wiele czynników. Najważniejszym jest temperatura powietrza zewnętrznego. Zużycie energii rośnie ze spadkiem średniej temperatury powietrza i maleje z jej wzrostem. Gdy temperatura powietrza zewnętrznego osiąga pewną wartość t b to ogrzewanie mieszkań i innych pomieszczeń użytkowych przerywa się. Przy dalszym wzroście temperatury powietrza zużycie energii jest stałe i jest często nazywane obciążeniem bazowym. Zużycie energii (gazu ziemnego, prądu, ciepła) na ogrzewanie pomieszczeń oraz na zużycie stałe można przedstawić w postaci najprostszego modelu dwuparametrowego [1]: E = a + b Sd(t b ) + e (1) gdzie: E - zużycie energii, a, b - parametry, Sd(t b ) - liczba stopniodni grzania zależna od t b [2, 3], t b - bazowa temperatura, e błąd metody. Zużycie energii na ogrzewanie pomieszczeń w małych przedziałach czasu zależy liniowo od liczby stopniodni grzania. Parametr b określa wielkość zużycia energii na jeden stopniodzień grzania. Zużycie energii na cele nie związane z ogrzewaniem pomieszczeń określa parametr a. Błąd metody e może być spowodowany wpływem innych czynników nieuwzględnionych w modelu (1). Może być spowodowany również tym, że nie uwzględnia się wpływu na zużycie energii wiatru (rys. 1), nasłonecznienia itp. Wiatr jest ważnym czynnikiem wpływającym na zużycie energii na ogrzewanie budynków. Budynki tracą więcej ciepła w dni wietrzne przy tej samej temperaturze zewnętrznej powietrza. Dobrą metodą na poprawienie dokładności modelu jest używanie liczby stopniodni grzania skorygowanych o wpływ wiatru (rys. 2). Jeżeli w jest prędkością wiatru w km/h, to skorygowana liczba stopniodni grzania WSd(t b ) wynosi [1]: w + 100 1,609344 WSd(t b ) = Sd(t b ) 100 (2) W dni o wietrze wiejącym z prędkością 60 km/h dzienna skorygowana liczba stopniodni grzania
WSd(t b ) jest większa o 49,7% od Sd(t b ). W takie dni zużycie energii na ogrzewanie budynków wzrasta o 49,7% w stosunku do zużycia energii w dni bezwietrzne. 900 Ciepło sprzedane CO+CWU (GJ) 800 700 600 500 400 300 2006 r. 2007 r. 2008 r. y = 1,2641x + 93,167 R 2 = 0,9716 y = 1,2415x + 93,208 R 2 = 0,9937 y = 1,2829x + 85,676 R 2 = 0,9819 200 100 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Liczba stopniodni grzania Sd(15 o C) ( o Cdzień) Rys. 1. Prosta regresji E=a+bSd(15 o C) miesięcznej energii sprzedanej CO+CWU względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(15 o C) dla małej kotłowni osiedlowej dla lat 2006, 2007 i 2008. 700 600 y = 1,2415x + 93,211 R 2 = 0,9937 Ciepło sprzedane CO+CWU (GJ) 500 400 300 200 Sd(15oC) WSd(15oC) y = 1,145x + 93,822 R 2 = 0,9941 100 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Liczba stopniodni grzania Sd(15 o C) lub WSd(15 o C) ( o Cdzień) Rys. 2. Proste regresji E=a+b Sd(15 o C) i E=a+b WSd(15 o C) miesięcznego ciepła sprzedanego CO+CWU względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(15 o C) i WSd(15 o C) dla małej kotłowni osiedlowej w 2007 r.
2. OBLICZENIE STOPNIODNI GRZANIA ZE WZORU HITCHIN A Metoda pozwala obliczyć liczbę stopniodni grzania ze zredukowanej bazy danych meteorologicznych. Prace Thom a [4] i Erbs a [5] w USA bazujące na analizie statystycznej rozkładów temperatury powietrza pozwoliły na obliczenie miesięcznej liczby stopniodni grzania ze średniej miesięcznej temperatury, odchylenia standardowego temperatury w miesiącu i stałej miejsca położenia. Hitchin zaproponował względnie prosty wzór do obliczenia stopniodni grzania o lepszej korelacji dla klimatu Wielkiej Brytanii niż metoda Thom a. Ze średniej miesięcznej temperatury powietrza można obliczyć miesięczną liczbę stopniodni grzania dla wybranej temperatury bazowej wg wzoru Hitchin a [6]: tb tśr Sd( tb) = L (3) 1 exp[ k( t t )] b śr gdzie: t b wybrana temperatura bazowa; t śr średnia temperatura miesięczna; k stała (4); L liczba dni w analizowanym miesiącu. 2,5 k = (4) σ gdzie: σ odchylenie standardowe temperatury w analizowanym miesiącu. W Wielkiej Brytanii przyjmuje się wartość stałej k w (3): 0,66 dla Heathrow i Birmingham, 0,7 dla Manchester, 0,74 dla Glasgow, 0,78 dla Cardiff i średnio 0,71 dla całego terytorium. Przyjęcie dla Warszawy stałej k=0,77 dla miesięcy październik, listopad, grudzień i styczeń pozwala na dostatecznie dokładne obliczenie liczby stopniodni grzania dla temperatur bazowych od 12 o C do 18 o C. Dla cieplejszego miesiąca września należy przyjmować mniejszą wartość stałej k=0,5. 3. MIESIĘCZNA LICZBA STOPNIODNI GRZANIA DLA 2007 R. W tabeli 1 podano parametry klimatu dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. oraz w wieloleciu 1971-2000. Przy obliczeniu liczby stopniodni grzania dla rejonu Poznania-Ławicy przyjęto stałą k we wzorze Hitchin a równą 0,5 dla maja i września a dla pozostałych miesięcy sezonu grzewczego 0,77. Dla grudnia 2007 r. o średniej miesięcznej temperaturze powietrza zewnętrznego 1,3 o C, liczba stopniodni grzania dla temperatury bazowej 18 o C obliczona ze wzoru Hitchin a dla założonej stałej k=0,77 wynosiła Sd(18 o C)=517,7. Obliczona analogicznie liczba stopniodni grzania dla temperatury bazowej 12 o C wynosiła Sd(12 o C)=331,8. Obliczone miesięczne liczby stopniodni grzania dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. dla temperatur bazowych 12 o C, 13 o C, 14 o C, 15 o C, 16 o C, 17 o C, 18 o C i 18,3 o C podano w tabeli 2 i na rys. 3.
Tabela 1. Średnie miesięczne temperatury powietrza i prędkości wiatru w 2007 r. oraz w wieloleciu 1971-2000 w rejonie Poznania-Ławicy wg IMGW w Poznaniu WWW.poznan.pias.gow.pl/publikacje/raport2007/rozdzial 3.pdf Okres Miesiąc Rok I II II IV V VI VII VIII IX X XI XII Średnia miesięczna temperatura powietrza ( o C) Rok 2007 4,5 1,0 6,6 10,5 15,4 19,2 18,8 18,7 13,5 8,2 2,7 1,3 10,0 1971-2000 -1,2-0,5 3,2 7,7 13,5 16,4 18,3 17,7 13,0 8,2 3,2 0,3 8,3 Średnia miesięczna prędkość wiatru (m/s) Rok 2007 6,0 4,6 4,1 4,0 3,4 3,3 3,7 3,3 4 2,8 4,1 3,2 3,9 1971-2000 3,9 3,8 4,6 3,7 3,3 3,2 2,8 3,0 3,3 3,8 3,9 3,5 3,5 Tabela 2. Miesięczna liczba stopniodni grzania dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. Okres t śred Liczba stopniodni grzania Sd(t b ) dla temperatury bazowej t b -- o C 01.2007 4,5 233,2 263,9 294,7 325,6 356,6 387,5 418,5 418,5 02.2007 1,0 308,1 336,0 364,0 392,0 420,0 448,0 476,0 476,0 03.2007 6,6 170,1 199,8 230,2 260,8 291,6 322,5 353,5 353,5 04.2007 10,5 65,7 87,8 112,6 139,4 167,4 196,3 225,7 225,7 05.2007 15,4 23,6 32,1 42,8 56,0 71,8 90,1 110,8 117,5 06.2007 19,2 0 0 0 0 0 0 0 0 07.2007 18,8 0 0 0 0 0 0 0 0 08.2007 18,7 0 0 0 0 0 0 0 0 09.2007 13,5 40,3 52,8 67,8 85,3 105,1 127,1 150,9 150,9 10.2007 8,2 124,5 152,6 181,9 211,9 242,4 273,1 304,0 304,0 11.2007 2,7 279,2 309,1 339,1 369,0 399,0 429,0 459,0 459,0 12.2007 1,3 331,8 362,7 393,7 424,7 455,7 486,7 517,7 517,7 2007 10,0 1576,4 1796,9 2026,8 2264,7 2509,6 2760,3 3016,0 3022,7 600 500 Sd(12oC) Sd(13oC) Liczba stopniodni grzania Sd(t b ) ( ) 400 300 200 Sd(14oC) Sd(15oC) Sd(16oC) Sd(17oC) Sd(18oC) Sd(18,3oC) 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Miesiące (-) Rys. 3. Miesięczna liczba stopniodni grzania Sd(t b ) dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. obliczona ze wzoru Hitchin a
W tabeli 3 podano udział miesięcznej liczby stopniodni grzania w rocznej liczbie stopniodni grzania dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. W przypadku nieuwzględniania wpływu wiatru na zużycie energii na ogrzewanie pomieszczeń udział ten określa wielkość miesięcznego zużycia paliwa na ogrzewanie. I tak, dla budynku o temperaturze bazowej 12 o C zużycie paliwa na ogrzewanie stanowiło: w styczniu 2007 r. - 14,8%, w lutym 2007 r. 19,5%, marcu 2007 r. - 10,8% i kwietniu 2007 r. 4,2%. Tabela 3. Udział miesięcznej liczby stopniodni grzania w rocznej liczbie stopniodni grzania dla temperatur bazowych 12 o C-18,3 o C dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. Miesiąc Udział miesięcznej liczby stopniodni grzania w rocznej liczbie stopniodni grzania dla t b 01.2007 0,148 0,147 0,145 0,144 0,142 0,140 0,140 0,138 02.2007 0,195 0,187 0,180 0,173 0,167 0,162 0,159 0,157 03.2007 0,108 0,111 0,114 0,115 0,116 0,117 0,118 0,117 04.2007 0,042 0,049 0,056 0,062 0,067 0,071 0,075 0,075 05.2007 0,015 0,018 0,021 0,025 0,029 0,033 0,037 0,039 06.2007 0 0 0 0 0 0 0 0 07.2007 0 0 0 0 0 0 0 0 08.2007 0 0 0 0 0 0 0 0 09.2007 0,026 0,029 0,033 0,038 0,042 0,046 0,050 0,050 10.2007 0,079 0,085 0,090 0,094 0,097 0,099 0,101 0,101 11.2007 0,177 0,172 0,167 0,163 0,159 0,155 0,153 0,152 12.2007 0,210 0,202 0,194 0,188 0,182 0,176 0,173 0,171 W tabeli 4 podano miesięczne liczby stopniodni grzania WSd(t b ) dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. skorygowane o wpływ wiatru dla temperatur bazowych od 12 o C, 13 o C, 14 o C, 15 o C, 16 o C, 17 o C, 18 o C i 18,3 o C. Udziały miesięcznej liczby stopniodni grzania WSd(t b ) skorygowana o wpływ wiatru w rocznej liczbie stopniodni grzania WSd(t b ) dla temperatur bazowych 12 o C-18,3 o C dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. podano w tabeli 5. Dla budynku o temperaturze bazowej t b =15 o C, w okresie zimy (grudzień, styczeń, luty) zużycie energii na ogrzewanie stanowi 50,5% całorocznego zużycia energii na ogrzewanie w przypadku gdy nie uwzględnia się wpływu wiatru lub 50,8% gdy uwzględnia się wpływ wiatru.
Tabela 4. Miesięczna liczba stopniodni grzania WSd(t b ) skorygowana o wpływ średniej miesięcznej prędkości wiatru dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. Okres Prędkość wiatru WSd(t b )/ Sd(t b ) Liczba stopniodni grzania WSd(t b ) dla temperatury bazowej t b -- m/s -- 01.2007 6,0 1,134216 264,5 299,3 334,2 369,3 404,4 439,5 474,7 474,7 02.2007 4,6 1,102899 339,8 370,6 401,53 432,3 463,2 494,1 525,0 525,0 03.2007 4,1 1,091714 185,7 218,2 251,3 284,7 318,4 352,1 385,9 385,9 04.2007 4,0 1,089477 71,6 95,7 122,7 151,8 182,4 213,9 245,9 245,9 05.2007 3,4 1,076056 25,4 34,5 46,1 60,3 77,2 96,9 119,2 126,4 06.2007 3,3 1,073819 0 0 0 0 0 0 0 0 07.2007 3,7 1,082767 0 0 0 0 0 0 0 0 08.2007 3,3 1,073819 0 0 0 0 0 0 0 0 09.2007 4,0 1,089477 43,9 57,5 73,9 92,9 114,5 138,5 164,4 164,4 10.2007 2,8 1,062634 132,3 162,1 193,3 225,2 257,6 290,2 323,0 323,0 11.2007 4,1 1,091714 304,8 337,5 370,2 402,9 435,6 468,4 501,1 501,1 12.2007 3,2 1,071582 355,5 388,7 421,9 455,1 488,3 521,5 554,8 554,8 2007 3,9 -- 1723,4 1964,1 2215,0 2474,6 2741,6 3015,1 3293,9 3301,1 Tabela 5. Udział miesięcznej liczby stopniodni grzania WSd(t b ) skorygowana o wpływ wiatru w rocznej liczbie stopniodni grzania WSd(t b ) dla temperatur bazowych 12 o C-18,3 o C dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. Miesiąc Udział miesięcznej liczby stopniodni grzania WSd(t b ) w rocznej liczbie stopniodni grzania dla t b 01.2007 0,153 0,152 0,151 0,149 0,148 0,146 0,145 0,144 02.2007 0,197 0,189 0,181 0,175 0,169 0,164 0,160 0,159 03.2007 0,108 0,111 0,113 0,115 0,116 0,117 0,118 0,117 04.2007 0,042 0,049 0,055 0,061 0,067 0,071 0,075 0,075 05.2007 0,015 0,018 0,0208 0,024 0,028 0,032 0,036 0,038 06.2007 0 0 0 0 0 0 0 0 07.2007 0 0 0 0 0 0 0 0 08.2007 0 0 0 0 0 0 0 0 09.2007 0,025 0,029 0,033 0,038 0,042 0,046 0,050 0,050 10.2007 0,077 0,083 0,087 0,091 0,094 0,096 0,099 0,098 11.2007 0,177 0,172 0,1671 0,163 0,159 0,155 0,153 0,152 12.2007 0,206 0,198 0,190 0,184 0,178 0,173 0,169 0,168 4. MIESIĘCZNA LICZBA STOPNIODNI GRZANIA DLA WIELOLECIA 1971-2000 Obliczone miesięczne liczby stopniodni grzania dla wielolecia 1971-2000 dla rejonu Poznania- Ławicy dla temperatur bazowych od 12 o C do 18,3 o C przedstawiono w tabeli 6 i na rys. 4.
Tabela 6. Miesięczna liczba stopniodni grzania dla rejonu Poznania-Ławicy dla wielolecia 1971-2000. Okres t śred Liczba stopniodni grzania Sd(t b ) dla temperatury bazowej t b -- o C Styczeń -1,2 409,2 440,2 471,2 502,2 533,2 564,2 595,2 595,2 Luty -0,5 350,0 378,0 406,0 434,0 462,0 490,0 518,0 518,0 Marzec 3,2 273,1 304,0 334,9 365,8 396,8 427,8 458,8 458,8 Kwiecień 7,7 133,9 161,7 190,5 219,8 249,4 279,2 309,1 309,1 Maj 13,5 41,6 54,6 70,1 88,1 108,6 131,3 155,9 163,6 Czerwiec 16,4 0 0 0 0 0 0 0 0 Lipiec 18,3 0 0 0 0 0 0 0 0 Sierpień 17,7 0 0 0 0 0 0 0 0 Wrzesień 13 47,8 60 76,2 94,9 115,8 138,8 163,4 163,4 Październik 8,2 124,5 152,6 181,9 211,9 242,4 273,1 304,0 304,0 Listopad 3,2 264,3 294,2 324,1 354,0 384,0 414,0 444,0 444,0 Grudzień 0,3 362,7 393,7 424,7 455,7 486,7 517,7 548,7 548,7 1971-2000 8,3 2007,2 2239,0 2479,6 2726,6 2979,0 3236,2 3497,1 3504,8 600 Liczba stopniodni grzania Sd(t b ) ( ) 500 400 300 200 Sd(12oC) Sd(13oC) Sd(14oC) Sd(15oC) Sd(16oC) Sd(17oC) Sd(18oC) Sd(18,3oC) 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Miesiące (-) Rys. 4. Miesięczna liczba stopniodni grzania Sd(t b ) dla rejonu Poznania-Ławicy dla wielolecia 1971-2000 obliczona ze wzoru Hitchin a W tabeli 7 podano udział miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(t b ) w rocznej liczbie stopniodni grzania Sd(t b ) dla rejonu Poznania-Ławicy w wieloleciu 1971-2000. W przypadku nieuwzględniania wpływu wiatru na zużycie energii na ogrzewanie pomieszczeń udział ten określa wielkość miesięcznego zużycia paliwa na ogrzewanie. I tak, dla budynku o temperaturze bazowej 12 o C zużycie paliwa
na ogrzewanie stanowiło w wieloleciu 1971-2000: w styczniu 20,4%, w lutym 17,4%, marcu 13,6%, kwietniu 6,7% i maju 2,1%. Zużycie paliw na ogrzewanie w wieloleciu 1971-2000 w okresie miesięcy zimowych (grudzień, styczeń, luty) stanowiło 55,9% całego rocznego zużycia paliw na ogrzewanie. Tabela 7. Udział miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(t b ) w rocznej liczbie stopniodni grzania dla temperatur bazowych 12 o C-18,3 o C dla rejonu Poznania-Ławicy w wieloleciu 1971-2000. Miesiąc Udział miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(t b ) w rocznej liczbie stopniodni grzania Sd(t b ) dla t b Styczeń 0,204 0,197 0,190 0,184 0,179 0,174 0,170 0,170 Luty 0,174 0,169 0,164 0,159 0,155 0,151 0,148 0,148 Marzec 0,136 0,136 0,135 0,134 0,133 0,132 0,131 0,131 Kwiecień 0,067 0,072 0,077 0,081 0,084 0,086 0,088 0,088 Maj 0,021 0,024 0,028 0,032 0,036 0,041 0,045 0,047 Czerwiec 0 0 0 0 0 0 0 0 Lipiec 0 0 0 0 0 0 0 0 Sierpień 0 0 0 0 0 0 0 0 Wrzesień 0,024 0,027 0,031 0,035 0,039 0,043 0,047 0,047 Październik 0,062 0,068 0,073 0,078 0,081 0,084 0,087 0,087 Listopad 0,132 0,131 0,131 0,130 0,129 0,128 0,127 0,127 Grudzień 0,181 0,176 0,171 0,167 0,163 0,160 0,157 0,157 W tabeli 8 podano miesięczne liczby stopniodni grzania WSd(t b ) skorygowane o średnią miesięczną prędkość wiatru w rejonie Poznania-Ławicy w wieloleciu 1971-2000. Roczna liczba stopniodni grzania z uwzględnieniem wiatru WSd(t b ) (=2180,4 dla t b =12 o C) w wieloleciu 1971-2000 jest o 8,6% większa od liczby stopniodni grzania Sd(t b ) (=2007,2 dla t b =12 o C) bez uwzględnienia wiatru dla wszystkich analizowanych temperatur bazowych. Dla temperatury bazowej 18 o C roczna liczba stopniodni grzania z uwzględnieniem wiatru wynosi WSd(18 o C)=3797 w wieloleciu 1971-2000 a bez uwzględnienia wiatru Sd(8 o C)= 3497,1. Tabela 8. Miesięczna liczba stopniodni grzania WSd(t b ) z uwzględnieniem średniej miesięcznej prędkości wiatru dla rejonu Poznania-Ławicy i wielolecia 1971-2000. Okres Prędkość wiatru WSd(t b )/ Sd(t b ) Liczba stopniodni grzania WSd(t b ) dla temperatury bazowej t b -- m/s -- Styczeń 3,9 1,087241 444,9 478,6 512,3 546,0 579,7 613,4 647,1 647,1 Luty 3,8 1,085004 379,8 410,1 440,5 470,9 501,3 531,7 562,0 562,0 Marzec 4,6 1,102899 301,2 335,2 369,3 403,5 437,7 471,8 506,0 506,0 Kwiecień 3,7 1,082767 145,0 175,1 206,3 238,0 270,1 302,3 334,7 334,7 Maj 3,3 1,073819 44,7 58,6 75,2 94,6 116,6 141,0 167,4 175,7 Czerwiec 3,2 1,071582 0 0 0 0 0 0 0 0
Lipiec 2,8 1,062634 0 0 0 0 0 0 0 0 Sierpień 3 1,067108 0 0 0 0 0 0 0 0 Wrzesień 3,3 1,073819 51,3 64,4 81,9 101,9 124,4 149,0 175,5 175,5 Październik 3,8 1,085004 135,1 165,6 197,4 229,9 263,0 296,3 329,8 329,8 Listopad 3,9 1,087241 287,4 319,8 352,4 384,9 417,5 450,1 482,7 482,7 Grudzień 3,5 1,078293 391,1 424,5 458,0 491,4 524,8 558,2 591,7 591,7 2007 3,5 --- 2180,4 2432,1 2693,2 2961,2 3235,1 3514,0 3797,0 3805,3 W tabeli 9 podano udział miesięcznej liczby stopniodni grzania WSd(t b ) skorygowanej o wpływ wiatru w rocznej liczbie WSd(t b ) w rejonie Poznania-Ławicy w wieloleciu 1971-2000 dla temperatur bazowych od 12 o C do 18,3 o C. W przypadku uwzględniania wpływu wiatru na zużycie energii na ogrzewanie pomieszczeń udział ten określa wielkość miesięcznego zużycia paliwa na ogrzewanie w zużyciu rocznym. I tak, dla budynku o temperaturze bazowej 12 o C zużycie paliwa na ogrzewanie stanowiło w wieloleciu 1971-2000: w styczniu 20,4%, w lutym 17,4%, marcu 13,8%, kwietniu 6,6% i maju 2,1%. Dla budynku o temperaturze bazowej 12 o C, zużycie paliw na ogrzewanie w wieloleciu 1971-2000 w okresie miesięcy zimowych grudzień-styczeń-luty stanowiło 55,7% całego rocznego zużycia paliw na ogrzewanie gdy uwzględniało się wpływ wiatru i 54,9% gdy wpływu wiatru się nie uwzględniało. Miesięczne udziały zużycia paliw niewiele się różnią w obu metodach. Tabela 9. Udział miesięcznej liczby stopniodni grzania WSd(t b ) z uwzględnieniem wiatru w rocznej liczbie stopniodni grzania WSd(t b ) dla temperatur bazowych 12 o C-18,3 o C dla rejonu Poznania-Ławicy i wielolecia 1971-2000. Miesiąc Udział miesięcznej liczby stopniodni grzania WSd(t b ) w rocznej liczbie stopniodni grzania WSd(t b ) dla t b Styczeń 0,204 0,197 0,190 0,184 0,179 0,175 0,170 0,170 Luty 0,174 0,169 0,164 0,159 0,155 0,151 0,148 0,148 Marzec 0,138 0,138 0,137 0,136 0,135 0,134 0,133 0,133 Kwiecień 0,066 0,072 0,077 0,080 0,083 0,086 0,088 0,088 Maj 0,021 0,024 0,028 0,032 0,036 0,040 0,044 0,046 Czerwiec 0 0 0 0 0 0 0 0 Lipiec 0 0 0 0 0 0 0 0 Sierpień 0 0 0 0 0 0 0 0 Wrzesień 0,0234 0,026 0,030 0,034 0,038 0,042 0,046 0,046 Październik 0,062 0,068 0,073 0,078 0,081 0,084 0,087 0,087 Listopad 0,132 0,132 0,131 0,130 0,129 0,128 0,127 0,127 Grudzień 0,179 0,175 0,170 0,166 0,162 0,159 0,156 0,155 5. WNIOSKI Roczna liczba stopniodni grzania WSd(t b ) skorygowana o średnią miesięczną prędkość wiatru dla rejonu Poznania-Ławicy była większa od Sd(t b ) bez uwzględnienia wiatru o 9,3% w 2007 r. i o 8,6% dla wielolecia 1971-2000 dla temperatur bazowych od 12 o C do 18,3 o C. Wiatr odprowadzając ciepło z budynku powodował dodatkowy wzrost zużycia paliw na ogrzewanie o 9,3% w 2007 r.
Miesięczna liczba stopniodni grzania WSd(t b ) skorygowana o średnią miesięczną prędkość wiatru dla rejonu Poznania-Ławicy w 2007 r. była większa od Sd(t b ) bez uwzględnienia wiatru o: 13,4% w styczniu, 10,3% w lutym, 9,2% w marcu, 8,9% w kwietniu, 7,6% w maju, 8,9% we wrześniu, 6,3% w październiku, 9,2% w listopadzie i 7,2% w grudniu. W wieloleciu 1971-2000 miesięczna liczba stopniodni grzania WSd(t b ) skorygowana o wpływ średniej miesięcznej prędkości wiatru dla rejonu Poznania-Ławicy była większa od Sd(t b ) bez uwzględnienia wiatru o: 8,7% w styczniu, 8,5% w lutym, 10,3% w marcu, 8,3% w kwietniu, 7,4% w maju, 7,4% we wrześniu, 8,5% w październiku, 8,7% w listopadzie i 7,8% w grudniu Wpływ wiatru na wzrost zużycia paliw na grzanie mieszkań można również prześledzić na danych klimatycznych dla Torunia z 2002 r. Średnia roczna liczba stopniodni grzania dla Torunia w 2002 r. wynosiła Sd(18,3 o C)=3327,1. Skorygowana roczna liczba stopniodni grzania wynosiła WSd(18,3 o C)=3521,2 i była wyższa o 5,8% od Sd(18,3 o C). Największy wzrost miesięcznej liczby stopniodni grzania od wiatru wystąpił w styczniu (6,9%), lutym (7,4%) i marcu (6,7%) (tabela 10). Tabela 10. Średnie miesięczne temperatury powietrza i prędkości wiatru dla Torunia w 2002 r. wg stacji meteorologicznej w Toruniu oraz liczba stopniodni grzania Okres Średnia temperatura Stopniodni grzania Sd(18,3 o C) Średnia prędkość wiatru Stopniodni grzania WSd(18,3 o C) WSd(18,3 o C)/ Sd(18,3 o C) --- o C o C dni km/h o C dni --- Styczeń 0,5 542,5 11,16 580,1 1,069 Luty 3,9 394,8 11,88 424,0 1,074 Marzec 4,9 406,1 10,8 433,4 1,067 Kwiecień 8,6 282,2 8,28 296,7 1,051 Maj 17,5 75,2 9,00 79,4 1,056 Czerwiec 17,4 0 10,44 0 0 Lipiec 20,1 0 9,36 0 0 Sierpień 21,1 0 6,84 0 0 Wrzesień 13,7 146,0 6,12 151,6 1,038 Październik 7,3 331,8 9,72 351,8 1,06 Listopad 3,9 423,0 8,28 444,8 1,051 Grudzień -5,4 725,4 7,56 759,5 1,047 2002 r. -- 3327,1 -- 3521,2 1,058 Największy wpływ wiatru na wzrost zużycia paliw na grzanie mieszkań można stwierdzić na wieloletnich danych klimatycznych Półwyspu Helskiego. Średnia wieloletnia (1996-2007) roczna liczba stopniodni grzania dla Półwyspu Helskiego wynosiła Sd(18,3 o C)=3321. Skorygowana o wpływ wiatru roczna liczba stopniodni grzania wynosiła WSd(18,3 o C)=3613 i była wyższa o 8,8% od Sd(18,3 o C). Największy wzrost miesięcznej liczby stopniodni grzania od wiatru występuje w grudniu i styczniu (10,5%), lutym (10,1%) i listopadzie (9,7%) (tabela 11).
Tabela 11. Średnie miesięczne temperatury powietrza i prędkości wiatru dla Półwyspu Helskiego dla wielolecia 1996-2007 wg www.augustyna.pl /prognozy/klimat.php oraz liczba stopniodni grzania Okres roku Średnia temperatura Stopniodni grzania Sd(18,3 o C) Średnia prędkość wiatru Stopniodni grzania WSd(18,3 o C ) WSd(18,3 o C )/ Sd(18,3 o C) --- o C o C dni km/h o C dni --- Styczeń 0,6 549 16,9 606 1,105 Luty 0,7 496 16,3 546 1,101 Marzec 2,7 484 14,5 527 1,090 Kwiecień 7,0 340 12,3 366 1,076 Maj 12,1 190 12,1 204 1,075 Czerwiec 15,7 37 12,8 40 1,079 Lipiec 18,5 0 12,1 0 1,075 Sierpień 18,5 0 12,2 0 1,076 Wrzesień 15,0 97 12,9 104 1,080 Październik 10,1 254 15,1 277 1,094 Listopad 5,4 387 15,7 424 1,097 Grudzień 2,6 487 16,9 538 1,105 Średnia roczna 9,1 3321 14,2 3613 1,088 LITERATURA [1] Brown R. H., Marx B. M., Corliss G. F.: Mathematical Models for Gas Forecasting. Department of Electrical and Computer Engineering. Marquette University, Milwaukee, Gas Day Report No 129 July 2005. [2] Dopke J.: Zależność zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych od liczby stopniodni grzania - Relatioship Between Natural Gas Use In Househoolds And The Heating Degree Days. Rynek Energii, Rzeszów, 2006 nr 5. [3] Dopke J.: Zależność zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych od liczby stopniodni grzania - Relatioship Between Natural Gas Use In Househoolds And The Heating Degree Days. Gaz Woda i Technika Sanitarna, Warszawa, 2007 nr 3. [4] Thom H. C. S.: Normal degree-days above any base by the universal truncation coefficient. Monthly Weather Review. 1966, 94 (7) 461-466. [5] Erbs D. G., Klein S. A., Beckman W. A.: Estimation of degree-days and ambient temperature bin data from monthly average temperature. ASHRAE J. 1983., 25 (6) 60-65. [6] Degree-days: theory and application TM41:2006. The Chartered Institution of Building Services Engineers 222 Balham High Road, London SW129BS.
WIND INFLUENCE ON THE FUEL CONSUMPTION FOR BUILDINGS HEATING Key words: heating degree days, base temperature, fuel consumption, average air temperature, Hitchin s formula Summary: The paper presents linear relationship between energy consumption for building heating and heating degree days with wind influence on the fuel consumption. The paper gives Hitchin s formula for heating degree day estimation from average monthly air temperature. Authors shows the calculated values of heating degree days with WSd(t b ) and without Sd(t b ) wind influence for base temperatures for 12 o C to 18,3 o C for city Poznań-Ławica. Authors discusses the monthly fuel consumption rate for building heating with and without wind influence. The graphs illustrate regression lines between monthly energy sales for space heating and water heating and monthly heating degree days Sd(15 o C) in the years 2006, 2007, 2008 and WSd(15 o C) during 2007 for little settlement heating station. Józef Dopke, mgr inż. jozefdopke@wp.pl Informacje o autorze Urodził się w 1947 r. W 1971 r. ukończył wydział Budowy Maszyn na Politechnice Gdańskiej. Od 1971 do 1973 roku pracował w Instytucie Maszyn Przepływowych Polskiej Akademii Nauk w Gdańsku na stanowisku asystenta a później starszego asystenta. W tym czasie studiował zaocznie matematykę na Uniwersytecie Gdańskim. Od 1973 do 1974 pracował w Zakładach RADMOR w Gdyni. Od 1974 r. do 2008 r. pracował w APATOR METRIX S. A. na stanowisku kierownika Laboratorium Zakładowego. W latach 1979-1980 ukończył roczne Studium Podyplomowe na Politechnice Warszawskiej w zakresie jakości, niezawodności i metrologii. Obecnie jest niezależnym metrologiem. Opublikował 166 artykułów na temat zastosowania metod statystycznych w sterowaniu jakością, niezawodności wyrobów, statystycznego sterowania procesem produkcyjnym i gazomierzy miechowych w czasopismach polskich (134), niemieckich (3), czeskich (1), szwajcarskich (10), rosyjskich (4), angielskich (1) i ukraińskich (13). Umieścił 76 artykuły na polskich portalach internetowych: www.cire.pl (www.cire.pl/autor,2,36,0.html); www.rynekgazu.pl; www.ogrzewnictwo.pl; www.ogrzewnictwo.com i www.systemyogrzewania.pl.