Zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynków w wybranych miastach Polski w wieloleciu

Zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynków w wybranych miastach Polski w wieloleciu 1. Wstęp Zużycie energii w gospodarstwach domowych można przedstawić w postaci najprostszego modelu matematycznego [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 tb, t b - bazowa temperatura [2], temperatura zewnętrzna powyżej której praca systemu grzewczego nie jest wymagana, e błąd metody. Zależność powyższa 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. Rzeczywista temperatura bazowa, od której obecnie rozpoczyna się ogrzewanie domów, waha się od 12 o C do 18 o C. Zależy ona w dużym stopniu od jakości izolacji termicznej budynku, wyposażenia mieszkań, przyzwyczajeń ludzi i klimatu. Ostatnio przyjmowane temperatury bazowe dla nowo wznoszonych budynków wynoszą od 10 o C do 15 o C. Dla dobrze izolowanych domów temperatura bazowa może być niższa, ponieważ coraz liczniejsze wewnętrzne źródła ciepła (pralki, lodówki, żelazka, suszarki, komputery, telewizory, radia, lampy, ludzie) w większym stopniu dogrzewają mieszkania. Uśrednioną temperaturę bazową tb 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 o C w 1987 r. i 15,2 o C w 1998 r. W Polsce duże osiedla domów wielopiętrowych ocieplonych styropianem o grubości 100 mm i ogrzewanych osiedlowymi ciepłowniami rozpoczynają ogrzewanie przy kilkudniowej średniej

kroczącej średniej dobowej temperaturze powietrza zewnętrznego tb=15 o C. Dalej w analizie przyjęto temperaturę bazową t b =15 o C. 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 zmiennego 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 o liczbie stopniodni grzania Sd(t b ) j wynosi: W klimacie Polski w okresie od około 15 maja do 15 września nie ogrzewa się mieszkań, pomimo że występują pojedyncze dni o średniej dziennej temperaturze niższej od temperatury bazowej. Dlatego w powyższych obliczeniach procentowej zmiany zużycia energii, roczną liczbę stopniodni grzania Sd(15 o C) zmniejsza się o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia. 2. Średnie miesięczne i roczne temperatury powietrza w Krakowie w wieloleciu 1996-2013 Ze średnich dziennych temperatur powietrza [4] obliczono średnią miesięczną temperaturę powietrza w Krakowie. Lokalizację geograficzną miejsca pomiarów meteorologicznych określa szerokość 50 o 04'58''N i długość 019 o 48'00''E geograficzna oraz wysokość 237 m położenia stacji meteorologicznej nad poziomem morza. Średnia miesięczna temperatura powietrza we wrześniu wynosiła od 16,32 o C w 1999 r., 15,42 o C w 2006 r., 15,19 o C w 2011 r.,, do 12,22 o C w 2001 r., 12,12 o C w 2010 r. i 10,45 o C w najzimniejszym 1996 r. (rys. 2). W 2013 r. średnia temperatura powietrza we wrześniu wynosiła 12,08 o C. Średnia temperatura powietrza we wrześniu w wieloleciu 1996-2013 wynosiła 13,51 o C. Średnia miesięczna temperatura powietrza w październiku wynosiła od 12,45 o C w 2000 r., 11,79 o C w 2001 r., 10,33 o C w 2004 r.,, do 6,87 o C w 1997 r., 5,9 o C w 2003 r. i 5,27 o C w najzimniejszym 2010 r. W 2013 r. średnia temperatura powietrza w październiku wynosiła 10,01 o C. Średnia temperatura powietrza w październiku w wieloleciu 1996-2013 wynosiła 8,73 o C. Średnia miesięczna temperatura powietrza w listopadzie wynosiła od 6,83 o C w 2000 r., 5,94 o C w 2010 r., 5,97 o C w 1996 r.,, do 1,84 o C w 1999 r., 0,81 o C w 2007 r. i -0,13 o C w najzimniejszym 1998 r. W 2013 r. średnia temperatura powietrza w listopadzie wynosiła 4,78 o C. Średnia temperatura powietrza w listopadzie w wieloleciu 1996-2013 wynosiła 3,91 o C. Średnia miesięczna temperatura powietrza w grudniu wynosiła od 2,41 o C w 2006 r., 1,5 o C w 2011 r., 1,4 o C w 2000 r.,, do -4,51 o C w 2010 r., -5,27 o C w 2002 r. i -5,95 o C w najzimniejszym 1996 r. W 2013 r. średnia temperatura powietrza w grudniu wynosiła 1,18 o C. Średnia temperatura powietrza w grudniu w wieloleciu 1996-2013 wynosiła -1,08 o C. Średnia miesięczna temperatura powietrza w styczniu wynosiła od 3,24 o C w 2007 r., 1,09 o C w 2008 r., 0,25 o C w 1998 r.,, do -6,18 o C w 1997 r., -6,26 o C w 2010 r. i -8,29 o C w najzimniejszym 2006 r. W

2014 r. średnia temperatura powietrza w styczniu wynosiła - 1,13 o C. Średnia temperatura powietrza w styczniu w wieloleciu 1996-2013 wynosiła -2,27 o C. Średnie temperatury powietrza we wrześniu (12,08 o C), październiku (10,01 o C), listopadzie (4,78 o C) i grudniu (1,18 o C) 2013 r. były niższe od najwyższych średnich miesięcznych temperatur w wieloleciu 1996-2013. Również średnia temperatura powietrza w styczniu 2014 r. (1,13 o C) była niższa niż najwyższe w wieloleciu 1996-2013. A zatem często podawane informacje w mediach o najcieplejszym końcu 2013 roku od wielu lat nie znajdują potwierdzenia w liczbach. Rys. 1. Średnia miesięczna temperatura powietrza w Krakowie w wieloleciu 1996-2013 r. Średnia roczna temperatura powietrza w wieloleciu 1996-2013 wynosiła 8,66 o C a liczona bez czerwca, lipca i sierpnia 5,41 o C (rys. 2). Średnia roczna temperatura powietrza w 2013 r. wynosiła 8,61 o C a liczona bez czerwca, lipca sierpnia, w których w Polsce nie ogrzewa się budynków 5,26 o C. Miniony 2013 r. był więc tylko niewiele zimniejszy od średniego w wieloleciu 1996-2013. Biorąc pod uwagę kryteria ciepłownicze, to jest średnią temperaturę w dziewięciu miesiącach grzewczych, najcieplejszym rokiem w wieloleciu 1996-2013 był rok 2000 a najzimniejszym rok 1996.

Rys. 2. Średnia roczna i średnia roczna bez czerwca, lipca i sierpnia temperatura powietrza w Krakowie w wieloleciu 1996-2013 r. Średnia roczna temperatura powietrza w wieloleciu 1996-2013 wynosiła 8,66 o C a roczna bez czerwca, lipca i sierpnia - 5,41 o C 3. Różnice w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu względem średniego zużycia energii w wieloleciu W Krakowie średnia roczna liczba stopniodni grzania Sd(15 o C) w wieloleciu 1996-2013 wynosiła 2689,9 o Cdni a pomniejszona o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia 2668 o Cdni (rys. 3). Roczna liczba stopniodni grzania Sd(15 o C) w 2013 r. wynosiła 2712,6 o Cdni a liczona bez czerwca, lipca sierpnia, w których w Polsce nie ogrzewa się budynków 2692,7 o C. Miniony 2013 r. był więc tylko niewiele zimniejszy od średniego w wieloleciu 1996-2013. Biorąc pod uwagę kryteria ciepłownicze, to jest średnią liczbę stopniodni grzania Sd(15 o C) w dziewięciu miesiącach grzewczych, najcieplejszym rokiem w wieloleciu 1996-2013 był rok 2000 (2222,1 o Cdni) a najzimniejszym rok 1996 (3249,5 o Cdni). Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Krakowie (rys. 3) obliczona względem średniej liczby stopniodni grzania w wieloleciu 1996-2013 (2668 o Cdni) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia wynosiła najwięcej w 1996 r. (21,8%) a najmniej w 2000 r. (-16,7%). W ostatnich czterech latach wynosiła ona: 13% w 2010 r., -2,6% w 2011 r., 4,6% w 2012 r. i 0,9% w 2013 r.

Rys. 2. Roczna liczba stopniodni grzania Sd(15 o C) obliczona z definicji dla Krakowa w wieloleciu 1996-2013 r. Średnia liczba Sd(15 o C) w wieloleciu 1996-2013 wynosiła: roczna 2689,8 o Cdni i roczna bez czerwca, lipca i sierpnia 2668 o Cdni Rys. 3. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 1996-2013 r. w Krakowie względem średniej liczby stopniodni grzania w wieloleciu 1996-2013 (2668 o Cdni) obliczona z rocznej Sd(15 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia Na rys. 4 przestawiono procentową zmianę zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 2003-2013 w Gdyni Oksywiu względem średniej liczby stopniodni grzania w wieloleciu 2003-2013 Sd(15 o C)=2593,2 o Cdni. Procentową zmianę zużycia energii obliczono z rocznej Sd(15 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia. W najcieplejszym 2007 r. procentowa zmiana wynosiła -11%, w 2008 r. -10,5% a w 2006 r. -4,4%. W najzimniejszym 2010 r. zużycie energii na ogrzewanie budynków było większe o 20,1%, w 2003 r. o 4,9% i w 2012 r.

o 3,7% względem średniego zużycia energii w wieloleciu 2003-2013. W ostatnim 2013 r. zużycie energii na ogrzewanie było tylko nieco mniejsze (o -0,14%) niż średnie w wieloleciu. Rys. 4. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 2003-2013 w Gdyni Oksywiu względem średniej liczby stopniodni grzania w wieloleciu 2003-2013 (2593,2 o Cdni) obliczona z rocznej Sd(15 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia 4. Różnice w zużyciu energii na ogrzewanie budynków wieloleciu względem najcieplejszego roku w wieloleciu Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Krakowie (rys. 5) obliczona względem najcieplejszego 2000 r. o rocznej liczbie Sd(15 o C)=2222,1 o Cdni bez lata była najwyższa w 1996 r. i wynosiła 46,2% a w ostatnich czterech latach wynosiła: 35,7% w 2010 r., 16,9% w 2011 r., 25,6% w 2012 r. i 21,2% w 2013 r. W najzimniejszym 1996 r. zużycie energii na ogrzewanie było wyższe o 46,2% niż w najcieplejszym 2000 r. Jeżeli w 1996 r. na ogrzewanie domu jednorodzinnego zużyto w Krakowie 4386 kg węgla, to w 2000 r. zużyto tylko 3000 kg węgla a w ostatnim 2013 r. - 3636 kg węgla. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Gdyni Oksywiu (rys. 6) obliczona względem najcieplejszego 2007 r. o rocznej liczbie Sd(15 o C)=2308,9 o Cdni bez lata była najwyższa w 2010 r. i wynosiła 34,9% a w 2003 r. wynosiła 17,8% a W ostatnich trzech latach wynosiła: 7,9% w 2011 r., 16,5% w 2012 i 17,8% w 2013 r. Te trzy lata były chłodniejsze niż najcieplejszy 2007 r. Na rys. 7 przedstawiono analogiczne procentowe zmiany zużycia energii dla Łodzi

Rys. 5. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 1996-2013 r. w Krakowie względem najcieplejszego 2000 r. (2222,1 o Cdni) obliczona z rocznej Sd(15 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia Rys. 6. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 2003-2013 r. w Gdyni Oksywiu względem najcieplejszego 2007 r. (2308,9 o Cdni) obliczona z rocznej Sd(15 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

Rys. 7. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 2000-2013 r. w Łodzi względem najcieplejszego 2000 r. (2262,1 o Cdni) obliczona z rocznej Sd(15 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia 5. Różnice w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu względem ostatniego roku w wieloleciu Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Krakowie (rys. 8) obliczona względem rocznej liczby Sd(15 o C)=2692,7 o Cdni w 2013 r. bez lata wynosiła: 20,7% w 1996 r., 11,9% w 2010 r., 6,7% w 1997 r., 4,8% w 2003 r., 3,6% w 2012 r., 3,2% w 2006 r.,, - 7,3% w 1999 r., -7,7% w 2007 r., -11,6% w 2008 r. i -17,5% w 2000 r. W najcieplejszym 2000 r. zużycie energii na ogrzewanie było mniejsze o -17,5% niż w 2013 r. W 2012 r. zużyto o 3,6% więcej energii na ogrzewanie budynków w Krakowie niż w 2013 r. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Gdyni Oksywiu (rys. 9) obliczona względem rocznej liczby w 2013 r. bez lata (Sd(15 o C)=2589,6 o Cdni) wynosiła w: 20,3% w 2010 r., 5% w 2003 r., 3,8% w 2012 r.,, -4,3% w 2006 r., -10,4% w 2008 r. i -10,8% w 2007 r. W cieplejszym 2007 r. zużycie energii na ogrzewanie było mniejsze o -10,8% niż w 2013 r. a w najzimniejszym 2010 r. było większe o 20,3%. W 2012 r. zużyto o 3,8% więcej energii na ogrzewanie budynków w Gdyni Oksywiu niż w 2013 r.

Rys. 8. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 2000-2013 r. w Krakowie względem 2013 r. (2692,7 o Cdni) obliczona z rocznej Sd(15 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia Rys. 9. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 2003-2013 r. w Gdyni Oksywiu względem 2013 r. (2589,6 o Cdni) obliczona z rocznej Sd(15 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Łodzi (rys. 10) obliczona względem rocznej liczby Sd(15 o C) bez lata w 2013 r. wynosiła w zimniejszych latach 12,4% w 2010 r., 2,3% w 2003 r. i 1,43% w 2001 r. W cieplejszych latach zużycie energii na ogrzewanie było mniejsze o -17,8% w 2000 r., -14,2% w 2008 r., -11,4% w 2007 r., -7,1% w 2011 r. i -0,02% w 2012 r. niż w 2013 r.

Rys. 10. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 2000-2013 r. w Łodzi względem 2013 r. (2750,8 o Cdni) obliczona z rocznej Sd(15 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia W tabeli 1 podano procentową zmianę zużycia energii na ogrzewanie budynków względem 2013 r. trzech analizowanych miast o liczbie stopniodni grzania przedstawionej na rys. 11. Do celów porównawczych na rys. 11 przedstawiono również liczbę stopniodni grzania dla najzimniejszego miasta wojewódzkiego Białegostoku i najcieplejszego miasta wojewódzkiego Wrocławia. Wrocław był najcieplejszym miastem w latach 2007-2013, ale w 2006 r. liczba stopniodni grzania w miesiącach grzewczych była taka sama we Wrocławiu i Gdyni Oksywiu, a Hel był tylko niewiele zimniejszy. Spośród trzech analizowanych miast: Krakowa (237 m npm), Gdyni Oksywia (70 m npm) i Łodzi (190 m npm), najzimniejszym był najczęściej Kraków w 2006 r., 2007 r., 2008 r., 2009 r., 2011 r. i 2012 r. Tylko w 2010 r. Kraków był spośród tych trzech miast najcieplejszy. Najczęściej najcieplejszym miastem z tych trzech miast była Gdynia Oksywie w 2006 r., 2007 r., 2008 r., 2009 r., 2011 r. 2012 r. i 2013 r. W tych latach zużycie energii na ogrzewanie było w Gdyni Oksywiu mniejsze niż w bardziej na południe położonej Łodzi czy Krakowie. Te wnioski przeczą intuicyjnej ocenie, że im dalej na południe położone miasto tym mniejsze powinno być zużycie energii na ogrzewanie. Tylko w 2010 r. Gdynia Oksywie była najzimniejszym miastem a więc zużyła więcej energii na ogrzewanie budynków niż bardziej na południe położona Łódź czy Kraków. Tabela 1. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu w Krakowie, Gdyni Oksywiu i Łodzi względem 2013 r. obliczona z rocznej Sd(15 o C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

Rok Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu względem 2013 r. (%) Kraków Gdynia Oksywie Łódź 2012 3,6 3,8-0,02 2011-3,5-3,8-7,1 2010 11,9 20,3 12,4 2009-1,9-0,8-4,5 2008-11,6-10,4-14,2 2007-7,7-10,8-11,4 2006 3,2-4,3-2,5 2005-3,1 0,9-1,6 2004-4,2 1,6-3,7 2003 4,8 5,0 2,3 2002-6,2 -- -4,0 2001-0,8 -- 1,4 2000-17,5 -- -17,8 1999-7,3 -- -- Rys. 11. Roczna liczba stopniodni grzania Sd(15 o C) pomniejszona o miesięczne liczby stopniodni grzania czerwca, lipca i sierpnia i obliczona z definicji dla wybranych miast w wieloleciu 2006-2013

r. 6. Wnioski Zużycie paliw na ogrzewanie budynków w 2012 r. było wyższe o 5,6% w Białymstoku, 3,8% w Gdyni Oksywiu i 3,6% w Krakowie niż w 2013 r. Zużycie paliw na ogrzewanie w 2012 r. było niższe o -0,02% w Łodzi i o -0,35% we Wrocławiu niż w 2013 r. W Krakowie najzimniejszym sezonem grzewczym liczonym od 1 września do 31 maja następnego roku był sezon 2005/2006 r. a najcieplejszym 2006/2007 r. (rys. 12). Obecnie trwający sezon grzewczy można ocenić w przedziale czasu liczonym od 1 września 2013 r. do 31 stycznia 2014 r. W tym okresie skumulowana liczba stopniodni grzania Sd(15 o C) wynosiła 1478 o Cdni. Jeżeli oceniamy ten okres obecnego sezonu grzewczego, to można stwierdzić, że nie był on najcieplejszy jak powszechnie podaje się w mediach. Znacznie cieplejsze w tym okresie były sezony grzewcze 2006/2007 r. o skumulowanej Sd(15 o C)=1212,2 o Cdni, 2000/2001 r. o skumulowanej Sd(15 o C)=1337,2 o Cdni i 2004/2005 r. skumulowanej Sd(15 o C)=1431,2 o Cdni. Znacznie zimniejsze w tym okresie były sezony grzewcze: 1996/1997 r. o skumulowanej liczbie stopniodni grzania Sd(15 o C)=1895,7 o Cdni, 2005/2006 r. o skumulowanej Sd(15 o C)=1848,2 o Cdni, 2002/2003 r. o skumulowanej Sd(15 o C)=1778,8 o Cdni i 2010/2011 r. o skumulowanej Sd(15 o C)=1769,3 o Cdni. Rys. 12. Skumulowana liczba stopniodni grzania Sd(15 o C) obliczona z definicji dla Krakowa od sezonu grzewczego 1996/1997 r. do sezonu grzewczego od 1 września 2013 r. do 31 stycznia 2014 r. W latach 2006-2009 r. i 2011-2013 r. Gdynia Oksywie była cieplejszym miastem niż położone dalej na południe Łódź i Kraków. W tych latach zużycie energii na ogrzewanie było w Gdyni Oksywiu mniejsze niż w Łodzi i Krakowie. Te wnioski przeczą intuicyjnej ocenie, że im dalej na południe położone miasto tym mniejsze powinno być zużycie energii na ogrzewanie budynków. Tylko w 2010 r. Gdynia Oksywie była zimniejszym miastem a więc zużyła więcej energii na ogrzewanie budynków niż bardziej na południe położona Łódź czy Kraków. Literatura 1. Degree-days: theory and application TM41:2006. The Chartered Institution of Building

Services Engineers 222 Balham High Road, London SW129BS. 2. J. Dopke: Wyznaczanie temperatury bazowej budynku. WWW.ogrzewnictwo.pl 24.09.2012 r., WWW.systemyogrzewania.pl 24.09.2012 r., WWW.cire.pl 25.09.2012 r. 3. Błaziak M., Reszczyńska M.: Dostawy gazu ziemnego do odbiorców. Magazyn Polski Gaz i Nafta. PGNiG S.A., nr 8, 1998. 4. Ogimet. WWW.ogimet.com Józef Dopke jozefdopke@wp.pl