Zależność zużycia gazu ziemnego na ogrzewanie pomieszczeń od liczby stopniodni grzania

Zależność zużycia gazu ziemnego na ogrzewanie pomieszczeń od liczby stopniodni grzania 1. Stopniodni grzania Rynek energii zależy mocno od przebiegu pogody w sezonie grzewczym. Im trudniej magazynować paliwo tym dokładniej należy prognozować popyt. Wyniki analizy korelacji między zużyciem energii elektrycznej lub gazu ziemnego a liczbą stopniodni grzania dają odpowiedź na możliwość skutecznego prognozowania przyszłego zużycia. Stopniodni grzania są ilościowym wskaźnikiem określającym zapotrzebowanie na energię do ogrzewania domów mieszkalnych i budynków użyteczności publicznej. Są one obliczane z zaobserwowanych dziennych temperatur powierza. Metoda wymaga przyjęcia temperatury bazowej, która jest średnią temperaturą wewnątrz budynku pomniejszoną o zyski energii od wewnętrznych źródeł. Bardzo często jako temperaturę bazową tb wybiera się 18 C (65 F=18,3 C w USA). Jeżeli ogrzewanie od ludzi i urządzeń w domu wraz z energią od promieniowania słonecznego może podwyższyć temperaturę o 2 C, to wystarczy aby przy temperaturze zewnętrznej 18 C zapewnić temperaturę 20 C w mieszkaniu bez ogrzewania. Dla każdego dnia wyznacza się minimalną tmin(i) i maksymalną tmax(i) temperaturę dzienną powietrza zewnętrznego. Średnia temperatura dzienna tśr(i) jest średnią arytmetyczną z minimalnej tmin(i) i maksymalnej tmax(i) temperatury dziennej. Za dni grzewcze przyjmuje się dni, w których średnia dzienna temperatura powietrza jest niższa niż tb lub od temperatury granicznej tgr. Jest kilka metod obliczania stopniodni grzania. W metodzie północnoamerykańskiej (USA i Kanada) stopniodni grzania Sd(tb) dla temperatury bazowej tb=65 F (=18,3 C) oblicza się ze wzoru Europie kontynentalnej jako temperaturę bazową przyjmuje się 18 C. Tak liczone stopniodni grzania (1) podaje na stronach internetowych Earth Satellite Corporation z jednodniowym opóźnieniem. W Wielkiej Brytanii przyjmuje się jako temperaturę bazową również 15,5 C. Dzień ze średnią temperaturą dzienną 10 C będzie miał 8 Cdni grzania dla temperatury bazowej tb=18 C i 5,5 C dla tb=15,5 C. Stosowane w USA stopnie Fahrenheita przelicza się na stopnie Celsjusza ze wzoru tc=5(tf -32)/9. Stopniodni Celsjusza SdC nie są identyczne ze stopniodniami Fahrenheita SdF. Dziewięć jednostek stopni Fahrenheita równa się pięciu jednostkom stopni Celsjusza i dlatego SdC=(5/9)SdF dla tej samej temperatury bazowej. W metodzie przyjętej przez EUROSTAT stopniodni grzania Sd(tb) dla temperatury bazowej tb =18 C i temperatury granicznej tgr=15 C oblicza się ze wzoru

Przyjęcie dodatkowo temperatury granicznej 15 C lepiej opisuje zapotrzebowanie na energię na ogrzewanie (TABELA1). Eliminuje bowiem z Sd(18 C) stopniodni obliczone dla dni poza sezonem grzewczym (czerwiec-wrzesień). W Niemczech oblicza się również Sd(20 C) dla temperatury bazowej 20 C i temperatury granicznej 15 C a w Szwajcarii Sd(20 C) dla temperatury bazowej 20 C i granicznej 12 C wg (2) dla obszarów obsługiwania przez spółki gazownicze ( RYS1). Rys. 1. Miesięczna liczba stopniodni grzania Sd(20 C) dla tb=20 C i tgr=15 C dla obszaru obsługiwania przez Niederrheinische Gas- und Wasserwerke GmbH, Niemcy dla lat 2004 (3294 Cdni), 2005 (3122 Cdni) i 2006 (3140 C.) W niektórych krajach stopniodni grzania Sd(tb) dla temperatury bazowej tb oblicza się ze wzoru Do obliczenia stopniodni grzania dla przyjętego okresu czasu oblicza się stopniodni dla wszystkich dni tego okresu i sumuje. Jako okresy czasu przyjmuje się tygodnie, miesiące, kwartały roku i lata. W Wielkiej Brytanii podaje się liczbę stopniodni grzania wg metody EUROSTAT-u (2), wg (1) dla tb=15,5 C oraz wg (3). Tabela 1. Bieżące oraz średnie wieloletnie stopniodni grzania dla lat 1980-2004. Źródło: Eurostat. Environment and Energy 5/2006.

2. Zależność między stopniodniami grzania a średnią roczną temperaturą powietrza Ze znanej średniej temperatury powietrza (RYS. 2) można obliczyć liczbę stopniodni grzania Sd(18,3 C) [] dla temperatury bazowej 18,3 C korzystając z zależności: - między liczbą stopniodni grzania dla całego roku a średnią roczną temperaturą tśr r Sd(tb 18,3 C>361(18,3-tśrr) dla tśrr mniejszej od 12 C - między liczbą stopniodni grzania dla zimy (grudzień, styczeń, luty) a średnią temperaturą dla zimy tz Sd(tb 18,3 C>90,l(18,3-tz)

- oraz między liczbą stopniodni grzania w styczniu a średnią temperaturą stycznia tstycz Sd(tb=18,30C>31(18,3-tstycz) Dla Warszawy średnia wieloletnia roczna temperatura powietrza dla lat 1779-2006 (RYS. 2) wynosiła 7,7 C co odpowiada 3827 Cdni. W tym okresie największa średnia temperatura roczna wynosiła 9,8 C a najmniejsza 4,7 C. Odpowiada to liczbie stopniodni grzania 3069 Cdni i 4910 Cdni (RYS. 3). Maksymalna liczba stopniodni grzania w tym okresie jest o 60% większa od minimalnej liczby stopniodni grzania dla Warszawy. Rys. 2. Średnia temperatura powietrza roczna i stycznia w Warszawie dla lat 1779-2006 wg pogol. chilan. com/z-123 75-T-SR. htm Średnia wieloletnia temperatura stycznia dla lat 1779-2006 wynosiła -3,6 C (679 Cdni), największa 3,5 C (459 Cdni) i najmniejsza -13,5 C (986 Cdni). Maksymalna liczba stopniodni grzania dla stycznia w latach 1779-2006 jest ponad dwukrotnie większa od minimalnej. Dla Warszawy dla lat 1951-2006 wartość średnia liczby stopniodni grzania Sd(18,3 C) wynosiła 3597 Cdni a odchylenie standardowe 283,4 Cdni. Dla Białegostoku dla lat 1951-2006 wartość średnia liczby stopniodni grzania Sd(18,3 C) wynosiła 4117 Cdni a odchylenie standardowe 313,3 Cdni. Dla większości miast Polski trzysigmowe odchylenie od wartości średniej wynosi około 23% wartości średniej Sd(18,3 C). Maksymalna roczna liczba stopniodni grzania jest więc prawie dwukrotnie większa od minimalnej.

Rys. 3. Liczba stopniodni grzania Sd(18,3 C) dla Warszawy, Białegostoku, Polski, Holandii, Nebraski i USA w latach 1951-2006. Dla Warszawy i Białegostoku oszacowanie wg wzoru (4) ze średniej rocznej temperatury powietrza wg pogol.chilan.com W latach 1961-1990 średnia liczba stopniodni grzani a 2) dla najcieplejszych miejscowości w Polsce (Legnica, Słubice) wynosiła 3502 Cdni a dla najzimniejszej miejscowości Zakopanego 4765 Cdni. Średnie zużycie gazu na ogrzewanie mieszkania o tej samej wielkości i izolacji termicznej w Zakopanem będzie o 36% większe niż w Legnicy czy Słubicach. Średnia roczna temperatura powietrza dla Polski w latach 1951-1996 wynosiła 7,7 C co odpowiada 3 827 Cdni. Stopniodni oblicza się dla miast, regionów, stanów, średnią krajową, średnią dla USA i Unii Europejskiej. World Resource Institute wykonał obliczenia stopniodni grzania ważone zaludnieniem dla temperatury bazowej 18 C dla 171 krajów ( ). Obliczenie to zostało wykonane dla wszystkich możliwych lokalizacji stacji meteorologicznych a wyniki ważone były zaludnieniem analizowanego obszaru. Stosując ważenie według zaludnienia zapewnia się, że duże skupiska ludności będą bardziej reprezentowane w tym wskaźniku niż obszary o małym zaludnieniu. Takie krajowe ważone stopniodni odzwierciedlają zapotrzebowanie na energię na grzanie średniego obywatela danego kraju. Średnia wieloletnia liczba stopniodni grzania ważona zaludnieniem dla Polski wynosi 3719 Cdni. W USA oblicza się stopniodni grzania ważone zaludnieniem gospodarstw korzystających z takich paliw na ogrzewanie jak energia elektryczna, gaz ziemny i olej opałowy. Do porównania wieloletniego zapotrzebowania na energię do grzania definiuje się średnie wieloletnie stopniodni grzania ważone zaludnieniem. Tabela 2. Średnia wieloletnia 1961-1990 stycznia i roczna liczba stopniodni grzania Sd(18,3 C oraz wysokość H nad poziomem morza obliczona z [2].

Tabela 3. Liczba ważonych zaludnieniem stopniodni grzania dla tb=18 C, średnia powierzchnia mieszkania w 1999 r. lub 2000 r., średnia liczba osób w gospodarstwie domowym.

Zapotrzebowanie na paliwo do ogrzewania może się istotnie różnić w różnych miesiącach, latach i miejscowościach. Liczba stopniodni grzania jest szeroko stosowana w USA i Kanadzie do prognozowania zużycia energii na cele grzewcze [4-6]. 3. Prognozowanie zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych stanu Illinois Zużycie gazu ziemnego (energii) na ogrzewanie pomieszczeń, grzanie wody i przygotowanie posiłków można przedstawić w postaci modelu: E = a + b Sd(tb) + e gdzie: E - zużycie gazu ziemnego (energii), a, b - współczynniki, Sd(tb) - liczba stopniodni grzania zależna od tb, tb - bazowa temperatura, e - błąd metody. Zużycie energii na grzanie pomieszczeń w małych przedziałach czasu zależy liniowo od liczby stopniodni grzania. Współczynnik b określa wielkość zużycia gazu ziemnego (energii) na jeden stopniodzień grzania. Zużycie gazu ziemnego (energii) na cele nie związane z ogrzewaniem

pomieszczeń (grzanie wody użytkowej i gotowanie) określa współczynnik a. Jeżeli we wzorze (7) są stosowane dane miesięczne, to współczynniki a i b będą dotyczyły miesięcznego zużycia gazu. Dalej przedstawiona będzie analiza regresji miesięcznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych wybranych stanów USA o liczbie stopniodni grzania ważonej zaludnieniem najbardziej zbliżonej do terytorium Polski (Michigan 3861 Cdni, Nebraska 3625 Cdni, Illinois 3531 Cdni). W okresie od stycznia 2003 r. do grudnia 2005 r. miesięczne zużycie gazu w gospodarstwach domowych stanu Illinois jest skorelowane liniowo z liczbą stopniodni grzania (RYS4) ze współczynnikiem korelacji r=0,991. Oszacowane wartości współczynników wynoszą a=45,71056 m3/miesiąc i b= 0,8378068 m3/( Cdzień miesiąc) a równanie (7) ma postać: E[Sd(18,3 C)]= =45,71056 m3/miesiąc + 0,8378068 m3/( Cdzień miesiąc) Sd(18,3 C) + e gdzie: Sd(18,3 C) - miesięczna liczba stopniodni grzania dla tb=18,3 C. Z wartości współczynnika a można obliczyć, że średnie stałe roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych stanu Illinois wynosi 548,5 m3/rok, co odpowiada stałemu zużyciu gazu 205 m 3 /osobę dla liczby 2,61-2,74 osób w gospodarstwie domowym. Jeżeli w styczniu 2006 r. miesięczna liczba stopniodni grzania wynosiła 504,4 Cdni, to można prognozować średnie miesięczne zużycie gazu w gospodarstwach domowych w tym miesiącu w wysokości 468,3 m3. Rys. 4. Średnie miesięczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych oraz liczba stopniodni grzania Sd(18,3 C) dla Illinois, USA [3] w okresie od 01.2003 r. do 12.2005 r.

Rys. 5. Prosta regresji średniego miesięcznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych [3] względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 C) dla stanu Illinois, USA w okresie od 01.2003 r. do 12.2005 r., współczynnik korelacji r=0,991, a=45,71056 m3/miesiąc, b=0,8378068 m3 /( Cdzień miesiąc). W okresie od 01.2005 r. do 12.2005 r. oszacowane wartości parametrów prostej regresji miesięcznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych stanu Illinois względem liczby stopniodni grzania (RYS 6 ) wynoszą a=47,48369 m3/miesiąc i b= 0,774273 m3/( Cdzień miesiąc) a współczynnik korelacji r=0,993. Stałe miesięczne zużycie gazu wynosi 47,48369±21,1 m3/miesiąc dla poziomu ufności 0,95, co odpowiada stałemu zużyciu gazu 213 m3/osobę dla liczby 2,61-2,74 osób w gospodarstwie domowym. W 2005 r. średnie roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych stanu Illinois wynosiło 3120 m3/rok (0,947 m3/ Cdzień rok) z tego 569,8 m3/rok stałe zużycie i 2550,2 m3/rok zmienne zużycie zależne od stopniodni grzania. Liczba stopniodni grzania w 2005 r. wynosiła 3294 Cdzień. Współczynnik b wynosił 0,7743 m3/( Cdzień rok) w 2005 r. Zmienne zużycie gazu na jeden stopniodzień grzania zmienia się (tabela 4) wskutek termomodernizacji budynków i budowania nowych o lepszej izolacji termicznej oraz zmianie powierzchni ogrzewanej mieszkań. Dlatego zastrzega się liniową zależność zużycia gazu na ogrzewanie pomieszczeń od Sd(18,3 C) tylko dla małych przedziałów czasu we wzorze (7). Najlepiej jest prognozować zużycie gazu z danych poprzedniego roku. Jeżeli w styczniu 2006 r. miesięczna liczba stopniodni grzania wyniosła 504,4 Cdni, to można prognozować z prostej regresji dla 2005 r. średnie miesięczne zużycie gazu w wysokości 438±20 m3.

Rys. 6. Prosta regresji średniego miesięcznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych [3] względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3oC) dla stanu Illinois, USA w okresie od 01.2005 r. do 12.2005 r. oraz granice przedziałów ufności 0,025 i 0,9725. Współczynnik korelacji r=0,993, a=47,48369 m3/miesiąc, b=0,774273 m3/( Cdzień miesiąc). Tabela 4. Wyniki analizy regresji średniego miesięcznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 C) ważonej zaludnieniem, r - współczynnik korelacji, a, b wg (7) W celu dokładniejszego oszacowania składowych stałego i zmiennego miesięcznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych Illinois założono dla czerwca, lipca i sierpnia Sd(18,3 C)=0, ponieważ w tych miesiącach nie ogrzewa się mieszkań. W okresie od stycznia 2003 r. do grudnia 2005 r. miesięczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych stanu Illinois jest skorelowane liniowo z liczbą stopniodni grzania ( RYS 7 ) ze współczynnikiem korelacji r=0,99. Oszacowane wartości współczynników wynoszą a=50,88619 m3/miesiąc i b=0,8275033 m3/( Cdzień miesiąc). Średnie roczne stałe zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych stanu Illinois wynosi 610,6 m3/rok, co odpowiada stałemu zużyciu gazu 228 m3/osobę dla liczby 2,61-2,74 osób w gospodarstwie domowym. W okresie od 01.2005 r. do 12.2005 r. oszacowane wartości parametrów prostej regresji miesięcznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych stanu Illinois względem liczby

stopniodni grzania ( RYS 8 ) wynoszą a=48,51561 m /miesiąc i b= 0,7722015m3/( Cdzień miesiąc) a współczynnik korelacji r=0,992. Stałe miesięczne zużycie gazu wynosi 48,5156±21,36 m3 /miesiąc dla poziomu ufności 0,95, co odpowiada stałemu zużyciu gazu 217,6 m3/osobę. Rys. 7. Prosta regresji średniego miesięcznego zu2ycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych [3] względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 C) dla stanu Illinois, USA w okresie od 01.2003 r. do 12.2005 r. Dla czerwca, lipca i sierpnia zało2ono Sd(18,3 C)=0, współczynnik korelacji r=0,99, a=50,8862 m3/miesiąc, b=0,8275033 m3/( Cdzień miesiąc). Założenia Sd(18,3 C)=0 dla czerwca, lipca i sierpnia powoduje, że oszacowane wartości stałego zużycia są wyższe a zmiennego niższe ( ). Podobne wyniki uzyskano dla zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych stanu Michigan (RYS 9, tabela 5). Tabela 5. Wyniki analizy regresji średniego miesięcznego zuźycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 C) wa2onej zaludnieniem przy założeniu Sd(18,3 C)=0 dla czerwca, lipca i sierpnia. r - współczynnik korelacji, a, b wg (7). W Michigan dla okresu 2002-2005 średnie roczne stałe zu2ycie gazu wynosi 261,3 m3/osobę

Rys. 8. Prosta regresji średniego miesięcznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych [3] względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 C) dla stanu Illinois w okresie od 01.2005 r. do 12.2005 r. Dla czerwca, lipca i sierpnia założono Sd(18,3 C)=0, współczynnik korelacji r=0,992, a=48,5156 m3/miesiąc, b=0,7722015 m3/( Cdzień miesiąc). Rys. 9. Prosta regresji średniego miesięcznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych [3] względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 C) dla stanu Michigan w okresie od 01.2002 r. do 12.2005 r. Dla czerwca, lipca i sierpnia zało2ono Sd(18,3 C)=0, współczynnik korelacji r=0,975, a=54,86318 m3/miesiąc, b=0,7104976 m3/( Cdzień miesiąc). 4. Wskaźniki efektywności zużycia gazu Jeżeli zużycie całkowite lub na ogrzewanie mieszkania podzieli się przez liczbę stopniodni grzania i średnią powierzchnię mieszkań, to otrzymamy wskaźniki efektywności zużycia gazu wc (całkowitego) i wg (na grzanie), które mogą służyć do porównań między krajami i szacowania zużycia gazu w gospodarstwach domowych w różnych miejscowościach i krajach. Tablica 6. Wskaźnik efektywności wc całkowitego rocznego zużycia gazu ziemnego przez gospodarstwa domowe na 1m2 powierzchni mieszkania i stopniodzień grzania ( Cdzień) dla gazu ziemnego o cieple spalania 39 MJ/m3.

Istotny wpływ na zużycie gazu na ogrzewanie ma izolacja termiczna budynku. Wymagana grubość izolacji termicznej w różnych krajach Europy dla wznoszonych obecnie budynków wynosi od 250 mm w Szwecji, 200 mm w Danii, Norwegii i Finlandii, 150 mm we Francji, 100 mm w Polsce, Niemczech, Wielkiej Brytanii, Irlandii, Holandii, Czechach, Słowacji i Austrii do 50 mm w Belgii, Portugalii, Hiszpanii, Włoszech, Grecji i Turcji. W grupie krajów o grubości izolacji termicznej 100 mm wskaźniki efektywności całkowitego zużycia gazu wc są zbliżone (TABELA6 ). Oszacowane średnie roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych w Niemczech w 2003 r [7] wynosiło: 16780±681 kwh w całej RFN, 17491±786 kwh zachodnich krajach związkowych i 13388±1098 kwh we wschodnich krajach związkowych (dawne NRD). Odpowiadało to zużyciu gazu ziemnego o wartości opałowej 39 MJ/m3 w wysokości: 1554±63 m3 w całej RFN, 1620±73 m3 zachodnich krajach związkowych i 1240±102 m3 we wschodnich krajach związkowych. Według tych samych badań, średnie roczne zużycie gazu na 1 m2 powierzchni mieszkania w 2003 r. wynosiło (TABELA 7 ): 154,5±5,2 kwh w całej RFN, 157,9±5,8 kwh zachodnich krajach związkowych i 138,4±11,3 kwh we wschodnich krajach związkowych. Odpowiadało to zużyciu gazu ziemnego o wartości opałowej 39 MJ/m3 na 1 m2 powierzchni mieszkania w wysokości: 14,3±0,5 m3 w całej RFN, 14,6±0,5 m3 zachodnich krajach związkowych i 12,8±1,05 m3 we wschodnich krajach związkowych. Według Euro-stat-u liczba stopniodni grzania dla Niemiec wynosiła 3135 dni w 2003 r. Całkowite zużycie gazu ziemnego w 2003 r. na 1 m2 mieszkania i stopniodzień grzania wynosiło więc wc=0,00456±0,00016 m3/(m2 Cdzień). Tabela 7. Średnie roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych na 1 m2 powierzchni mieszkania w RFN[7] w 2003 r. Dla nowych budynków zbudowanych w 1994 r. w Kanadzie wartości wskaźników efektywności zużycia gazu wynosiły wc=0,004579 m3/(m2 Cdzień) i wg=0,003497 m3/(m2 Cdzień) przy 4782 Cdni grzania. Średnia powierzchnia mieszkania w Kanadzie w 1993 r. wynosiła 123,9 m3, w tym budynkach wolnostojących 127,7 m3, i w budynkach bliźniakach 103,7 m3. W kanadyjskim gospodarstwie domowym w 2001 r. było średnio 2,55 osób a w 2002 r. - 2,57 osób.

W USA w 2003 r. oszacowane wartości wskaźników efektywności zużycia gazu wynosiły: wc=0,0046 m3/(m2 Cdzień) i wg=0,00363 m3/(m2 Cdzień) przy 2477 Cdni grzania. 5. Prognozowanie zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych w Polsce W Polsce przyjmuje się na ogrzewanie domu wolnostojącego o powierzchni 100 m2 zużycie roczne gazu ziemnego GZ-50 w ilości 1940 m3 dla kotła kondensacyjnego i 2150 m3 dla kotła tradycyjnego. Odpowiada to zużyciu odpowiednio 19,4 i 21,5 m3 gazu GZ-50 na 1 m2 powierzchni użytkowej domu. Budynek wolnostojący wykonany w tradycyjnej technologii o powierzchni 200 m2 z nowym kotłem gazowym spalił w styczniu 2007 r. 600 m3 gazu ziemnego GZ-50, w tym 500 m3 na ogrzewanie. Liczba stopniodni grzania dla stycznia 2007 r. wynosiła 410 Cdni. Stąd wg =0,0061 m3/(m2 Cdzień) a zużycie gazu na 1 m2 mieszkania wynosiło średnio dla Polski 3719 Cdni-0,0061 m3/(m2 Cdzień)=22,7 m3/m2 dla tego typu domu. Dom wolnostojący wybudowany wg obecnie obowiązujących przepisów w Polsce może zużywać tylko 12 m3/m2 gazu GZ-50 rocznie na jego ogrzewanie, co odpowiada wartości wg =0,0032 m3/(m2 Cdzień). Zużycie gazu w Polsce można porównać z danymi z innych krajów. W USA średnie roczne zużycie gazu ziemnego na 1 m2 mieszkania (RYS 10) wynosi obecnie około 11 m3 w tym około 9 m3 na grzanie. Liczba stopniodni grzania ważona zaludnieniem wynosi dla USA 2159 Cdni a dla Polski 3719 Cdni. Zużyciu 9 m3/m2 na grzanie odpowiada zużycie dla Polski 9(3719/2159)=15,5 m3/m2 gazu na rok. Liczba stopniodni grzania ważona zaludnieniem dla Niemiec wynosiła 3252 dni. Oszacowane zużycie roczne gazu ziemnego na 1 m2 mieszkania wynosiło 15,31 m3/m2. Temu zużyciu 15,31 m3/m2 odpowiada zużycie dla Polski 15,31(3719/3252)=17,51 m3/m2. Jest to jednak zużycie całkowite. Wskaźnik efektywności rocznego zużycia gazu ziemnego na grzanie wynosił 0,0035 m3 /( Cdzień m2) dla Kanady i 0,0036 m3/( Cdzień m2) dla USA. Można z niego dla Polski obliczyć zużycie gazu ziemnego na ogrzewanie w ilości 0,0036 m3/( Cdzień m2)-3719 Cdni = 13,4 m3/m2 gazu rocznie. Są to niższe wartości od założonych, ale średnia powierzchnia mieszkań w USA wynosiła 188 m2 w 1999 r. i 204 m2 w 2003 r. Im większe mieszkanie tym mniejsze zużycie gazu ziemnego na 1 m2. Rys. 10. Średnie roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych USA na 1 m powierzchni mieszkania [3]. Dla Polski na przygotowanie posiłków zakłada się zużycie roczne 45 m3 a na podgrzewanie wody użytkowej - 240 m3 gazu GZ-50 jedną osobę, razem 285 m3/osobę. To stałe zużycie gazu może być mniejsze, jeżeli w gospodarstwie jest kuchnia elektryczna a nie gazowa lub kuchnia gazowa ma

piekarnik elektryczny i/lub dwa elektryczne palniki nawierzchniowe. W Danii tylko 1% domowych odbiorców gazu ziemnego ma kuchnie gazową. W wielu krajach w celu ograniczenia strat ciepła na przesyle, wodę użytkową podgrzewa się w boilerze elektrycznym a nie w kotle gazowym. Minimalne stałe roczne zużycie gazu w Polsce może wynosić nawet 220 m3 gazu GZ-50 na jedną osobę. Średnie roczne zużycie gazu na osobę na podgrzewanie wody i przygotowanie posiłków wynosiło około: 300 m3 w USA, 290 m3 w Kanadzie, 280 m3 w Wielkiej Brytanii i 230 m3 w Niemczech. W USA to stałe zużycie gazu z roku na rok maleje wskutek wymiany starych kotłów i podgrzewaczy wody na nowocześniejsze. W stanach USA średnie roczne stałe zużycie gazu ziemnego na osobę wynosiło dla lat 2002-2005: 205-228 m3 w Illinois, 213 m3 w New Jersey, 225-261 m3 w Michigan, 269 m3 w stanie Nowy Jork i 293 m3 w Pensylwanii. Zgodnie z przyjętym modelem miesięczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych można określić wzorem: E[Sd(18 C)]= d-l +wg-p-sd(18 C) gdzie: d - miesięczne stałe zużycie gazu ziemnego na jedną osobę (m3/osobę), L - liczba osób w gospodarstwie domowym (osoby), wg - wskaźniki efektywności zużycia gazu na grzanie (m3/ Cdzień m2), P - powierzchnia ogrzewana mieszkania (m2), Sd(18 C) - miesięczna liczba stopniodni grzania dla temperatury bazowej 18 C. Jako wartość wg przyjmiemy dla gazu ziemnego GZ-50: 19,4/3719=0,005216456 m3/( Cdzień m2) dla budynków wolnostojących z kotłem kondensacyjnym lub 21,5/3719=0,005781123 m3/( Cdzień m2) dla budynków wolnostojących z kotłem tradycyjnym. Jako przykład obliczymy miesięczne zużycie gazu ziemnego GZ-50 dla domu wolnostojącego w Warszawie o powierzchni 125 m2 z kotłem kondensacyjnym, zamieszkiwanego przez 4 osoby. Miesięczna liczba stopniodni Sd(18 C) grzania dla Warszawy wynosi w: styczniu 670, lutym 632, marcu 508, kwietniu 329, maju 155, czerwcu 46, lipcu 0, sierpniu 0, wrześniu 44, październiku 313, listopadzie 499 i grudniu 595 Cdni. Miesięczne zużycie gazu GZ-50 wynosi w: styczniu 531,9, lutym 507,1, marcu 426,2, kwietniu 309,5, maju 196,1, czerwcu 125, lipcu 95, sierpniu 95, wrześniu 123,7, październiku 299,1, listopadzie 420,4 i grudniu 483 m3, razem roczne zużycie gazu wynosi 3612 m3 dla rocznej liczby 3791 Cdni grzania. Dla analogicznego domu spełniającego obecne wymagania budowlane o wg=0,0032 m3/(m2 Cdzień) i o minimalnym stałym rocznym zużyciu gazu 220 m3/osobę, miesięczne zużycie gazu GZ-50 wynosi w: styczniu 343,6 lutym 328,2, marcu 278,2, kwietniu 206, maju 135,8, czerwcu 91,9, lipcu 73,3, sierpniu 73,3, wrześniu 91,1, październiku 199,6, listopadzie 274,6 i grudniu 313,3 m3. Roczne zużycie gazu wynosi 2409 m3 dla rocznej liczby 3791 Cdni grzania i jest mniejsze o 1203 m3 gazu. Dla tego mieszkania w wyniku modernizacji możliwe jest zmniejszenie zużycia gazu na ogrzewanie o 38% w stosunku do zużycia obecnego. Jeżeli tak obliczone miesięczne zużycie gazu wyznaczy się dla 12-tu miesięcy roku i zsumuje, to otrzymuje się wzór na roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych: E[Sd(18 C)]= 12d-L + wg-p-sd(18 C) gdzie: d - miesięczne stałe zużycie gazu ziemnego na jedną osobę (m3/osobę), L - liczba osób w gospodarstwie domowym (osoby), wg - wskaźniki efektywności zużycia gazu na grzanie (m3/ Cdzień m2), P - powierzchnia ogrzewana mieszkania (m2), Sd(18 C) - roczna liczba stopniodni grzania dla temperatury bazowej 18 C. W tabeli 8 podano statystyki dotyczące wielkości mieszkań i gospodarstw domowych w Polsce. Średnia powierzchnia mieszkań wynosiła 68,2 m2. Mieszkania oddane do użytku w 2005 r. miały średnią powierzchnię 107 m2 a średnia liczba osób w gospodarstwach domowych wynosiła 2,8 (RYS 11). W tabelach 9-11 podano prognozowane roczne zużycie gazu GZ-50 w zależności od liczby osób w gospodarstwie oraz wyposażenia w urządzenia gazowe. Tabela 8. Procent mieszkań o ustalonej powierzchni u2ytkowej według liczby osób w gospodarstwie

domowym (średnia liczba osób w gospodarstwie 2,8) w Polsce dla 2002 r. Rys. 11. Miesięczne zużycie gazu ziemnego GZ-50 w gospodarstwach domowych w funkcji stopniodni grzania Sd(18,3oC) dla powierzchni mieszkania 107 m2 i 2,8 osób w gospodarstwie domowym, a=66,5 m3/miesiąc, b=0,61858 m3/( Cdzień miesiąc) dla kotła tradycyjnego) i 0,55816 m /( Cdzień miesiąc) dla kotła kondensacyjnego oraz mo2liwe minimalne miesięczne zu2ycie gazu w domu wykonanym wg obecnie obowiązujących przepisów bez kuchni gazowej. Tabela 9. Średnie roczne zu2ycie gazu ziemnego GZ-50 w 2,8 osobowych gospodarstwach domowych wyposa2onych w kocioł tradycyjny lub kondensacyjny o powierzchni ogrzewanej budynku wolnostojącego 107 m2.

Tabela 10. Średnie roczne zu2ycie gazu GZ-50 dla liczby stopniodni grzania Sd(18,3 C)=3791 Cdzień (średnia wieloletnia 1961-1990 dla Warszawy i Torunia) dla gospodarstw domowych wyposa2onych w kuchnie, podgrzewacz wody i tradycyjny kocioł gazowy wg liczby osób zamieszkujących mieszkanie w jednorodzinnym budynku wolnostojącym. Tabela 11. Średnie roczne zu2ycie gazu GZ-50 dla liczby stopniodni grzania Sd(18,3 C)=3791 Cdzień (średnia wieloletnia 1961-1990 dla Warszawy i Torunia) dla gospodarstw domowych wyposa2onych w kuchnie, podgrzewacz wody i kondensacyjny kocioł gazowy wg liczby osób zamieszkujących mieszkanie w jednorodzinnym budynku wolnostojącym.

Ze stanów liczydeł trzydziestu gazomierzy G4 wyprodukowanych w 2001 r. i zdjętych z eksploatacji w 2005 r. oszacowano roczne zużycie gazu GZ-50 o wielkości od 74, 150, 220, 750, 1000 m3/rok (kuchnia gazowa i podgrzewacz wody) aż do 4900, 5625, 6250 i 6500 m3/rok. Grupa czternastu gazomierzy odmierzyła od 1250 do 2500 m3/rok. 6. Wnioski Dla konkretnego budynku ogrzewanego gazem opomiarowanego gazomierzem można wyznaczyć dokładne wartości stałych d i wg we wzorze (8) dla stosowanego gazu ziemnego. Wartość d można wyznaczyć jako średnią arytmetyczną z zużycia gazu według wskazań gazomierza w czerwcu, lipcu i sierpniu. Wartość wg można wyznaczyć z zużycia gazu według wskazań gazomierza w grudniu, styczniu i lutym pomniejszonego o zużycie stałe oraz z wyznaczonej liczby stopniodni grzania dla tych miesięcy. Z otrzymanych tak wskaźników efektywności zużycia gazu ziemnego można ocenić najbardziej racjonalne drogi zmniejszenia zużycia gazu ziemnego w budynku, poprzez ograniczenie zysków wilgoci, zmniejszenie strat na wentylacji czy poprawie termoizolacji ścian i dachu. Literatura [1] McKay G.A., Allsoppt: The role of climate in effecting energy demand/supply w Bach W., Pank-rath J., Williams J.: Interactions of Energy and Climate. pp 53-72. D. Reidel Publishing Com-pany, Dordrecht, Holland. [2] U. Kossowska-Cezak Meteorologia i klimatologia. Pomiary, obserwacje, opracowania", Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Łódź 2000 [3] U.S. Energy Information Administration. Updated on 29.11.2006. http://tonto.eia.doe.gov/bdnav/ng/hist/n3010us2m.htm [4] Dopke J.: Zależność zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych od liczby stopniodni grzania. Rynek Energii nr 5 (66) 2006, str. 75-86. [5] Dopke J.: Trendy zmian zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych w USA. Wiadomości Naftowe i Gazownicze nr 11 (103) 2006, str. 15-19. [6] Dopke J.: Zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych i trendy jego zmian. Nowoczesne Gazownictwo 2005 (XI) nr 1. [7] Frondel M., Groesche P., Tauchmann H., Krause B., Wolf A., Pantigoso D.: Erhebung des Ener-gieverbrauchs der privaten Haushalte fuer das Jahr 2003" Mgr inż. Józef Dopke Kierownik Laboratorium Zakładowego APATOR METRIX S.A., 83-110 Tczew, ul. Piaskowa 3 e-mail: jozefdopke@wp.pl tel. służbowy: 058 5309 236