INWENTARYZACJA RODZAJU I WIELKOŚCI ZUŻYCIA PALIW STAŁYCH W BUDYNKACH PRYWATNYCH W ramach projektu: Plan gospodarki niskoemisyjnej dla miasta Lublin Opracowanie: mgr inż. arch. Katarzyna Taracha dr. inż Anna Ostańska
1) Przygotowanie metodologii badań oraz analizy materiałów zastanych W celu zrealizowania umowy nr 164/PN/14 przyjęto następującą metodologię badań, która przedstawiono na poniższym schemacie. METODOLOGIA BADAŃ WIELKOŚCI ZUŻYCIA PALIW STAŁYCH DLA BUDYNKÓW PRYWATNYCH-JEDNORODZINNYCH W LUBLINIE Rys.1. Metodologia inwentaryzacji rodzaju i wielkości zużycia paliw stałych dla budynków prywatnych-jednorodzinnych w Lublinie. Opracowanie własne
2) Zastosowanie przyjętej metodologii badawczej 1. KWERENDA DANYCH WYJŚCIOWYCH W SKALI MIASTA Kwerendę danych wyjściowych przeprowadzono na podstawie materiałów dostarczonych przez zamawiającego, wymienionych w zawartej umowie. Wykonano ją na podstawie analizy bazy budynków w mieście Lublin obejmującą następujące informacje: budynki mieszkalne, punkty adresowe, kondygnacje, powierzchnie, rok budowy, oraz przebieg miejskiej sieci ciepłowniczej i gazowej 1. Z przeprowadzonej analizy wynika, że miasto Lublin podzielone jest na 74 obręby na terenie których znajdują się obiekty mieszkalne w liczbie 23.598 (stan baza danych UM maj 2014). 2. ZAŁOŻENIA BADAWCZE ANALIZA LICZBY BUDYNKÓW JEDNORODZINNYCH Na podstawie przeprowadzonej kwerendy danych wyjściowych określono kryteria ogólne i szczegółowe dla zabudowy jednorodzinnej na terenie Lublina, co podano w p.2.1 i 2.2. Na ich podstawie obliczono liczbę budynków prywatnych - jednorodzinnych w mieście Lublinie. 2.1 KRYTERIA OGÓLNE DLA ZABUDOWY LUBLINA Do kryteriów ogólnych zaliczono następujące cechy budynków: LICZBA BUDYNKÓW W SKALI MIASTA I ANALIZOWANEGO RODZAJU Na podstawie uzyskanej bazy danych z UM stwierdzono, że w Lublinie znajduje się 23.590 budynków mieszkalnych, w tym 19.618 prywatnych (dalej zwanych jednorodzinnymi) 2, objętych niniejszym opracowaniem. ŹRÓDŁO ZASILANIA C.O. (SIEĆ CIEPLNA, GAZ, WĘGIEL) Na terenie miasta Lublina stwierdzono występowanie budynków mieszkalnych jednorodzinnych wykorzystujących w budynkach mieszkalnych następujące źródła zasilania C.O.: z miejskiej sieci cieplnej, gazowe, na paliwa stałe. 1 Kwerenda danych nie objęła liczby mieszkańców ze względu na brak udostępnienia danych ze strony UM 2 Jako budynki jednorodzinne przyjęto jako budynki mieszkaniowe poniżej 3 kondygnacji
Niektóre z poddanych badaniom budynki mieszkalne posiadają zasilanie z miejskiej sieci ciepłowniczej, choć wg informacji uzyskanych w wywiadzie bezpośrednim, w zasadzie nie dotyczy to budynków jednorodzinnych. W budynkach prywatnych wynika to prawdopodobnie z niskiego współczynnika opłacalności rozdrobnionych inwestycji, w których nie ma stałego zużycia na odpowiednim poziomie, a koszty towarzyszące przyłączom nie mają odpowiedniej stopy zwrotu. Na terenie miasta Lublina stwierdzono też dużą grupę budynków wyposażonych w przyłącze gazowe. Wywiad bezpośredni pozwolił na ustalenie faktu, że w większości budynków jednorodzinnych gaz służy w zasadzie tylko do celów bytowych. Co oznacza, że nie wykorzystywany jest jako źródło zasilania do ogrzewania budynku. Ponadto na podstawie przeprowadzenia bezpośredniej ankietyzacji mieszkańców stwierdzono, że nawet jeśli w budynku prywatnym-jednorodzinnym jest źródło ogrzewania na gaz, to jest ono często wykorzystywane tylko w sytuacjach, tzw. ciężkiej zimy, tj. najczęściej w miesiącach grudzień-luty, a nawet styczeń-luty. W pozostałych miesiącach, w budynkach prywatnych, najczęściej wykorzystywane jest paliwo stałe w postaci węgla, koksu lub, a często też drewna. Na podstawie takich ustaleń do dalszej analizy przyjęto obiekty ogrzewane paliwem stałym, które są przedmiotem niniejszego opracowania. KUBATURA Selekcja danych za pomocą, programu AutoCadMap i odpowiednio skonstruowanej w nim formuły analitycznej oraz analiza danych pozwoliła ustalić, że na terenie Lublina budynki prywatne-jednorodzinne zajmują ok. 1.921.151 m 3. W tym do analizy wytypowano budynki od jednej do trzech kondygnacji. 2.2. KRYTERIA WYBORU SZCZEGÓŁOWEGO OBSZARU BADAŃ NA TERENIE LUBLINA (OBRĘB) W celu oceny zużycia paliw stałych w budynkach jednorodzinnych w Lublinie posłużono się podziałem miasta na obrębu. Spośród 74 obrębów Lublina wybrano obręb 9-Dziesiąta II, co oznaczono na rys. 2.
Rys.2. Podział geodezyjny miasta Lublin 74 obręby. Wyszczególniono obszar wybrany do szczegółowej analizy 9 Dziesiąta II Jest to obręb najbardziej reprezentatywny, do realizacji celu zadania umownego, ze względu na: gęstość zabudowy jednorodzinnej, wiek budynków, liczbę kondygnacji, użyte technologie i materiały oraz proces zaawansowania działań termomodernizacyjnych i skalę zużycia węgla na tym obszarze (mimo alternatywnych źródeł ciepła), a także bliskość elektrociepłowni. Spośród różnych źródeł zasilania budynków prywatnych-jednorodzinnych do celów c.o. w liczbie 7.572, objętych niniejszym opracowaniem, do analizy analitycznej wybrano tylko budynki ogrzewane węglem. Na podstawie przeprowadzonej ankietyzacji na wybranym obszarze analizowanego obrębu w obliczeniach uwzględniono wybrane aspekty szczegółowe. Na tej podstawie do kryteriów szczegółowych zaliczono następujące cechy budynków: LICZBA BUDYNKÓW OGRZEWANYCH WĘGLEM W SKALI OBRĘBU na podstawie analizy danych z przeprowadzonej kwerendy i ankietyzacji mieszkańców stwierdzono, że na terenie obrębu znajduje się 2.284 budynków mieszkalnych prywatnychjednorodzinnych, w tym 882 z nich są zasilane paliwem stałym, głównie węglem. Łączna
kubatura takich budynków wynosi ok. 218.025 m 3. W przyjętej analizie uwzględniono fakt zmniejszonego zużycia paliwa stałego, ze względu na użycie do celów c.o. alternatywnie, jak opisano wcześniej, paliwa płynnego. CZAS TERMOMODERNIZACJI proces termicznych modernizacji budynków jednorodzinnych w reprezentatywnym, wybranych do dalszych badań i analiz budynków prywatnych ogrzewanych paliwem stałym, fragmencie obrębu realizowane były w ostatnim dziesięcioleciu. ZUŻYCIE ENERGII PIERWOTNEJ PRZED I PO TERMOMODERNIZACJI na podstawie przeprowadzonych ankiet (Zał. 1) stwierdzono, że budynki jednorodzinne w analizowanym fragmencie obrębu 9 są ogrzewane dwoma rodzajami paliwa: płynnym (gaz) i stałym (węgiel, koks, drewno). Analiza ankiet pozwoliła ustalić, że analizowane budynki przed termomodernizacją zużywały średnio ok. 30% więcej paliwa płynnego i ok. 50% więcej paliwa stałego. Na podstawie przyjętych założeń badawczych przeprowadzonych według przyjętych kryteriów ogólnych (p.2.1) i szczegółowych (p.2.2) opracowano technikę badań w sposób oryginalnej procedury. 3. TECHNIKA BADAŃ Przyjęta technika badań polega na przeprowadzeniu opracowanej procedury (rys.1), składającej się z kwerendy, ankietyzacji na reprezentatywnym obszarze badawczym, przeprowadzonej w wywiadzie bezpośrednim na oryginalnych ankietach wśród mieszkańców użytkujących wytypowane do analizy budynki. A następnie wyniki te implikowano na pozostałe obręby miasta Lublin, uwzględniając cechy budynków podane w bazie danych udostępnionych w materiałach UM. Bazę danych uaktualniono w maju 2014r. (pracownicy UM), a w niniejszym opracowaniu skorelowano ją z wynikami ankietyzacji uzyskanymi w reprezentatywnym obrębie 9. Realizację zakresu oryginalnej procedury pokazano na przykładzie konkretnego obrębu, wraz z opracowaniem wyników badań i ich analizy na terenie wybranego obrębu. Szczegóły pokazano w punktach 3.1 do 3.4.
3.1. ANALIZA KWERENDY DANYCH WYJŚCIOWYCH POD KĄTEM ZAŁOŻEŃ BADAWCZYCH 3.2. WYBÓR OBIEKTÓW REPREZENTATYWNYCH Z OBRĘBU (DOBÓR PRÓBY REPREZENTATYWNEJ) W celu zrealizowania przyjętej metodologii przeprowadzono inwentaryzację wybranego obrębu, co pokazano na rys. 2. Szczegółowy dobór obiektów poddanych analizie pokazano na rysunku 3 oraz w załączniku 2. Spośród ankietowanych budynków znacząca część gospodarstw domowych zadeklarowała spalanie paliw stałych w celach bytowych. Zinwentaryzowano również liczne budynki zasilane przez miejską siec ciepłowniczą które nie podlegają niniejszemu opracowaniu.
Rys.3. Inwentaryzacja obiektów reprezentatywnych, szczegóły Załącznik 2. Opracowanie własne.
3.3. ANKIETOWANIE WYBRANYCH OBIEKTÓW Szczegóły ankiety podano w załączniku nr.1. 3.4. ANALIZA WYBRANYCH OBIEKTÓW REPREZENTATYWNYCH. Kryteria wyjściowe i ustalenie typologii obiektów w skali budynku przyjęto pod względem: CZASU REALIZACJI POWIERZCHNI ZABUDOWY I KUBATURY PRZEPROWADZONEJ TERMOMODERNIZACJA, IN SITU ZUŻYCIA PALIW STAŁYCH 4. AGREGACJA DANYCH I ANALIZY WYNIKÓW BADAŃ Wyniki z analizowanych danych wyjściowych oraz wyniki przeprowadzonych badań własnych zestawiono w formie tabeli, co szczegółowo pokazano w tab.1.
ROK ZAKONCZENIA BUDOWY TERMOMODERNIZACJA ZUŻYCIE PALIW SYSTEM POWIERZCHNIA KUBATURA WYMIANA WYMIANA WĘGLA (tony) DREWNA L.P. DO 1975 1976-1992 1993-2008 PO 2009 OGRZEWANIA ZABUDOWY [m 2 ] KONDYGNACJE [m 3 ] OCIEPLENIE PIECA GRZEJNIKÓW PRZED TER. PO TER. [m 3 ] 1 1 GAZ+WEGIEL 91 2 491,4 2 2 1 WĘGIEL 45 1 121,5 2 3 1 WĘGIEL 103 2 556,2 1 1 1 2 4 1 WĘGIEL 79 2 426,6 1 30 5 1 WĘGIEL 70 3 567 1 1 2,5 6 1 WĘGIEL 122 2 658,8 1 3 7 1 WĘGIEL 21 1 56,7 1 8 1 DREWNO+GAZ 113 3 915,3 1 6 9 1 WĘGIEL 138 3 1117,8 1 1 35 10 1 KOKS 119 3 963,9 1 1 1,5 11 1 WĘGIEL 62 2 334,8 1 1 2 4 12 1 WĘGIEL 83 3 672,3 3 2 13 1 WĘGIEL 70 1 189 1 3 2 1 14 1 WĘGIEL 69 2 372,6 1 1 1 4 3 15 1 WĘGIEL 78 2 421,2 1 1 1 5 2,5 2 16 1 WĘGIEL 83 3 672,3 1 1 1 1 3 17 1 WEGIEL+GAZ 103 1 278,1 1 1 18 1 WEGIEL+GAZ 135 2 729 1 1 0,5 2,5 19 1 WĘGIEL 64 2 345,6 1 1 1 2,5 2 20 1 GAZ+DREWNO 62 2 334,8 1 5 21 1 WĘGIEL 139 3 1125,9 1 1 25 22 57 42 8 4 3 GAZ I INNE BUDUNKI NIE PODLEGAJĄCE SZCZEGÓLOWEJ ANALIZIE PRZEDMIOTU UMOWY Tab.1. Zestawienie danych szczegółowych budynków z analizowanego obszaru.
3) PRZYGOTOWANIE RAPORTU Z BADAŃ - REKOMENDACJE DLA ANALIZOWANEJ GRUPY BADAWCZEJ Z przeprowadzonego wdrożenia przyjętej metodologii wynika, że: na badanym obszarze znaczna część gospodarstw domowych spala paliwa stale takie jak: węgiel, drewno oraz koks. Wynikiem czego jest niekontrolowana emisja tlenków węgla oraz lotnych substancji szkodliwych w tym pyłów. brakuje edukacji mieszkańców pod kątem możliwych sposobów termomodernizacji wraz ze zmianą źródła ciepła, które wygenerują opłacalny zwrot inwestycji, brakuje świadomości mieszkańców na temat zanieczyszczeń powietrza będących wynikiem spalania paliw stałych w gospodarstwach domowych. brakuje edukacji mieszkańców rezygnujących z ogrzewania na paliwo ciekłe, na rzecz ogrzewania na paliwo stałe, o skutkach długofalowych zanieczyszczania środowiska, brakuje preferencyjnych kredytów na wymianę lub zmianę źródła ciepła albo docieplenie, co zniechęca prywatnych inwestorów do docieplania, należy kontynuować ankietowanie, a najlepiej wprowadzić cykliczne ankietowanie (co 3-5 lat) wybranego obszaru, albo obszarów, aby monitorować zużycie węgla w mieście Lublinie. W tym celu należy przewidzieć środki finansowe na cykliczne badania. 4) OSZACOWANIE RODZAJU I WIELKOŚCI ZUŻYCIA PALIW STAŁYCH W BUDYNKACHPRYWATNYCHW LUBLINIE NA PODSTAWIE ZEBRANYCH INFORMACJII Na podstawie analizy danych wyjściowych dokonano oszacowania rodzaju i wielkości zużycia paliw stałych w budynkach prywatnych w Lublinie. Po przeprowadzeniu badań zabudowy prywatnej-jednorodzinnej (w zabudowie wolno stojącej, bliźniaczej i szeregowej) na obszarze szczegółowej analizy (obręb 9) polegających na wizji lokalnej (badania in situ ) i agregacji danych uzyskanych w wywiadzie bezpośrednim (badania ankietowe) oraz kwerendzie danych miejskich wyliczono (na podstawie danych UM i badań własnych) kubaturę wszystkich obiektów spełniających kryteria wyjściowe na terenie wyspecyfikowanego obszaru (K1).
W kolejnym kroku wyliczono kubaturę obiektów ogrzewanych węglem (K2) i drewnem (K3). A następnie zużycie węgla na badanym obszarze (Z1) oraz zużycie drewna (Z2). Całość uśredniono odnosząc je do kubatury zbadanych obiektów. Na podstawie analizy stwierdzono, że z tak przeprowadzonej metodologii wynikają następujące współczynniki: W1 kubaturowy udział budynków zasilanych węglem na wybranym obszarze badawczym i W2- kubaturowy udział budynków zasilanych drewnem na wybranym obszarze badawczym. Poniżej wyliczono zdefiniowane współczynniki kubaturowe udziału budynków zasilonych analizowanymi rodzajami paliwa stałego: W1 = K2/K1 = 38,6/100 W2 = K3/K1=21,05/100 Po zaimplementowaniu bazy danych miejskich dotyczących budynków mieszkalnych wygenerowano liczbę budynków prywatnych-jednorodzinnych spełniających kryteria wyjściowe na terenie miasta Lublina. Następnie obliczono ich kubaturę (K4), a szczegóły podano w załączniku 2. Na podstawie tak przyjętej analizy wyprowadzono współczynnik W3 objętościowego uśrednionego zużycia węgla na terenie miasta Lublina, a wyniki podano w [t]. A następnie wyprowadzono współczynnik W4 objętościowego, uśrednionego zużycia drewna na terenie miasta Lublina, którego wyniki podano w [m 3 ]. Poniżej przedstawiono oryginalne wzory i wyniki obliczeń na podstawie, których podano współczynniki W3 i W4: W3= Z1/K2*K4*W1 W4= Z2/K3*K4*W2 które odpowiednio wynoszą: W3= 15470,86 tony W4= 32906,26 m 3 Uwaga! Należy pamiętać, że współczynniki W3 i W4 uwzględniają zużycie nośników energii w analizowanych obiektach uzależnione od wieku, stanu technicznego oraz przeprowadzonych termomodernizacji. Na potrzeby przeprowadzonych analiz dopuszcza się też błąd obliczeniowy na poziomie 10%, wynikający głównie z różnej jakości wykonanych dociepleń (zaobserwowany podczas badań in situ ).
ZUŻYCIE [m3] WEGLA [tony] DREWNA [m3] W OBSZARZE SZCZEGÓŁOWEJ ANALIZY 348,08 740,36 W MIESCIE 15470,86 32906,26 UDZIAŁ BUDYNKÓW ZASILANYCH WĘGLEM [%] UDZIAŁ BUDYNKÓW ZASILANYCH DREWNEM [%] 38,60 21,05 Tab.2. Zestawienie zużycia paliw stałych na terenie obszaru poddanego szczegółowej analizie oraz całego miasta. Na podstawie wyników w tab.2 stwierdzono, że udział budynków zasilanych węglem w skali miasta wynosi niespełna 40%, a udział budynków zasilanych drewnem wynosi niewiele ponad 20%. 5) PROPOZYCJA MONITOROWANIA ZUŻYCIA PALIW STAŁYCH DLA MIASTA Niniejsze opracowanie i przyjęta metodologia badań potwierdziła, że za jej pomocą możliwe jest wyliczenie zużycia paliwa stałego w budynkach prywatnych-jednorodzinnych w skali miasta, co rekomenduje niniejszą metodę do monitorowania tego zużycia nie rzadziej niż co pięć lat, a najlepiej co 3 lata, aby było możliwe planowanie działań zapobiegawczych nadmiernej produkcji CO2 oraz innych substancji lotnych będących produktem spalania paliw w sektorze bytowo-gospodarczym. W tym pył PM10 zawierający benzo(a)piren, metale ciężkie oraz dioksyny i furany. Należy zabezpieczyć środki finansowe niezbędne do przeprowadzenia monitorowania zużycia paliw stałych w sektorze prywatnym na terenie Lublina w cyklicznych odstępach czasowych.