Energia w gospodarstwach domowych przeznaczona jest na ogrzewanie pomieszczeń, grzanie wody użytkowej, przygotowanie posiłków, suszenie odzieży i bielizny. To zużycie można przedstawić w postaci najprostszego modelu [1]:

E = a + b·Sd(tb) + e                                                                                (1)

Gdzie:

E - zużycie energii,
a, b - współczynniki,
Sd(t_b) - funkcja liczby stopniodni grzania w zależności od bazowej temperatury tb,
t_b - bazowa temperatura,
e – błąd metody.

Przedstawiona zależność dotyczy wszystkich paliw stosowanych w domach mieszkalnych, budynkach użyteczności publicznej i zakładach przemysłowych.

Wielkość a określa stałe zużycie energii, np. na grzanie wody użytkowej, przygotowanie posiłków, suszenie odzieży i bielizny w przypadku gospodarstw domowych.

Wielkość b·Sd(t_b) jest zmiennym zużyciem energii na ogrzewanie budynków zależnym od przebiegu pogody. 

Ten sam budynek dla temperatury wewnętrznej powietrza t_w równej 23^oC może mieć temperaturę bazową t_b=18^oC, dla t_w=20^oC – może mieć t_b=15^oC lub dla t_w=18^oC – może mieć t_b=13^oC. Dla budynków szpitali zakłada się temperaturę bazową t_b od 18^oC do 19^oC, ponieważ utrzymuje się w nich wyższą temperaturę powietrza wewnętrznego niż w budynkach mieszkalnych.

Uśrednioną 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. [2] wynosiła ona 18,5oC w 1987 r. i 15,2^oC w 1998 r.

W Polsce duże osiedla domów wielopiętrowych ocieplonych styropianem o grubości 100mm i ogrzewanych osiedlowymi ciepłowniami rozpoczynają ogrzewanie przy kilkudniowej średniej kroczącej średniej dobowej temperaturze powietrza zewnętrznego 15^oC [3, 4]. Do dalszej analizy zużycia energii na ogrzewanie przyjęto bazową temperaturę 15^oC.

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 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 wynosi:

W klimacie Polski w okresie od około 15 maja do około 15 września nie ogrzewa się
mieszkań, pomimo że występują pojedyncze dni o średniej dziennej temperaturze niższej od bazowej temperatury. Dlatego w obliczeniach procentowej zmiany zużycia energii, roczną liczbę stopniodni grzania Sd(15^oC) zmniejsza się o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia.

Liczba stopniodni grzania

Miesięczną liczbę stopniodni grzania Sd(t_b) dla temperatury bazowej t_b (tabela 1) obliczono z definicji [1] ze średnich dziennych temperatur powietrza tśr(i) [5, 6, 7]:

Tabela 1. Miesięczna i roczna liczba stopniodni grzania Sd(t_b) lub Sd(t_b; t_gr) wg EUROSTAT-u w 2014 r. dla Kalisza (51^o46’58’’N, 018^o04’58’’E, 140 m npm)

Roczną liczbę stopniodni grzania Sd(15^oC) w 2014 r. obliczoną z definicji (3) dla 34 miast Polski podano na rys. 1.

Rys. 1. Liczba stopniodni grzania Sd(15^oC) obliczona z definicji: roczna oraz roczna zmniejszona o liczbę stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia dla trzydziestu czterech miast Polski w 2014 r.

Różnice w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w 2014 r. w polskich miastach

Jeżeli znane są miesięczne liczby stopniodni grzania, to z rocznej liczby stopniodni grzania usuwa się miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia.

Roczne zużycie energii na ogrzewanie budynków jest zależne liniowo od tak obliczonej liczby stopniodni grzania.

Jeżeli liczba stopniodni grzania w 2014 r. w Zakopanem wynosiła Sd(15^oC)=2710,8^oCdni a w najcieplejszym mieście Wrocławiu Sd(15^oC)=1834,4^oCdni, to zużycie energii na ogrzewanie identycznego budynku w Zakopanem było większe o (2710,8^oCdni/1834,4-1)100%=47,78% niż we Wrocławiu (rys. 2). 

Zużycie energii na ogrzewanie w 2014 r. tego samego budynku było większe o:

• 56,54% w Suwałkach,
• 52,32% w Białymstoku,
• 47,78% w Zakopanem,
• 43,37% w Elblągu,
• 39,77% w Olsztynie,
• 37,39% w Gdańsku-Rębiechowie,
• 35,61% w Lublinie,
• 27,59% w Warszawie Okęciu,
• 22,74% w Krakowie,
• 11,48% w Tarnowie,
• 8,11% w Legnicy,
• 7,28% w Opolu

niż w najcieplejszym mieście Wrocławiu.

Jeżeli na ogrzanie budynku w najcieplejszym Wrocławiu zużyto 2000 m³ (22220 kWh) gazu wysokometanowego E, to na ogrzanie identycznego budynku zużyto w:

•  Suwałkach 3131,8 m3 (34783,2 kWh) gazu wysokometanowego E,
•  Białymstoku 3046,4 m3 (33845,5 kWh) gazu wysokometanowego E,
•  Zakopanem 2955,6 m3 (32836,7 kWh) gazu wysokometanowego E,
•  Elblągu 2867,4 m3 (31856,8 kWh) gazu wysokometanowego E,
•  Krakowie 2454,8 m3 (27272,8 kWh) gazu wysokometanowego E,
•  Tarnowie 2229,6 m3 (24770,9 kWh) gazu wysokometanowego E,
•  Legnicy 2162,2 m3 (24022 kWh) gazu wysokometanowego E,
•  Opolu 2145,6 m3 (23837,6 kWh) gazu wysokometanowego E.

Rys. 2. Procentowe różnice w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w 2014 r. w analizowanych miastach w stosunku do najcieplejszego miasta Wrocławia obliczone z rocznej Sd(15^oC) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

Zmiany w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu

Na rys. 3 podano roczną liczbę stopniodni grzania Sd(15^oC) dla Krakowa w wieloleciu 1996-2014 obliczoną z definicji oraz Sd(15^oC) bez miesięcznych liczb stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia.

Najcieplejszym był 2000 r. o Sd(15^oC)=2222,1^oCdni, a następnie 2014 r. o Sd(15^oC)=2251,6^oCdni.

Najzimniejszym był rok 1996 r. o Sd(15^oC)=3249,5^oCdni.

Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Krakowie w 2014 r. (rys. 4) obliczona względem najcieplejszego 2000 r. wynosiła 1,33%.

W 2014 r. zużycie energii na ogrzewanie budynków było tylko o 1,33% większe niż w najcieplejszym 2000 r. w wieloleciu 1996-2014.

W zimniejszych latach zużycie energii na ogrzewanie było większe o 46,24% w 1996 r., 35,65% w 2010 r., 29,28% w 1997 r. niż w najcieplejszym 2000 r.

'Rys. 3. Roczna liczba stopniodni grzania Sd(15^oC) obliczona z definicji dla Krakowa w wieloleciu 1996-2014 r.

Rys. 4. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 1996-2014 r. w Krakowie względem najcieplejszego 2000 r. obliczone z rocznej Sd(15^oC) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

Procentowe zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu względem 2014 r.

Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Krakowie (rys. 5) obliczona względem rocznej liczby Sd(15^oC) bez lata w 2014 r. wynosiła 19,6%, w 2013 r., 23,9% w 2012 r., 15,4% w 2011 r., 33,9% w 2010 r., 17,3% w 2009 r., 5,8% w 2008 r., i 10,4% w 2007 r.

Mniejsze zużycie energii na ogrzewanie niż w 2014 r. było w najcieplejszym 2000 r. i wynosiło -1,3%.

Rys. 5. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 1996-2013 r. w Krakowie względem 2014 r. obliczona z rocznej Sd(15^oC) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Warszawie Okęciu (rys. 6) obliczona względem rocznej liczby Sd(15^oC) bez lata w 2014 r. wynosiła:

• 15,2% w 2013 r.,
• 19,6% w 2012 r.,
• 9,5% w 2011 r.,
• 29,6% w 2010 r.,
• 10,8% w 2009 r.,
• -1,6% w 2008 r.,
• 1,6% w 2007 r.

Mniejsze zużycie energii na ogrzewanie niż w 2014 r. było w 2008 r. i wynosiło -1,6% oraz w najcieplejszym 2000 r. -1,9%.

Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie w Gdańsku-Rębiechowie (rys. 7) obliczona względem rocznej liczby Sd(15^oC) bez lata w 2014 r. wynosiła:

• 12,2% w 2013 r.,
• 12,9% w 2012 r.,
• 5,9% w 2011 r.,
• 32,5% w 2010 r.,
• 11,5% w 2009 r.,
• 1,3% w 2008 r.
• 0,9% w 2007 r.

Mniejsze zużycie energii na ogrzewanie niż w 2014 r. było w najcieplejszym 1989 r. i wynosiło -4,3%, w 2000 r. -4,1% oraz w 1990 r. -3,6%.

Procentowe zmiany zużycia energii na ogrzewanie obliczone względem 2014 r. przedstawiono na rys. 8 dla Szczecina i na rys. 9 dla Białegostoku. W obu miastach najcieplejszym dla ciepłownictwa był 2000 r. Zużycie energii na ogrzewanie budynków w tym roku było mniejsze o -4% w Szczecinie i o -9,9% w Białymstoku niż w 2014 r.

Rys. 6. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 1999-2014 r. w Warszawie Okęciu względem 2014 r. obliczona z rocznej Sd(15^oC) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

Rys. 7. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 1987-2014 r. w Gdańsku-Rębiechowie względem 2014 r. obliczona z rocznej Sd(15^oC) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

Rys. 8. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 1999-2014 r. w Szczecinie względem 2014 r. obliczona z rocznej Sd(15^oC) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

Rys. 9. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w wieloleciu 1999-2014 r. w Białymstoku względem 2014 r. obliczona z rocznej Sd(15^oC) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia

 Wnioski

Zużycie energii na ogrzewanie w 2014 r. tego samego budynku było większe o:

• 56,54% w Suwałkach,
• 52,32% w Białymstoku,
• 47,78% w Zakopanem,
• 43,37% w Elblągu,
• 39,77% w Olsztynie,
• 37,39% w Gdańsku-Rębiechowie,
• 35,98 w Malborku,
• 35,61% w Lublinie Radawcu,
• 27,59% w Warszawie Okęciu,
• 22,74% w Krakowie,
• 11,48% w Tarnowie,
• 8,11% w Legnicy,
• 7,28% w Opolu

niż w najcieplejszym mieście Wrocławiu.

Zużycie paliw na ogrzewanie budynków w 2013 r. było wyższe o:

• 9,1% w Suwałkach,
• 7,2% w Białymstoku,
• 20,3% w Zakopanem,
• 13,4% w Olsztynie,
• 12,2% w Gdańsku Rębiechowie, 
• 14,6% w Lublinie Rudawcu,
• 17,8% w Rzeszowie Jasionce,
• 19,6% w Krakowie, 
• 22,1% w Szczecinie,
• 15,2% w Warszawie Okęciu,
• 22,1% w Tarnowie,
• 24,4% w Katowicach, 
• 26,4% w Opolu,
• 24,7% w Poznaniu,
• 25,3% w Zielonej Górze,
• 28,2% we Wrocławiu

niż w 2014 r. (tabela 2).

Tabela 2. Procentowa zmiana zużycia energii na ogrzewanie budynków w latach 2006-2013 względem 2014 r. dla wybranych miast Polski

 Literatura

[1] Degree-days: theory and application TM41:2006. The Chartered Institution of Building Services Engineers 222 Balham High Road, London SW129BS.
[2] Błaziak M., Reszczyńska M.: Dostawy gazu ziemnego do odbiorców. Magazyn Polski Gaz i Nafta. PGNiG S.A., nr 8, 1998.
[3] 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.
[4] Dopke J.: Wyznaczanie temperatury bazowej budynku i prognozowanie zużycia gazu. GWiTS, 2014 nr 6 str. 210-214.
[5] Dopke J.: Zużycie energii do ogrzewania budynków w 33 miastach Polski w 2013 r. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 2014 nr 5 str.171.
[6] Ogimet. WWW.ogimet.com
[7] www.wunderground.com/history

Józef Dopke
[email protected]
12.02.2015 r.

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, [email protected]), 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.

 Energy Consumption for Buildings Heating in 34 Cities of Poland in the Year 2014
Józef Dopke

Key words: temperature, average daily temperature, heating degree days, base temperature, energy consumption, heating, Białystok, Gdańsk-Rębiechowo, Kalisz, Kraków, Szczecin, Warszawa Okęcie.

Summary

This paper gives analysis of difference in the energy consumption for buildings heating in 2014 for 34 cities of Poland in relation to the warmest city Wrocław. Figures illustrate the energy consumption changes for buildings heating in the period 1987-2014 for Gdańsk Rębiechowo, 1996- 2014 for Kraków and 1999-2014 for Warszawa Okęcie, Szczecin and Białystok in relation to the year 2014. This paper compares the weather conditions in 2014 with the weather conditions in period 2006-2014 and describes the difference in the energy consumption for buildings heating in relation to 2014 for select cities in Poland.