Średnie miesięczne temperatury powietrza w ostatnich sezonach grzewczych

Ze średnich dobowych temperatur powietrza [1] dla analizowanych polskich miast obliczono średnią miesięczną temperaturę powietrza (rys. 1).

Dla miesięcy od 1 września do 31 maja następnego roku obliczono średnią temperaturę powietrza w sezonie grzewczym (rys. 2).

Rys. 1. Średnie miesięczne temperatury powietrza w sezonach grzewczych od 2002/2003 r. do 2013/2014 r. dla Gdańska

W Gdańsku średnia miesięczna temperatura powietrza sezonie grzewczym 2013/2014 r. wynosiła w miesiącach:

• październiku 2013 r. (10,73^oC),
• listopadzie 2013 r. (5,52^oC),
• grudniu 2013 r. (3,08^oC),
• lutym 2014 r. (2,45^oC),
• marcu 2014 r. (6,72^oC),
• kwietniu 2014 r. (9,26^oC)

i była wyższa od średniej miesięcznej temperatury w sezonach grzewczych od 2002/2003 r. do 2013/2014 r. (tabela 1).

W pozostałych miesiącach sezonu grzewczego 2013/2014 r. temperatura powietrza była niższa od średniej miesięcznej temperatury w sezonach grzewczych od 2002/2003 r. do 2013/2014 r. 

Średnia temperatura powietrza w Gdańsku w sezonie 2013/2014 r. wynosiła 6,79^oC i była wyższa od średniej w sezonach grzewczych od 2002/2003 r. do
2013/2014 r., która wynosiła 5,75^oC.

Tabela 1. Średnia miesięczna temperatura powietrza i średnia temperatura powietrza w sezonie grzewczym od sezonu 2002/2003 r. do 2013/2014 r. w Gdańsku

Rys. 2. Średnie temperatury powietrza w sezonie grzewczym od 1999/2000 r. do 2013/2014 r. dla wybranych siedmiu miast Polski

W sezonach grzewczych od 1999/2000 r. do 2013/2014 r. najcieplejszym miastem wojewódzkim był Wrocław a najzimniejszym miastem wojewódzkim Białystok z wyjątkiem sezonu 2000/2001 r. kiedy najzimniejszym miastem był Gdańsk Rębiechowo.

W okresie od sezonu 1999/2000 r. do 2013/2014 r. najcieplejszym sezonem grzewczym był sezon 2006/2007 r. a bardzo zimnymi dwa sezony grzewcze 2002/2003 r. i 2005/2006 r.

Ostatni sezon grzewczy 2013/2014 r. był cieplejszy od poprzedniego sezonu 2012/2013 r. (rys. 3).

W najzimniejszym mieście wojewódzkim Białymstoku średnia temperatura powietrza wynosiła 3,54^oC w sezonie 2012/2013 r. i 5,34^oC w sezonie 2013/2014 r.

W Warszawie Okęciu średnia temperatura powietrza wynosiła 4,75^oC w sezonie 2012/2013 r. i 6,76^oC w sezonie 2013/2014 r.

W najcieplejszym mieście wojewódzkim Wrocławiu średnia temperatura powietrza wynosiła 6,18^oC w sezonie 2012/2013 r. i 8,38^oC w sezonie 2013/2014 r.

Rys. 3. Średnia temperatura powietrza w sezonach grzewczych od najcieplejszego 2006/2007r. do 2013/2014 r. dla wybranych miast

Liczba stopniodni grzania w sezonach grzewczych

Zużycie energii na ogrzewanie budynków zależy silnie od przebiegu pogody w sezonie grzewczym. 

Od sezonu grzewczego 2006/2007 r. każdy następny sezon grzewczy jest chłodniejszy. To oziębienie klimatyczne trwające już siedem sezonów grzewczych powoduje, że rośnie liczba stopniodni grzania, od której liniowo jest zależne zużycie energii (paliw) na ogrzewanie budynków.

Miesięczną liczbę stopniodni grzania Sd(15^oC) obliczono z definicji [2] ze średnich dobowych temperatur powietrza t_śr(i) [1]:

W metodzie przyjętej przez Eurostat stopniodni grzania Sd(t_b) dla temperatury bazowej t_b=18^oC i temperatury granicznej t_gr=15^oC oblicza się ze wzoru:

Według (2) dniami grzewczymi są dni o t_śr(i)<t_gr=15^oC.

W polskiej normie PN-B-02025 definiuje się do celów obliczeniowych roczną liczbę
stopniodni grzania wg wzoru:

gdzie:

t_wo – obliczeniowa temperatura wewnętrzna (20oC dla pokoi, przedpokoi, kuchni z kuchenką gazową lub elektryczną),
t_e(i) - średnia miesięczna temperatura powietrza zewnętrznego,
Ld(i) – liczba dni grzewczych.

Miesięczne liczby stopniodni grzania Sd(18^oC) dla temperatury bazowej 18^oC oraz
Sd(18^oC; 15^oC) dla temperatury bazowej 18^oC i temperatury granicznej 15^oC wg Eurostat-u w listopadzie, grudniu, styczniu, lutym i marcu nie różnią się (rys. 4). Jeżeli wszystkie dni miesiąca mają t_śr<t_gr=15^oC, to Sd(18^oC)=Sd(18^oC; 15^oC).

Różnice między wartościami Sd(18^oC) a Sd(18^oC; 15^oC) są tym większe im więcej jest dni o średniej temperaturze dziennej powietrza zewnętrznego między 15^oC i 18^oC.

Takie dni występują w Polsce w najcieplejszych miesiącach sezonu grzewczego, to jest wrześniu, październiku, kwietniu i maju. W tych miesiącach zużywa się najmniej energii na ogrzewanie budynków.

Największe zużycie energii na ogrzewanie występuje w Polsce w grudniu, styczniu i lutym.

Miesięczne wartości liczby stopniodni grzania Sd(18^oC) można obliczyć ze wzoru Hitchin’a ze średnich miesięcznych temperatur powietrza zewnętrznego, co jest mniej pracochłonne niż liczenie wartości liczby stopniodni grzania Sd(18^oC; 15^oC) z definicji, ponieważ Sd(18^oC; 15^oC) nie można obliczyć z wzoru Hitchin’a.

Liczby stopniodni grzania Sd(18^oC) w sezonie grzewczym dla temperatury bazowej 18^oC oraz Sd(18^oC; 15^oC) dla temperatury bazowej 18^oC i temperatury granicznej 15^oC wg Eurostat-u (rys. 5) nie różnią się istotnie.

W sezonie grzewczym 2013/2014 r. w Gdańsku było Sd(18^oC)=3065,6^oCdni i Sd(18^oC; 15^oC)=3036,5^oCdni. Błąd założenia Sd(18^oC) zamiast Sd(18^oC; 15^oC) wynosił 0,96%.

W sezonie grzewczy 2012/2013 r. było Sd(18^oC)= 3483,7^oCdni i Sd(18^oC; 15^oC)=3455,4^oCdni. Błąd założenia Sd(18^oC) zamiast Sd(18^oC; 15^oC) wynosił 0,82%.

W sezonie grzewczy 2011/2012 r. było Sd(18^oC)=3124,8^oCdni i Sd(18^oC; 15^oC)=3075,3^oCdni. Błąd założenia Sd(18^oC) zamiast Sd(18^oC; 15^oC) wynosił 1,61%.

W mniej dokładnych obliczeniach zamiast wartości liczby Sd(18^oC; 15^oC) można stosować liczbę Sd(18^oC).

Rys. 4. Liczba stopniodni grzania Sd(t_b) dla t_b od 12^oC do 20^oC oraz liczba Sd(18^oC; 15^oC) wg EUROSTAT-u obliczone z definicji w sezonie grzewczym 2013/2014 r. dla Gdańska

Rys. 5. Liczba stopniodni grzania Sd(t_b) w sezonie grzewczym dla t_b od 12^oC do 20^oC oraz Sd(18^oC; 15^oC) wg EUROSTA-u obliczone z definicji w sezonach grzewczych od 2011/2012 r. do 2013/2014 r. dla Gdańska

Liczba stopniodni grzania w sezonie grzewczym Sd(18^oC; 15^oC) dla temperatury bazowej 18^oC i temperatury granicznej 15^oC wg Eurostat-u (rys. 6) ma jeszcze jedną dużą wadę. Nie można jej obliczyć z przybliżonych wzorów Hitchin’a w przeciwieństwie do pozostałych liczb Sd(t_b).

Zbliżone wartości Sd(18^oC; 15^oC) i Sd(18^oC) powodują, że w rzeczywistości zakłada się wg EUROSTAT-u bardzo wysoką temperaturę bazową 18^oC, którą w Polsce można było zakładać pod koniec lat osiemdziesiątych a nie obecnie przy znacznie większej termoizolacyjności budynków.

Rys. 6. Liczba stopniodni grzania Sd(t_b) dla t_b od 12^oC do 20^oC obliczona z definicji i z wzoru Hitchin’a dla rzeczywistej stałej k oraz Sd(18^oC; 15^oC) wg EUROSTA-u obliczone z definicji w sezonie grzewczym 2013/2014 r. dla Gdańska

Uśrednioną rzeczywistą 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. [3] wynosiła ona 18,5^oC w 1987 r. i 15,2^oC w 1998 r. Duże osiedla domów wielopiętrowych ocieplonych styropianem o grubości 100 mm i ogrzewanych osiedlowymi ciepłowniami rozpoczynają ogrzewanie przy średniej kroczącej temperaturze dobowej t_b=15^oC.

Dalej założono temperaturę bazową 15^oC, przy której rozpoczynano ogrzewanie mieszkań w Polsce. 

Miesięczną liczbę stopniodni grzania Sd(15^oC) obliczono z definicji ze średnich dobowych temperatur powietrza t_śr(i) [1] dla temperatury bazowej t_b=15^oC. Następnie obliczono liczbę stopniodni grzania w sezonie grzewczym.

Liczby stopniodni grzania Sd(15^oC) zanotowane w poprzednich sezonach grzewczych od sezonu grzewczego 1999/2000 r. do 2013/2014 r. podano na rys. 7.

W tym okresie najzimniejszy był sezon 2002/2003 r. a najcieplejszy 2006/2007 r.

Sezon grzewczy 2013/2014 r. był zimniejszy od najcieplejszego sezonu 2006/2007 r. ale cieplejszy od sezonów od 2007/2008 do 2012/2013 r. Zużyto w nim mniej energii na ogrzewanie budynków niż w poprzednim sezonie 2012/2013 r.

Dla sezonów grzewczych od 1999/2000 r. do 2013/2014 r. w Łodzi (rys. 8) najzimniejszym sezonem grzewczym był sezon 2002/2003 r. a najcieplejszym sezon 2006/2007 r. 

Ostatni sezon grzewczy 2013/2014 r. był w tym rankingu nieco tylko chłodniejszy niż ten najcieplejszy sezon 2006/2007 r.

W Białymstoku (rys. 9) i Wrocławiu (rys. 10) najzimniejszym sezonem od sezonu 1999/2000 r. był także sezon 2002/2003 r. Podobnie jak w Łodzi ostatni sezon grzewczy 2013/2014 r. był w rankingu nieco tylko chłodniejszy niż ten najcieplejszy sezon 2006/2007 r.

Rys. 7. Liczba stopniodni grzania Sd(15^oC) w sezonach grzewczych od 1999/2000 r. do 2013/2014 r. dla 6 wybranych miast Polski

Rys. 8. Skumulowana liczba stopniodni grzania Sd(15^oC) dla Łodzi w sezonach grzewczych od 1999/2000 r. do 2013/2014 r.

Rys. 9. Skumulowana liczba stopniodni grzania Sd(15^oC) dla Białegostoku w sezonach grzewczych od 1999/2000 r. do 2013/2014 r.

Rys. 10. Skumulowana liczba stopniodni grzania Sd(15^oC) dla Wrocławia w sezonach grzewczych od 1999/2000 r. do 2013/2014 r.

Zużycie energii na ogrzewanie w sezonach grzewczych

Zużycie energii w domach mieszkalnych i budynkach użyteczności publicznej można
przedstawić w postaci modelu [2]:

    E = a + b·Sd(t_b) + e                                                                        (4)
gdzie:

E - zużycie energii,
a, b - współczynniki,
Sd(t_b) - funkcja liczby stopniodni w zależności od t_b,
t_b - bazowa temperatura zewnętrzna, powyżej której praca systemu grzewczego nie jest wymagana,
e – błąd metody.

Przedstawiona zależność 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.

Jeżeli w identycznym budynku w sezonie 2013/2014 r. we Wrocławiu o Sd(15^oC)=1877^oCdni zużyto na ogrzewanie 1 jednostkę energii, to w Białymstoku o Sd(15^oC)=2672,6^oCdni zużycie energii na ogrzewanie wyniesie 2672,6oCdni/1877oCdni=1,424 jednostki energii, to jest o 42,4% więcej (rys. 11).

Analogicznie w Gdańsku Rębiechowie o Sd(15^oC)=2479,4^oCdni zużycie energii na ogrzewanie wyniesie 2479,4^oCdni/1877^oCdni=1,321 jednostki energii, to jest o 32,1% więcej niż we Wrocławiu.

W Warszawie Okęciu o Sd(15^oC)=2305,4^oCdni zużycie energii na ogrzewanie wyniesie 2305,4^oCdni/1877^oCdni=1,228 jednostki energii, to jest o 22,8% więcej niż we Wrocławiu.

Rys. 11. Różnice zużycia energii na ogrzewanie budynków w analizowanych miastach w stosunku do najcieplejszego miasta Wrocławia w sezonach grzewczych od 2006/2007 r. do 2013/2014 r.

Na rys. 12 przedstawiono zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynku w Gdańsku od sezonu grzewczego 2002/2003 r. w stosunku do najcieplejszego sezonu grzewczego 2006/2007 r.

W najzimniejszym sezonie grzewczym 2002/2003 r. zużyto w Gdańsku o 52,2% więcej energii na ogrzewanie budynku niż w najcieplejszym sezonie 2006/2007 r.

W sezonie grzewczym 2005/2006 r. zużyto w Gdańsku o 48,9% więcej energii na ogrzewanie budynku niż w najcieplejszym sezonie 2006/2007 r.

W ostatnim sezonie 2013/2014 r. zużyto o 16,6% a w sezonie 2012/2013 r. o 39,8% więcej energii na ogrzewanie budynków niż w najcieplejszym sezonie 2006/2007 r.

Analogiczną analizę przedstawiono na rys. 13 dla najzimniejszego miasta wojewódzkiego Białegostoku, Gdańska Rębiechowa, Łodzi i najcieplejszego miasta wojewódzkiego Wrocławia.

Największe zmiany zużycia energii względem najcieplejszego sezonu grzewczego 2006/2007 r. wystąpiły w sezonie 2002/2003 r.: we Wrocławiu o 52,3%, w Łodzi o 49,1%, Gdańsku Rębiechowie o 44,8% i Białymstoku o 39,8%.

Rys. 12. Zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynków w Gdańsku w sezonach grzewczychod 2002/2003 r. do 2013/2014 r. w stosunku do najcieplejszego sezonu 2006/2007 r.

Rys. 13. Zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynków w Białymstoku, Gdańsku Rębiechowie, Łodzi i Wrocławiu w sezonach grzewczych od 1999/2000 r. do 2013/2014 r. w stosunku do najcieplejszego sezonu grzewczego 2006/2007 r.

Na rys. 14 przedstawiono zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynku w Gdańsku od sezonu grzewczego 2002/2003 r. w stosunku do ostatniego sezonu grzewczego 2013/2007 r.
W najzimniejszym sezonie grzewczym 2002/2003 r. zużyto w Gdańsku o 30,6% więcej a w najcieplejszy sezonie 2006/2007 r. o 14,2% mniej energii na ogrzewanie budynku niż w ostatnim sezonie 2013/2014 r.

W sezonie grzewczym 2005/2006 r. zużyto w Gdańsku o 27,8% więcej energii na ogrzewanie budynku niż w ostatnim sezonie 2013/2014 r.

W przedostatnim sezonie 2012/2013 r. zużyto o 19,9% więcej energii na ogrzewanie budynków niż w sezonie 2013/2014 r.

Rys. 14. Zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynków w Gdańsku w sezonach grzewczych od 2002/2003 r. do 2013/2014 r. w stosunku do ostatniego sezonu grzewczego 2013/2014 r.

Analogiczną analizę przedstawiono na rys. 15 dla najzimniejszego miasta wojewódzkiego Białegostoku, Gdańska Rębiechowa, Łodzi i najcieplejszego miasta wojewódzkiego Wrocławia.

Największy wzrost zużycia energii względem ostatniego sezonu grzewczego 2013/2014 r. wystąpił w sezonie 2002/2003 r.:

• we Wrocławiu o 45,9%,
• w Łodzi o 31,9%,
• w Białymstoku o 28%,
• w Gdańsku Rębiechowie o 27,9%.

Największy spadek zużycia energii na ogrzewanie budynków względem ostatniego sezonu grzewczego 2013/2014 r. wystąpił w sezonie 2005/2006 r.:

• w Gdańsku Rębiechowie o 11,7%,
• w Łodzi o 11,5%,
• Białymstoku o 8,5%,
• we Wrocławiu o 4,2%.

Rys. 15. Zmiany zużycia energii na ogrzewanie budynków w Białymstoku, Gdańsku Rębiechowie, Łodzi i Wrocławiu w sezonach grzewczych od 1999/2000 r. do 2013/2014 r. w stosunku do ostatniego sezonu grzewczego 2013/2014 r.

Wnioski

W najzimniejszym sezonie grzewczym 2002/2003 r. zużyto więcej energii na ogrzewanie budynku niż w najcieplejszym sezonie 2006/2007 r.:

• w Warszawie Okęciu o 53,05%,
• we Wrocławiu o 52,3%,
• w Gdańsku,
• w Malborku o 52,2%,
• w Gdyni Oksywiu o 49,8%,
• w Łodzi o 49,1%,
• w Helu o 47,8%,
• w Gdańsku Rębiechowie o 44,8%,
• Białymstoku o 39,8%.

W Krakowie najzimniejszym sezonem grzewczym był w analizowanym okresie 2005/2006 r. kiedy zużyto o 45,1% więcej energii na ogrzewanie budynku niż w najcieplejszym sezonie 2006/2007 r.

Trend zmian liczby stopniodni grzania Sd(15^oC) w Krakowie w okresie sezonów grzewczych od 1995/1996 r. do 2013/2014 r. był rosnący (rys. 16).

Klimat się oziębiał. Od sezonu grzewczego 2006/2007 r. każdy następny jest chłodniejszy. To okresowe oziębienie klimatyczne powoduje, że zużywa się coraz więcej energii (paliw) na ogrzewanie budynków oraz wzrasta emisja dwutlenku węgla.

Częste reklamacje odbiorców gazu ziemnego na wzrost wysokości rachunków są spowodowane zmianami klimatycznymi.

W sezonach grzewczych od 1995/1996 r. do 2013/2014 r. były zimniejsze sezony grzewcze takie jak 2005/2006 r., 1996/1997 r. i 2002/2003 r.

Należy się liczyć z dalszym wzrostem zużycia paliw na ogrzewanie budynków w przypadku wystąpienia zimniejszych sezonów grzewczych i mieć naukowe narzędzia do przewidywania wzrostu tego zużycia energii na ogrzewanie budynków.

Rys. 16. Liczba stopniodni grzania Sd(15^oC) dla Krakowa w sezonach grzewczych od 1995/1996 r. do 2013/2014 r.

Literatura

[1] Ogimet. WWW.ogimet.com
[2] Degree-days: theory and application TM41:2006. The Chartered Institution of Building
Services Engineers 222 Balham High Road, London SW129BS.
[3] M. Błaziak, M. Reszczyńska. Magazyn Polski Gaz i Nafta PGNiG S. A. 1998.
 

Summary

Energy Consumption For The Heating of Buildings In the Last Heating Seasons
Józef Dopke

The energy market heavily depends on the weather conditions in the heating season. The paper presents average monthly air temperature in the heating seasons from September 1. 2002 to May 31. 2014 for Gdańsk and average air temperature in the heating seasons for 1999/2000  to 2013/2014 for the selected polish cities. Author estimates heating degree days for real base temperature 15oC for polish cities in the heating seasons for 1999/2000 to 2013/2014 and presents heating degree days in the last 15 heating seasons. In the conclusion is analysis of differences of energy consumption for the heating of buildings between selected heating seasonfor Białystok. Gdańsk Rębiechowo, Łódź, Wrocław from heating season 1999/2000 to last heating season 2013/2014.