Średnie temperatury powietrza oraz analiza zużycia energii na ogrzanie budynków w 2010 roku w Polsce

Podano miesięczną liczbę stopniodni grzania dla temperatury bazowej 15°C dla tych miast w 2010 r.

Dokonano analizy różnicy w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w 2010 r. dla 25-ciu miast Polski względem zużycia energii w najcieplejszym mieście Wrocławiu.

Porównano warunki klimatyczne 2010 r. w Warszawie z pięćdziesięcioleciami 1781-1830, 1941-1990, 1951-2000 i 1961-2010.

Średnie miesięczne temperatury powietrza w 2010 r.

Ze średnich dziennych temperatur powietrza [1] obliczono średnią miesięczną temperaturę powietrza.

Tabela 1. Lokalizacja geograficzna miejsca pomiarów meteorologicznych analizowanych dwudziestu sześciu miast Polski, średnia roczna temperatura powietrza w 2010 r. obliczona ze średnich dziennych temperatur powietrza wg [1]

Z pośród 26 analizowanych miast Polski (tabela 1) najniższa średnia miesięczna temperatura powietrza najczęściej występowała w Zakopanem (marzec, kwiecień, czerwiec, lipiec, sierpień, wrzesień i październik) oraz w Białymstoku (styczeń, luty) (tabela 2).

Najniższa temperatura w maju 2010 r. wystąpiła w Łebie a w grudniu 2010 r. w Olsztynie.

Najwyższa średnia miesięczna temperatura powietrza najczęściej występowała w Zielonej Górze (luty, marzec, kwiecień; czerwiec, lipiec).

Najwyższa temperatura w styczniu 2010 r. wystąpiła w Helu (-4,6°C), w maju w Rzeszowie Jasionce (14,2°C), w sierpniu w Gdańsku (19,9°C), we wrześniu w Helu (13,8°C), w październiku we Wrocławiu (7,7°C), w listopadzie w Rzeszowie Jasionce (7,5°C) i w grudniu w Krośnie (-3,5°C).

Najwyższe średnie roczne temperatury powietrza w 2010 r. wystąpiły we Wrocławiu (8,65°C) (tabela 2, rys. 1), Zielonej Górze (8,63°C), Opolu (8,18°C), Rzeszowie Jasionce (8,16°C) i Legnicy (8,08°C).

Najniższe średnie roczne temperatury powietrza w 2010 r. wystąpiły w Zakopanem (5,37°C) (tabela 2), Olsztynie (6,69°C), Białymstoku (6,75°C), Łebie (6,92°C) i Lęborku (7,10°C).

Tabela 2. Średnia miesięczna temperatura powietrza w 2010 r. dla dwudziestu sześciu wybranych miast Polski obliczona ze średnich dziennych temperatur powietrza wg [1]

Rys. 1. Średnia roczna temperatura powietrza dla 26 miast polski w 2010 r. obliczona ze średnich dziennych temperatur powietrza wg [1]

Liczba stopniodni grzania w 2010 r.

Miesięczną liczbę stopniodni grzania Sd(15°C) obliczono z definicji [2] ze średnich dziennych temperatur powietrza tśr(i) [1]:

Uśrednioną rzeczywistą 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°C w 1987 r. i 15,2°C w 1998 r.

Duże osiedla domów wielopiętrowych ocieplonych styropianem o grubości 100 mm i ogrzewanych osiedlowymi ciepłowniami rozpoczynają ogrzewanie przy średniej temperaturze dobowej tb=15°C.

Dalej założono temperaturę bazową 15°C, przy której rozpoczynano ogrzewanie mieszkań w Polsce.

Obliczone miesięczne liczby stopniodni grzania Sd(15°C) podano w tabeli 3.

Z pośród analizowanych dwudziestu sześciu miast najcieplejszymi o najmniejszej liczbie stopniodni grzania Sd(15°C) (rys. 2) w 2010 r. miastami były:

• Wrocław (2797°Cdni),
• Zielona Góra (2856,1°Cdni),
• Opole (2889°Cdni),
• Legnica (2905,6°Cdni),
• Rzeszów Jasionka (2923°Cdni).

Najzimniejszymi miastami były:

• Zakopane (3660°Cdni),
• Białystok (3416°Cdni),
• Olsztyn (3394,1°Cdni),
• Elbląg (3232°Cdni),
• Malbork (3224,6°Cdni),
• Łeba (3222°Cdni),
• Toruń (3201,9°Cdni).

Tabela 3. Miesięczna i roczna liczba stopniodni grzania Sd(15oC) dla 26 miast Polski w 2010 r.

Rys. 2. Roczna liczba stopniodni grzania Sd(15°C) dla 26 miast polski w 2010 r. : obliczona z definicji (1), z wzoru Hitchin’a [2] oraz Sd(18°C; 15°C) odliczona z definicji wg metodologii Eurostat-u dla temperatury bazowej 18°C i temperatury granicznej 15°C

Jeżeli w identycznym budynku we Wrocławiu o Sd(15°C)=2797°Cdni zużyto na ogrzewanie 1 jednostkę energii, to w Białymstoku o Sd(15°C)=3416°Cdni zużycie energii na ogrzewanie wyniesie 3416°Cdni/2797°Cdni=1,221 jednostki energii, to jest o 22,1% więcej (rys. 3).

Często to uproszczone obliczenie musi wystarczyć w przypadku braku miesięcznych liczb stopniodni grzania. Nie jest to jednak dokładne obliczenie. Jeżeli znane są również miesięczne liczby stopniodni grzania należy z rocznej liczby stopniodni grzania usunąć miesięczne liczby stopniodni grzania dla czerwca, lipca i sierpnia, w których w klimacie Polski nie ogrzewa się mieszkań.

W tym przypadku dla Wrocławia Sd(15°C)=2787,5ºCdni w 2010 r. a dla Białegostoku Sd(15°C)=3391,9°Cdni.

Zużycie energii na ogrzewanie identycznego budynku w 2010 r. w Białymstoku było większe o 3391,9°Cni/2787,5°Cdni =21,7% niż we Wrocławiu.

Zużycie energii na ogrzewanie w 2010 r. tego samego budynku było większe o:

• 26,8% w Zakopanem,
• 21,7% w Białymstoku,
• 20,6% w Olsztynie,
• 14,9% w Elblągu,
• 14,9% w Łebie,
• 14,7% w Malborku,
• 14,2% w Toruniu,
• 13,4% w Lęborku,
• 12,3% w Kielcach,
• 11,9% w Koszalinie,
• 11,9% w Lublinie Radawcu,
• 11,8% w Gdyni Oksywiu,
• 11,7% w Szczecinie,
• 11,5% w Gdańsku,
• 11,4% w Łodzi,
• 10,4% w Helu,
• 9,9% w Katowicach,
• 8,1% w Warszawie,
• 7,2% w Krakowie,
• 7,4% w Poznaniu,
• 4,9% w Krosnie,
• 4,2% w Rzeszowie Jasionce,
• 3,6% w Legnicy,
• 3% w Opolu,
• 2,1% w Zielonej Górze niż we Wrocławiu.

Rys. 3. Różnice w zużyciu energii na ogrzewanie budynków w 2010 r. w analizowanych miastach w stosunku do najcieplejszego miasta Wrocławia obliczone z rocznej Sd(15°C) i z rocznej Sd(15°C) pomniejszonej o miesięczne liczby stopniodni grzania w czerwcu, lipcu i sierpniu

Liczba stopniodni grzania w latach 1941-2010

Aby porównać jakim rokiem był rok 2010 r. porównamy go najpierw z liczbą stopniodni grzania w wieloleciu 1999-2010 dla Warszawy Okęcia (tabela 4).

Liczba stopniodni grzania Sd(15°C)=3050,1°Cdni była w 2010 r. największą w wieloleciu 1999-2010. Był to więc najzimniejszy rok.

Najcieplejszym rokiem w wieloleciu 1999-2010 był 2008 r. z Sd(15°C)=2306,5°Cdni a następnymi 2000 r. z 2329,6°Cdniami i 2007 r. z 2388,1°Cdniami.

Tabela 4. Miesięczna liczba stopniodni grzania Sd(15°C) obliczona z definicji (1) ze średnich dziennych temperatur powietrza [1] dla Warszawy Okęcia

Ze średnich miesięcznych temperatur podanych w „serii warszawskiej” dla lat 1779-2006 [4, 5] oraz obliczonych ze średnich dziennych temperatur wg [1] dla lat 2007-2010 obliczono miesięczne i roczne liczby stopniodni grzania Sd(15°C) ze wzoru Hitchin’a [2] dla rzeczywistych miesięcznych stałych k obliczonych jako średnie arytmetyczne z lat 1999-2010.

Roczną liczbę stopniodni grzania Sd(15°C) oraz roczną Sd(15°C) pomniejszoną o miesięczną liczbę stopniodni grzania czerwca, lipca i sierpnia dla Warszawy podano na rys. 4 dla wielolecia 1941-2010.

W latach 1941-2010 najcieplejszymi latami w Warszawie były:

• 1990 r. z 2230,1°Cdniami,
• 1989 r. z 2243,9°Cdniami,
• 2000 r. z 2297,6°Cdniami,
• 2007 r. z 2361,9°Cdniami,
• 1983 r. z 2401,9°Cdniami.

Najzimniejszymi latami w Warszawie były:

• 1941 r. z 3437,6°Cdniami,
• 1956 r. z 3389,8°Cdniami,
• 1942 r. z 3316,7°Cdniami,
• 1963 r. z 3250,9°Cdniami,
• 1969 r. z 3225°Cdniami,
• 1987 r. z 3189,7°Cdniami,
• 1980 r. z 3168,6°Cdniami,
• 1947 r. z 3165,6°Cdniami,
• 1979 r. z 3013,4°Cdniami,
• 1976 r. z 3004,5°Cdniami.

Rys. 4. Roczna liczba stopniodni grzania Sd(15°C) oraz roczna Sd(15°C) pomniejszona o miesięczną liczbę stopniodni grzania czerwca, lipca i sierpnia dla Warszawy obliczona z wzoru Hitchin’a [2] w wieloleciu 1941-2010

Z obliczonej rocznej liczby stopniodni grzania Sd(15°C) dla wielolecia 1779-2010 obliczono wartość estymatorów wartości średniej (średnia), odchylenia standardowego (s), śred+3s, śred-3s oraz wartości maksymalne (max) i minimalne (min) dla pięćdziesięcioleci: 1781-1830 (tabela 5), 1941-1990 (tabela 6), 1951-2000 (tabela 7), 1961-2010 (tabela 8).

Tabela 5. Średnia miesięczna i roczna liczba, odchylenie standardowe (s), maksymalna (max) i minimalna (min) liczba stopniodni grzania Sd(15°C) dla wielolecia 1781-1830

Tabela 6. Średnia miesięczna i roczna, odchylenie standardowe (s), maksymalna (max) i minimalna (min) liczba stopniodni grzania Sd(15°C) dla wielolecia 1941-1990

Tabela 7. Średnia miesięczna i roczna, odchylenie standardowe (s), maksymalna (max) i minimalna (min) liczba stopniodni grzania Sd(15°C) dla wielolecia 1951-2000

Tabela 8. Średnia miesięczna i roczna, odchylenie standardowe (s), maksymalna (max) i minimalna (min) liczba stopniodni grzania Sd(15°C) dla wielolecia 1961-2010

Średnia wartość liczby stopniodni grzania Sd(15°C) w pięćdziesięcioleciach wynosiła:

• 3139,2°Cdni w latach 1781-1830,
• 2839,5°Cdni w latach 1941-1990,
• 2789,9°Cdni w latach 1951-2000,
• 2757,1°Cdni w latach 1961-2010.

Odchylenie standardowe liczby stopniodni grzania Sd(15°C) w pięćdziesięcioleciach wynosiło:

• 322,5°Cdni w latach 1781-1830,
• 274,5°Cdni w latach 1941-1990,
• 262,4°Cdni w latach 1951-2000,
• 249,5°Cdni w latach 1961-2010.

Maksymalne wartości liczby stopniodni grzania Sd(15°C) jakie wystąpiły w pięćdziesięcioleciach wynosiły:

• 3952,7°Cdni w latach 1781-1830,
• 3437,6°Cdni w latach 1941-1990,
• 3389,8°Cdni w latach 1951-2000,
• 3250,9°Cdni w latach 1961-2010.

W latach 1781-1830 w Warszawie najzimniejszy miesiąc grudzień miał liczbę stopniodni grzania Sd(15°C)=923,8oCdni, styczeń - Sd(15°C)=874,2°Cdni, a luty - Sd(15°C)= 688,8°Cdni.

W pięćdziesięcioleciu 1961-2010 wskutek ocieplenia klimatu najzimniejszy miesiąc styczeń miał liczbę stopniodni grzania Sd(15°C)=837°Cdni, grudzień - Sd(15°C)=716,1°Cdni, a luty - Sd(15°C)=672°Cdni.

Wnioski

W ostatnim dziesięcioleciu 2001-2010 w Warszawie wystąpił rok o najwyższej Sd(15°C) równej 3050,1°Cdni w 2010 r. i najcieplejszy o 2306,5°Cdni w 2008 r.

W ostatnim pięćdziesięcioleciu 1961-2010 najzimniejszy rok 1963 miał Sd(15°C)=3250,9°Cdni a najcieplejszy rok 1990 miał Sd(15°C)=2230,1°Cdni.

W najbliższych latach można spodziewać się wystąpienia zarówno zimniejszych jak i cieplejszych lat od tych jakie wystąpiły w latach 2001-2010, co będzie związane z większym lub mniejszym zużyciem energii na ogrzewanie.

Dobór mocy kotła w budynkach powinien opierać się na maksymalnych wartościach liczby stopniodni grzania jakie mogą wystąpić w najzimniejszych miesiącach roku.

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.
[4] Mirosław Rutkowski : Zwariowana pogoda. Wiedza i Życie nr 10/2001
[5] „Seria warszawska”. pogol.chilan.com/Z-12375-T-SR.htm

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, jozefdopke@wp.pl), 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.

Józef Dopke
jozefdopke@wp.pl