Stanisław Mańkowski

MOC ZAMÓWIONA W MIEJSKICH

SYSTEMACH CIEPŁOWNICZYCH

1. WPROWADZENIE.

Problematyka związana z metodyką ustalania mocy zamówionej w systemach ciepłowniczych w ostatnim okresie stanowiła przedmiot zainteresowania szeregu autorów (1,2,3,4). Zagadnienie to stanowiło jeden węzłowych zagadnień rozpatrywanych w trakcie nowelizacji tzw. rozporządzenia taryfowego ( 5 ). Referat ten nie jest urzędowym komentarzem dotyczącym pojęcia „mocy zamówionej”. Właściwym autorem takiego tekstu powinna być jednostka autorska rozporządzenia czyli Departament Energetyki Ministerstwa Gospodarki bądź organ wykonawczy czyli Urząd Regulacji Energetycznej.

W miejskich systemach ciepłowniczych, szczególnie średnich i dużych mocy, występuje problem ustalania niezbędnej dyspozycyjnej mocy cieplnej źródeł - elektrociepłowni i ciepłowni. Problem ten szczególnie ostro występuje w tych systemach w których źródła ciepła nie są w obszarze własności komunalnej a są przedsiębiorstwami energetyki zawodowej lub przemysłowej.

Wynika on z następujących przesłanek:

• po roku 1990 na początku u odbiorców przemysłowych, a później w budownictwie mieszkaniowym i komunalnym nastąpił znaczący spadek mocy zamówionej (dochodzący nawet do 30%) oraz sprzedawanego ciepła,

• w ośrodkach miejskich pojawił się nadmiar mocy w źródłach w wyniku czego część urządzeń energetycznych jest nie wykorzystywana, podnosząc koszty stałe po stronie producenta ciepła i prowokując pytanie czy już należy przystąpić do likwidacji tej części majątku,

• z wielkością mocy zamówionej przez dystrybutora ciepła - przeważnie miejskie przedsiębiorstwo ciepłownicze - związana jest wielkość opłaty stałej mającej istotne znaczenie dla ekonomiki obu partnerów oraz ceny usług ciepłowniczych i ich konkurencyjności w stosunku do rozwiązań alternatywnych,

• w opracowywanych planach rozwojowych miejskich systemów ciepłowniczych przy budowaniu prognoz rynku energii cieplnej w perspektywie lat 2005÷2010 ustalenie rzeczywistej wyjściowej mocy źródeł jest czynnością niezbędną

Tak więc, problem ten wymaga wnikliwej analizy również z tego powodu, że w poszczególnych systemach ciepłowniczych kraju w różny sposób ustala się moc zamówioną w źródłach co po przez opłatę stałą ma wpływ na cenę ciepła, Można również stwierdzić, że bez ustalenia standardowej metodyki wyznaczania koniecznych mocy źródeł zasilających MSC chaos na rynku usług ciepłowniczych nie zostanie usunięty.

1

2. MOC ZAMÓWIONA W ŚWIETLE ROZPORZĄDZENIA TARYFOWEGO

W znowelizowanej rozporządzeniu (5) w rozdziale 1 § 2 zamieszczono następujące określenia dotyczące w sposób bezpośredni lub pośredni mocy zamówionej:

• 18) moc cieplna -ilość ciepła wytworzonego lub dostarczonego do podgrzania określonego nośnika ciepła lub odebrana od tego nośnika w ciągu godziny,

• 19) zamówiona moc cieplna - ustalona przez odbiorcę największa moc cieplną jaka w ciągu roku występuje w danym obiekcie dla warunków obliczeniowych, która powinna uwzględniać moc cieplną niezbędną dla:

a) pokrycia strat ciepła w obiekcie, zapewniającą utrzymanie normatywnej temperatury i wymiany powietrza w pomieszczeniach, znajdujących się w tym obiekcie.

b) zapewnienia utrzymania normatywnej temperatury ciepłej wody w punktach czerpalnych, znajdujących się d tym obiekcie,

c) zapewnienia prawidłowej pracy innych urządzeń lub instalacji , zgodnie z określonymi dla nich warunkami technicznymi i wymaganiami technologicznymi.

• 20) przyłączeniowa moc cieplna - moc cieplną ustaloną przez przedsiębiorstwo energetyczne dla danej sieci ciepłowniczej na podstawie zamówionej mocy cieplnej przez odbiorców, po uwzględnieniu strat mocy cieplnej podczas przesyłania ciepła tą siecią oraz niejednoczesności występowania szczytowego poboru mocy cieplnej u odbiorców,

• 21) obliczeniowe natężenie przepływu dla sieci ciepłowniczej - natężenie przepływu nośnika ciepła odpowiadające przyłączeniowej mocy cieplnej dla danej sieci ciepłowniczej i parametrom nośnika ciepła dostarczanego ze źródła ciepła do tej sieci, określonym w tabeli regulacyjnej dla warunków obliczeniowych,

• 22) tabela regulacyjna - przedstawioną w postaci tabeli lub na wykresie zależność temperatury nośnika ciepła od warunków atmosferycznych

• 23) warunki obliczeniowe - obliczeniową temperaturę powietrza atmosferycznego określoną dla strefy klimatycznej w której zlokalizowane są obiekty do których jest dostarczane ciepło.

Ponadto z pojęciem mocy zamówionej związane są następujące zapisy przywołane w rozpatrywanym rozporządzeniu:

• §40. Zamówiona moc cieplna jest ustalana przez odbiorcę co najmniej na okres 12 miesięcy i może być zmieniona wyłącznie w terminie ustalonym w umowie sprzedaży ciepła lub umowie o świadczenie usług przesyłowych.

• §45.4 Przekroczenie zamówionej mocy cieplnej z powodu zwiększenia przez odbiorcę natężenia przepływu nośnika ciepła powyżej obliczeniowego natężenia przepływu, stanowi podstawę do ustalenia przez przedsiębiorstwo energetyczne opłat za zamówioną moc cieplną w wysokości wynikającej z tego przekroczenia, poczynając od miesiąca następującego po miesiącu, w którym stwierdzono przekroczenie zamówionej mocy cieplnej przez odbiorcę.

3. KOMENTARZ

Wstępne należy stwierdzić że moc zamówioną ustala odbiorca ciepła, a więc w stosunku do dystrybutora odbiorca zbiorowy np. spółdzielnia mieszkaniowa czy osoba fizyczna a w stosunku do wytwórcy - dystrybutor. Stwierdzono w rozporządzeniu , że:

ponieważ:

gdzie
- moc zamówiona przez i - tego odbiorcę gdy i
n

- moc zamówiona w źródle ( źródłach )czyli przyłączeniowa moc cieplna

n - liczba odbiorców,

β - współczynnik redukcji mocy zamówionej związany z niejednoczesnością szczytowych poborów mocy oraz bezwładnością cieplną sieci;

Stwierdzenie to jest dlatego istotne że poprzednio zarzucano przedsiębiorstwom energetycznym ze często sprzedają więcej mocy niż same kupiły czyli , że sprzedają towar fikcyjny - towar nie wytworzony. Na tym tle można postawić pytanie kto skonsumuje efekt finansowy związany z wartością (1- β) ∑Q_i^zam przy korzystaniu przez odbiorców z usługi przesyłowej i zamawianiu ciepła wytworzonego bezpośrednio u odbiorcy ?

Poniżej przeprowadzono analizę podanych wyżej określeń i postanowień , ograniczając się przy tym do dwóch podstawowych instalacji odbiorczych : centralnego ogrzewania i ciepłej wody.

Zamówiona moc cieplna dla instalacji centralnego ogrzewania. Ustalenie rzeczywistej wartości zamówionej mocy dla tych instalacji może przebiegać w dwojaki sposób: pierwszy wg obliczeń wartości strat ciepła w warunkach obliczeniowych przy czy metodyka obliczeń tych strat została ustalona w normie PN-B-03406 ustanowionej w roku 1994. W normie tej zwraca uwagę p.2.4 w którym stwierdzono, że:

Dla budynków zasilanych z źródeł scentralizowanych (elektrociepłownie, kotłownie osiedlowe ) obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło budynków Q_B należy określać wg wzoru

Q_B =0'9∑ Q (10)

gdzie Q - obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło pomieszczeń wg 2.1 W

Czyli zgodnie metodyką podaną w normie dla budynków zasilanych z miejskich systemów ciepłowniczych należy obliczeniową moc cieplną obniżyć o 10%. Komentarz autorów normy dotyczący tej redukcji wyjaśnia że w przyjętej metodyce obliczeń przyjęto sposób wyznaczania powierzchni przegród budowlanych ( p.2.2.4 ) powodujący zawyżanie uzyskiwanych wyników.

W normie tej jednak stwierdzono (1.2 ):

W normie podano uproszczony sposób obliczeń i dopuszcza się stosowanie metod bardziej dokładnych, teoretycznie uzasadnionych z uwzględnieniem wszystkich założeń przyjętych w danej metodzie.

Tak więc, odbiorca ciepła może wyznaczyć obliczeniową moc cieplną dla potrzeb centralnego ogrzewania posługując się inną dokładniejszą niż podaną w normie metodyką obliczeń ( np. którymś z programów komputerowych używanych przy opracowywaniu audytów energetycznych ) . Należy jednak pamiętać że norma PN-B03406 jest normą obowiązkowego stosowania ( zgodnie z art.19 ust.2 i3 ustawy o normalizacji ) tak jak normy związane dotyczące temperatury ogrzewanych pomieszczeń w budynkach ( PN- 83/B - 02402 ) oraz temperatury obliczeniowej powietrza zewnętrznego ( PN -82/B -02403 ).

Wiadomym jest że obecnie obowiązujące normatywne temperatury powietrza zewnętrznego są zaniżone co powoduje wzrost mocy zamówionej w stosunku do potrzeb rzeczywistych o ok. 5%. Obecnie trwają pracę nad wprowadzeniem nowych dostosowanych do standardów europejskich postanowień normalizacyjnych dotyczących zewnętrznych ( klimatycznych ) warunków obliczeniowych.

Równolegle obowiązuje rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa w sprawie warunków technicznych , jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (9). W rozporządzeniu tym dotyczącym nowowznoszonych, modernizowanych, przebudowywanych i rozbudowywanych budynków (§ 2.1 ) wprowadzono graniczną wartość jednostkowego zapotrzebowania ciepła dla celów ogrzewczych E_o ( kWh/m³a ) która nie powinna być przekroczona. Zgodnie z § 329 graniczne wartości sezonowego zapotrzebowania na ciepło E₀ wynoszą w zależności od współczynnika kształtu budynku (A/V ):

• E₀ = 29 kWh/m³ a gdy A/V≤ 0,20

• E₀ = 26,6 + 12A/V kWh/m³a gdy 0,20< A/V <0,90

• E₀ = 37,4 kWh/m³a gdy A/V≥0,90

gdzie : A - jest sumą pół powierzchni wszystkich ścian zewnętrznych ( wraz z oknami i drzwiami balkonowymi ), dachów i stropodachów, podług na gruncie lub stropów nad piwnica nie ogrzewaną, stropów nad przejazdami oddzielających część ogrzewaną budynku od powietrza zewnętrznego, liczonych po obrysie zewnętrznym,

V - jest kubaturą ogrzewanej części budynku, obliczoną zgodnie z Polską Normą dotyczącą zasad obliczania kubatury budynków, powiększoną o kubaturę ogrzewanych pomieszczeń na poddaszu użytkowym lub w piwnicy i pomniejszona o kubaturę wydzielonych klatek schodowych, szybów wind otwartych wnęk, loggi i galerii

Dla budynku zabudowy jednorodzinnej wymaganie to ( §328) uznaje się za spełnione jeżeli wartość wskaźnika E< E₀ lub przegrody zewnętrzne odpowiadają wymaganiom izolacyjności cieplnej oraz innym wymaganiom związanym z oszczędnością energii określonych w załączniku do tego rozporządzenia. Ten drugi warunek dotyczy również budynków użyteczności publicznej i budynków przemysłowych. Oczywistym jest , że wartość graniczna sezonowego zapotrzebowania na ciepło na ścisły związek z wartością mocy zamówionej.

Drugą metodą określenia poziomu mocy obliczeniowej jest eksperymentalne wyznaczenie charakterystyki cieplnej obiektu budowlanego Jest to metoda w zasadzie pośrednia , ponieważ temperatura obliczeniowa występuje niezmiernie rzadko, a okres jej trwania przeważnie jest na tyle krótki a przebieg nie ustalony, że bezpośredni pomiar mocy w tych warunkach jest bardzo trudny lub niemożliwy. Na rys. 1 pokazano statyczną charakterystykę cieplną budynku wyznaczona w oparciu o pomiary zapotrzebowania ciepła. Metodyka przeprowadzenia pomiarów weryfikujących moc obliczeniowa nie jest ustalona w żadnym formalnym dokumencie. Utrudniają ją takie zagadnienia jak:

• brak modułów pamięciowych w urządzeniach rozliczeniowo - pomiarowych rejestrujących maksymalne pobory mocy,

• łączny pomiar zużycia ciepła w instalacjach centralnego ogrzewania i cieplej wody ,

• krótkotrwałość występowania niskich temperatur zewnętrznych zbliżonych do

Rys.1. Ilustracja statycznej charakterystyki cieplnej budynku : oznaczenia t_z,ps - temperatura zewnętrzna początku sezonu ogrzewczego, t_{z,ob l} - obliczeniowa temperatura zewnętrzna,ΔQ - efekt „długiego ołówka „ i termorenowacji budynku, Q_i,rz^co - rzeczywiste zapotrzebowanie na moc cieplną.

temperatury obliczeniowej.

Analiza tego problemu z uwzględnieniem bezwładności cieplnej budynku, charakteru zużycia ciepłej wody i jej powtarzalności wskazuje że optymalnym okresem pomiarowym dla którego wyznaczać należy uśrednioną moc instalacji grzewczej przy uśrednionej temperaturze zewnętrznej jest okres jednego tygodnia. Opieranie się na danych średnio miesięcznych związanych w sposób naturalny z odczytywaniem liczników jest zbytnim uproszczeniem metrologicznym.

Propozycja zawarta w pracy (3 ) aby moc zamówioną korygować w oparciu o średnomiesięczne maksymalne wartości mocy rzeczywistej pobieranej w roku poprzednim nie jest uzasadniona. Wiadomy jest że zmienność liczy stopniodni oraz najniższych temperatur zewnętrznych powoduję wahania w zakresie ok. 32% różnicy zapotrzebowania na ciepło i moc obliczeniową po między najzimniejszym i najcieplejszym sezonem ogrzewczym. Natomiast system ciepłowniczy powinien być przygotowany dla zdarzeń klimatycznych których prawdopodobieństwo wystąpienia jest niewielki ale określone np. na poziomie 2 % Na rys.2 pokazano zmiany średniej temperatury powietrza zewnętrznego w ciągu ostatnich 34 lat dla miasta Legnica natomiast na rys 3 przebieg odchyleń liczy stopniodni od wartości średniej dla tego samego okresu i miasta.

Przy wyznaczaniu mocy zamówionej ciekawym może być analiza liczby przypadków w których średniodobowa wartość temperatury była niższa od założonej wartości np. temperatury obliczeniowej. Przypadek ten ilustruje rys. 4 na którym pokazano liczby zdarzeń przekraczania w Legnicy temperatury obliczeniowej t_z = - 18⁰C w . Jak widać na wykresie w ciągu rozpatrywanego okresu czyli 34 lat tylko w 5 sezonach ogrzewczych wystąpiło takie zdarzenie natomiast liczba tych zdarzeń wynosi 14. W sezonie ogrzewczym 1984/85 wystąpiło najwięcej takich zdarzeń - 5 przypadków. Istnieje możliwość zbadania w jakich zestawach występowały zdarzenia w których średniodobowe temperatury miały takie wartości. Z pumktu widzenia całkującego oddziaływania struktury budynku informacja tek jest ważna.

a

Rys 2 Przebieg średniej temperatury powietrza zewnętrznego sezonów ogrzewczych w okresie 1966 do 1999 dla Legnicy

Rys.3 Przebieg zmian liczby stopniodni w stosunku do średniej wartości w okresie 1966 do 1999 dla Legnicy

Rys4. Liczba i położenie w czasie zdarzeń w których średniodobowa temperatura powietrza zewnętrznego w Legnicy była niższa od temperatury obliczeniowej wyznaczonej

wg.PN-82/B-02403

Poza przedstawioną metodyką wyznaczania mocy obliczeniowej dla instalacji centralnego ogrzewania w trakcie wprowadzania do stosowania jest norma europejska PN EN 832 (10 ) całkowicie zmieniająca sposób wyznaczania tej wielkości . Norma ta jest polską wersją normy europejskiej EN 832 :1998 przyjęta przez CEN w 1998 roku Norma ta powinna niedługo uzyskać status normy krajowej w wszystkie normy sprzeczne z tymi postanowieniami powinny zostać wycofane.

Zamówiona moc cieplna dla instalacji ciepłej wody. Zagadnienie to było przedmiotem szczegółowych analiz przeprowadzonych w pracach ( 1,2 3 ). W tym przypadku problem jest jeszcze bardziej skomplikowany gdy rozpatruje się liczę możliwych przypadków. W rozporządzeniu ( 5 ) w §2 p.19 stwierdzono, że moc zamówiona powinna uwzględniać zapewnienie utrzymania normatywnej temperatury ciepłej wody w punktach czerpalnych.

Zgodnie z norma PN - 92/B - 01706 ( 11 ) p 3.1.4 Temperatura ciepłej wody t_c na wlocie do instalacji nie powinna przekraczać 55⁰C oraz Temperatura ciepłej wody w najwyżej i najdalej położonym punkcie czerpalnym nie może być niższa od 45⁰C Z kolei w tekście projektu znowelizowanej wersji rozporządzenia dotyczącego warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki (12 ) napisano :

§120 p.2 instalacja ciepłej wody powinna zapewnić uzyskanie w punktach czerpalnych temperatury wody nie niższej niż 55^oC i nie wyższej niż 60⁰C przy czym instalacja ta powinna umożliwić przeprowadzania jej okresowej dezynfekcji termicznej przy temperaturze wody nie niższej niż 70^oC

Wzrost obliczeniowej temperatury wody wywoła w przyszłości niewielki wzrost mocy zamówionej.

Drugą wielkością decydującą o koniecznej mocy cieplnej instalacji cw jest obliczeniowe natężenie przepływu podgrzewanej wody. W normie ( 11 ) postanowiono ( 3.2.1 ) że dla wymiarowania węzła ciepłej wody należy przyjmować jednostkowe zapotrzebowanie wody odniesione do 1 użytkownika i doby w wysokości q = 110 do 130 dm³/d.j.n. Wiadomym jest że te wielkości dotyczyły ryczałtowego sposobu rozliczeń za dostawę cieplej wody i że przy indywidualnym sposobie rozliczeń uległy znacznemu ograniczeniu (13 ).

Piśmiennictwo.

1. Mańkowski St. Moc źródeł zasilających miejskie systemy ciepłownicze. Seminarium PAN Komitet Energetyki i Politechnika Gdańska Gdynia - Krzeszna 1996 r.

2. Mańkowski St. Moc zamówiona dla węzłów ciepłej wody użytkowej. III Forum Ciepłowników Polskich. Międzyzdroje 1999 r.

3. Wilczak T. Ratajczak R. Problem zamówionej mocy cieplnej w bieżącej sytuacji taryfowej IV Forum Ciepłowników Polskich. Międzyzdroje 2000 r.

4. Wasilewski W. Maksymalne strumienia wody sieciowej zasilającej węzły cieplne. IV Forum Ciepłowników Polskich. Międzyzdroje 2000 r.

5. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 12 października 2000 w sprawie szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf oraz zasad rozliczeń w obrocie ciepłem.

6. PN -B- 03406. Obliczanie zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze do 600m³

7. PN -82/B- 02402 Ogrzewnictwo. Temperatury ogrzewanych pomieszczeń.

8. PN - 82/B Ogrzewnictwo. Temperatury obliczeniowe zewnętrzne.

9. Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 14 grudnia 1994 w sprawie warunków technicznych , jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie

10. Pr. EN 832 Wersja polska. Cieplne własności budynków - Obliczanie zapotrzebowania na energię dla budynków- Budynki Mieszkalne

11. PN - 92/ B - 01706 Instalacje wodociągowe . Wymagania przy projektowaniu.

12. Projekt nowelizacji rozporządzenia w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Ministerstwo Rozwoju Regionalnego i Budownictwa. Departament Architektury Geodezji i Kartografii Warszawa sierpień 2000 r.

13. Brauer M Matwiejuk P. Zużycie wody w mieszkalnictwie wyposażonym w indywidualne urządzenia pomiarowe . Konf. „Rynek Energii Cieplnej” Kazimierz Dolny 1995 r.

Obszar ekstrapolacji

Sezon najchłodniejszy

t_śr = -0,3^oC

Sezon najcieplejszy:

t_śr= 4,7⁰C

ok.32% zmiany w stosunku do wartości średniej

Wnioski:

• Moc obliczeniową ustalają odbiorcy ciepła

• Przedsiębiorstwa energetyczne powinny liczyć się z postępującym procesem spadku mocy zamówionej.

• Odbiorcy powinni wiedzieć ,że nadmierne ograniczanie mocy zamówionej powoduje niedogrzewanie budynku w ciągu całego sezonu a nie tylko przy niskich temperaturach zewnętrznych

Stwierdzenia:

• Istnieje łatwo dostępna baza danych umożliwiająca dla każdej miejscowości w Polsce przeprowadzić szczegółową analizę zdarzeń klimatycznych interesujących z punktu widzenia techniki ogrzewczej i ciepłowniczej.

• Prawdopodobieństwo wystąpienia temperatur zewnętrznych zbliżonych do wartości obliczeniowych lub ją przekraczających jest określone i może być znane.

• W najbliższych latach nastąpi weryfikacja normy PN-82/B- korygująca obliczeniowe warunki klimatyczne

---