Zapotrzebowanie energetyczne budynków w zakresie ogrzewania i chłodzenia

Zapotrzebowanie na energię niezbędną do ogrzania i klimatyzacji budynków zależy nie tylko od technologii realizacji budynków, czy też sposobu ocieplenia, ale przede wszystkim o warunków klimatycznych w rejonie ich lokalizacji. Jak różnią się kraje UE pod względem potrzeb energetycznych budynków.

Wskaźniki pogodowe a zapotrzebowanie na ogrzewanie i chłodzenie budynków

Na stronach Eurostatu można znaleźć informacje na temat kształtowania się wskaźników pogodowych w latach 1979 – 2020.
Są to: wskaźnik stopniodni grzewczych (HDD - Heating Degree Days) na podstawie, którego można oszacować zapotrzebowanie budynków na energię grzewczą oraz wskaźnik stopniodni chłodzenia (CDD - Cooling Degree Days) na podstawie, którego oszacować można zapotrzebowanie budynków na energię niezbędną do ich ochłodzenia (klimatyzację).

Techniczne indeksy pogodowe są oparte na danych pogodowych z obserwacji meteorologicznych temperatury powietrza, interpolowane do regularnych siatek o rozdzielczości 25 km dla całej Europy, zagregowane następnie i prezentowane dla poszczególnych krajów europejskich jak też makroregionów, regionów i podregionów.

Wskaźnik stopniodni ogrzewania (HDD) oblicza się uwzględniając temperaturę zewnętrzną oraz średnią temperaturę w pomieszczeniu. Wskazuje się tzw. temperaturę bazową, zdefiniowaną jako najniższą dobową temperaturę powietrza, przy której nie jest wymagane ogrzewanie pomieszczeń – przyjmuje ona stałą wartość w obliczeniach HDD = 15°C.

Zakłada się, że temperatura wewnątrz pomieszczeń budynków, w których przebywają ludzie, w których wykorzystuje się standardowe urządzenia oraz dzięki energii promieniowania słonecznego może wzrosnąć o 3°C. Oznacza to, że przy temperaturze zewnętrznej 15°C można zapewnić temperaturę 18°C w mieszkaniu bez jego ogrzewania. Jeżeli temperatura zewnętrzna powietrza jest niższa niż 15°C, to wtedy ogrzewanie jest niezbędne do osiągnięcia temperatury wewnętrznej 18°C.

Jeśli T_m ≤ 15°C to [HDD = ∑i(18°C - T_im)] w przeciwnym razie [HDD = 0]
gdzie T_im jest średnią temperaturą powietrza dnia i.

Przykłady: Jeżeli średnia dzienna temperatura powietrza wynosi 10°C, dla tego dnia wartość indeksu HDD wynosi 8 (18°C-10°C). Jeżeli średnia dobowa temperatura powietrza wynosi 16°C, dla tego dnia indeks HDD wynosi 0.

W analogiczny sposób obliczany jest wskaźnik stopniodni chłodzenia (CDD), z tym, że temperatura bazowa została zdefiniowana jako najwyższa średnia dzienna temperatura powietrza, przy której pomieszczenie nie wymaga chłodzenia (klimatyzacji). W obliczeniach CDD przyjmuje się stałą wartość temperatury bazowej na poziomie 24°C

Jeżeli T_m ≥ 24°C to [CDD = ∑iT_im - 21°C)], w przeciwnym razie [CDD = 0]

gdzie T_im jest średnią temperaturą powietrza w dniu i.

Przykłady: Jeżeli średnia dobowa temperatura powietrza wynosi 30°C, dla tego dnia wartość wskaźnika CDD wynosi 9 (30°C-21°C). Jeżeli średnia dobowa temperatura powietrza wynosi 22°C, to dla tego dnia wskaźnik CDD wynosi 0.

Obliczenia te wykonywane są codziennie, sumowane do miesiąca kalendarzowego, a następnie do lat kalendarzowych. Dane roczne są obliczane przez Eurostat jako suma danych miesięcznych.

Zmiana zapotrzebowania na ogrzewanie i chłodzenie budynków w Unii Europejskiej

Zagregowany wskaźnik stopniodni ogrzewania (HDD) dla 27 krajów Unii Europejskiej pokazuje jak na przestrzeni 41 lat zmieniała się liczba stopniodni wskazująca na potrzebę ogrzewania naszych mieszkań, a co za tym idzie jak w tym czasie zmieniał się klimat. Pomimo zauważalnych różnic w poszczególnych latach wyraźnie widoczny jest trend malejący (zaznaczony na poniższym wykresie pomarańczową przerywaną linią). Od roku 2000 tylko w jednym roku (2010) liczba stopniodni ogrzewania przekroczyła poziom średniej wyliczonej dla całego 41 letniego okresu. W latach 80-tych za to, wszystkie z wyjątkiem jednego (1989), są powyżej średniej.
W roku 1979 wskaźnik stopniodni ogrzewania wynosił 3510, a w roku 1980 był jeszcze wyższy – 3678, dla porównania w ostatnim roku 2020 wynosił 2759. Między rokiem 1979 a 2020 wskaźnik zmniejszył się o 751 stopniodni, różnica do 1980 jest jeszcze większa – 919 stopniodni. Co oznacza, że potencjalne zapotrzebowanie na ogrzewanie budynków w roku 2020 było o 21% niższe niż w roku 1979 i o 25% niższe niż w roku 1980.

Poniższy wykres pokazuje, że zdarzają się chłodniejsze lata, a wtedy wskaźnik zapotrzebowania na ogrzewanie rośnie, przykładem w ostatnich latach jest rok 2010, dla którego liczba stopniodni wyniosła 3497, tj. 181 stopniodni poniżej najwyższej wartości w analizowanym ponad 40-letnim okresie.

Zapotrzebowanie na ogrzewanie budynków w UE – liczba stopniodni ogrzewania w latach 1979 – 2020

Wraz z ocieplaniem się klimatu i spadającą liczbą zapotrzebowania na energię grzewczą rośnie liczba dni i regionów w Europie, w których budynki wymagają chłodzenia w czasie upałów. Obrazuje to drugi wskaźnik (CDD) stopniodni chłodzenia. Tu widoczny jest trend rosnący. Średnia wartość wskaźnika w latach 80-tych nie była ani razu przekroczona. W latach 90-tych były dwa lata z wartością wskaźnika powyżej średniej. Od roku 2000 tylko sporadycznie zdarzały się lata, w których wskaźnik stopniodni chłodzenia nie przekraczał wartości średniej.

W roku 1979 wynosił 36,6 stopniodni chłodzenia, a w roku 2020 był ponad 2,5 krotnie wyższy i wynosił 98,5. Nie była to wartość najwyższa w analizowanym okresie, w 2015r. wynosił 121,6, a jeszcze więcej w 2003r. – 128,8. Oznacza to, że zapotrzebowanie w budynkach na chłodzenie (klimatyzację) w tych latach było ponad trzykrotnie wyższe niż na początku lat 80-tych.

Zapotrzebowanie na chłodzenie (klimatyzację) budynków w UE – liczba stopniodni chłodzenia w latach 1979 – 2020

Zmiana zapotrzebowania na ogrzewanie i chłodzenie budynków w Polsce

Po analizie zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia budynków w Europie, można zadać pytanie czy takie same tendencje są widoczne w Polsce. Odpowiedz jest twierdząca. Co potwierdzają dane zobrazowane na poniższych wykresach.

W roku 1979 liczba stopniodni ogrzewania wynosiła dla Polski 3935, w roku 1980 – 4169. Poziom 4 tys. przekroczyliśmy jeszcze w roku 1985, 1987 i 1996. W ostatnich latach wysoką wartość wskaźnika zanotowano w roku 2010 – 3923. W roku 2020 liczba stopniodni ogrzewania dla Polski wyniosła 3006, a rok wcześniej spadła nieznacznie poniżej poziomu 3 tys. co do tej pory się nie zdarzyło.

Porównując ostatni rok do 1979r. liczba stopniodni ogrzewania spadła o 929, co oznacza że zapotrzebowanie na ogrzewanie w naszym kraju w ostatnim roku było o blisko 24% mniejsze niż na początku lat 80-tych.

Zapotrzebowanie na ogrzewanie budynków w Polsce – liczba stopniodni ogrzewania w latach 1979 – 2020

Wskaźnik stopniodni chłodzenia dla Polski na początku lat 80-tych był znikomy, w roku 1980 wynosił 0,04, w 1981 – 0,97. Widoczne są duże wahania, ale też wyraźny trend wzrostowy. W ostatnim 2020 liczba stopniodni chłodzenia to 11,2. We wcześniejszych latach notowaliśmy znacznie wyższe wartości, np. w roku 2019r. – 49, w 2015r. – 63,7, w 2010r. – 48,1. Coraz częściej budynki w naszym klimacie wymagają chłodzenia (klimatyzacji) w okresie letnim.

Zapotrzebowanie na chłodzenie (klimatyzację) budynków w Polsce – liczba stopniodni chłodzenia w latach 1979 – 2020

W którym kraju UE jest najwyższe zapotrzebowanie na ogrzewanie budynków

Wśród 27 państw Unii Europejskiej, budynki Skandynawów wymagają najwięcej energii na ich ogrzanie, co obrazuje wskaźnik stopniodni ogrzewania.

Średnia liczba stopniodni w ostatnim dziesięcioleciu dla Finlandii to 5311 – to najwyższy wynik, na drugim miejscu jest Szwecja z 5036 stopniodni. W dalszej kolejności plasuje się Estonia – 4068, Łotwa – 3878 i Litwa – 3695. Polska znajduje się na siódmej pozycji pod względem zapotrzebowania budynków na ogrzewanie (3223 stopniodni).

Najmniejsze zapotrzebowanie na ogrzewanie budynków występuje na Malcie – średnia z ostatnich 10 lat to 473 stopniodni, w następnej kolejności na Cyprze – 678, w Portugalii – 1170 i Grecji – 1524.

Wyniki dla wszystkich państw UE w tabeli poniżej.

We wszystkich krajach UE zmniejszyło się zapotrzebowanie na ogrzewanie budynków pomiędzy pierwszym analizowanym okresem obejmującym lata 80-te, a ostatnim 10-leciem (2011-2020).

Największe różnice występują w krajach skandynawskich: Finlandia (-727), Szwecja (-644), Dania (-598) oraz na Litwie (-580), Łotwie (-572) i w Estonii (-567). W Polsce spadek wyniósł – 544.

Najmniejsze spadki odnotowano na Malcie (-155), na Cyprze (-166) i w Portugalii (-181).

Wskaźnik stopniodni ogrzewania w Europie - średnia 10-letnia

Gdzie w Europie jest najwyższe zapotrzebowanie na chłodzenie (klimatyzację) budynków

Kraje z najmniejszym zapotrzebowaniem budynków na ogrzewanie mają jednocześnie najwyższe potrzeby, jeśli chodzi o klimatyzację budynków.

Największą średnią liczbę stopniodni chłodzenia w ostatnich 10 latach zanotowano na Cyprze – 727, w następnej kolejności na Malcie – 662, w Grecji – 344 i Hiszpanii – 252.

Najniższe zapotrzebowanie na chłodzenie zanotowano w Irlandii – która tylko sporadycznie w niektórych latach wykazywała minimalne wartości poniżej 1, choć pod względem potrzeb grzewczych Irlandia plasowała się wśród państw o średnim zapotrzebowaniu obok Luksemburga i Słowenii.

Minimalne potrzeby w zakresie klimatyzacji budynków mają Szwedzi, Finowie i Duńczycy.

We wszystkich krajach UE, z wyjątkiem Irlandii, która pozostała na tym samym niemal 0 poziomie, wzrosło zapotrzebowanie na chłodzenie (klimatyzację) budynków pomiędzy pierwszym analizowanym okresem obejmującym lata 80-te, a ostatnim 10-leciem (2011-2020).

Najwyższy wzrost dotknął Cypru (+368 stopniodni), Malty (+204), Grecji (+154) i Włoch (+136). Najniższy krajów skandynawskich oraz Litwy, Łotwy i Estonii.

W Polsce zapotrzebowanie na klimatyzacje budynków wzrosło z 5 stopniodni w latach 80-tych do 28 stopniodni w ostatnim 10-leciu.

Wskaźnik stopniodni chłodzenia w Europie - średnia 10-letnia

Wskaźniki stopniodni ogrzewania i chłodzenia w Europie na poziomie podregionów w 2020 roku (źródło mapy: ec.europa.eu/eurostat)

Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych Eurostatu.