Pomiary zamówionej mocy cieplnej

W styczniu i lutym 2014 roku w SM "Osiedle Wilanów" (24 węzły cieplne) przeprowadzono pomiary zużycia energii cieplnej w oparciu o wskazania ciepłomierzy1), a obliczeń dokonano w oparciu o aplikację ośmiobudynkową algorytmu (autorstwa Andrzeja Duszyńskiego), który umożliwia sprawdzenie w czasie rzeczywistym, czy ilość energii cieplnej (z podziałem na c.o. i c.w.) dostarczona do budynku jest zgodna z określoną w umowie z dostawcą tzw. mocą zamówioną.

Co za tym idzie - pomiary mogą być dowodem w egzekwowaniu ustawowych praw odbiorcy energii przy rozliczaniu kosztów energii cieplnej w przypadku, gdy dostawca nie dostarcza energii zgodnie z zamówieniem. W celu ułatwienia prezentacji zasad pomiarów, które zostaną przedstawione dalej, przypomnijmy definicję zamówionej mocy cieplnej²).

Co to jest zamówiona moc cieplna?

Moc cieplna to ilość ciepła odebranego z nośnika ciepła (np. wody gorącej w instalacji wewnętrznej węzła cieplnego centralnego ogrzewania) w ciągu godziny³).

Natomiast zamówiona moc cieplna jest ustaloną przez odbiorcę największą mocą cieplną, jaka w ciągu roku występuje w danym obiekcie dla warunków obliczeniowych (czyli temperatury zewnętrznej -20ºC dla Warszawy), a która powinna uwzględniać jedynie moc niezbędną dla:

• pokrycia strat ciepła w obiekcie, co zapewni utrzymanie normatywnej temperatury (+20ºC), i wymiany powietrza w pomieszczeniach znajdujących się w tym obiekcie;
• zapewnienia utrzymania normatywnej temperatury ciepłej wody (+55/45ºC) w punktach czerpalnych znajdujących się w tym obiekcie;
• zapewnienia prawidłowej pracy innych urządzeń i instalacji, zgodnie z określonymi dla nich warunkami technicznymi i wymaganiami technologicznymi (takie u nas nie występują - przyp. AD).

Do ilustracji tego problemu posłużę się przykładem budynku przy ul. Królowej Marysieńki 31 w Warszawie, w którym zamówioną moc cieplną Nz = 0,5983 MW, na podstawie umowy, na życzenie odbiorcy (w celu ułatwienia rozliczeń z mieszkańcami) podzielono na:

• zamówioną moc na c.o.: Nsdco = 0,4977 MW (zgodnie z ostatnią korektą), 
• zamówioną moc na c.w.: Nsdcw = 0,1006 MW.

Zgodnie z powyższą definicją, dostawca energii cieplnej, gdy temperatura zewnętrzna osiągnie -20ºC, musi być przygotowany do tego, aby w ciągu godziny dostarczyć do budynku całkowitą ilość ciepła odebranego z nośnika, według zamówienia.

Po przekształceniu zależności:

GJ = 109 Ws = 0,2778 MWh

Godzinowe [1 h] zużycie energii cieplnej [w GJ] dla mocy zamówionej

Nz = 0,5983 MW

(dla temp. zewnętrznej -20ºC),

Największa moc cieplna dla budynku wyniesie:

Największa moc cieplna dla c.o.

Ilość ciepła odebranego z nośnika ciepła w ciągu godziny (zewnętrzna temperatura: -20ºC), konieczna do pokrycia strat ciepła w obiekcie, zapewniająca utrzymanie normatywnej temperatury (+20ºC) i wymianę powietrza w pomieszczeniach, które się tam znajdują, wyniesie:

Największa moc cieplna dla c.w.

Ilość ciepła odebranego z nośnika ciepła w ciągu godziny (przy zewnętrznej temperaturze -20ºC) w celu zapewnienia utrzymania normatywnej temperatury ciepłej wody (+55/45ºC), w punktach czerpalnych, znajdujących się w tym obiekcie; wyniesie:

W pozostałym zakresie temperatur

Dla temperatur od -20oC do +10oC dobowy pobór energii cieplnej koniecznej do ogrzania budynku (określony jest zależnością liniową (wykres 1) wyrażoną wzorem:

c’ – algorytm przeliczeniowy,
tśr – średnia temperatura dobowa.

Zależność liniowa przedstawiona powyższym wzorem w praktyce oznacza, że ilość dostarczanej do budynku energii cieplnej (w GJ) rośnie proporcjonalnie do wartości zmniejszającej się temperatury zewnętrznej w przedziale od +10ºC do -20ºC, a współczynnik proporcjalności (ilości zużytej energii cieplnej) określony jest wartością zamówionej mocy cieplnej na c.o.; Nsdco w MW.

Dobowy pobór energii cieplnej koniecznej do podgrzania wody wodociągowej (CW) (od +10ºC do -20ºC) określony jest zależnością liniową wyrażoną wzorem:

Całkowity dobowy pobór energii cieplnej koniecznej do ogrzania budynku (c.o.) i podgrzania wody wodociągowej (c.w.) w całym zakresie temperatur (od +10ºC do -20ºC) określony jest zależnością liniową (wykres 2) wyrażoną wzorem:

Qd [GJ] = Qdco + Qdcw         (6)

Co obrazuje linia zielona w wykresie 3?

Całkowite dobowe zużycie w zakresie temperatur przy prawidłowo zamówionej mocy cieplnej na CW jest niższe o ok. 15%!Większe niż zamówione zużycie energii cieplnej przez sieć c.o. jest możliwe z powodu nadwyżki energii cieplnej niewykorzystanej przez wymienniki ciepła dla c.w.

Akulumacja nadwyżki mocy cieplnej zamówionej na c.w. przez sieć wewnętrzną c.o.

Pomiary zużycia energii cieplnej na podgrzanie wody wodociągowej, pozwoliły na ustalenie, z jakiego powodu występuje większe niż zamówiono zużycie na c.o.

Wyjaśnienie akumulacji nadwyżki energii cieplnej (moc zamówiona c.w.) przeznaczonej do podgrzania wody (Cc.w.) przez instalację odbiorczą c.o. budynku.

Pomiary dobowego zużycia energii cieplnej przez budynki SM "Osiedle Wilanów", przeprowadzone 30/31 stycznia i 27/28 lutego 2014 r., wykazały, że większość budynków zużyła więcej energii cieplnej na ogrzanie (c.o.) niż dopuszcza to moc zamówiona na c.o., ustalona w umowie z dostawcą energii.

Taka sytuacja jest możliwa, ponieważ, jak wykazały pomiary, zużycie energii cieplnej na podgrzanie wody wodociągowej (c.w.) jest znacznie mniejsze (ok. 40%), niż wynika to z mocy zamówionej na c.w. ustalonej w umowie z dostawcą energii, a nadmiar tej energii zużywany jest przez instalację odbiorczą, c.o. budynku.

Uzasadnienie

1. Uproszczony „schemat blokowy” systemu odbioru mocy i automatyki regulacji dostawy mocy (rys.1).
2. Założenia teoretyczne mocy zamówionej i temperatury wody powrotnej:

• moc zamówiona – 1 MW, w tym:
  - 0, 4 MW na c.w. (umowa),
  - 0, 6 MW na c.o. (umowa).

Zamówiona moc cieplna jest ustaloną przez odbiorcę największą mocą cieplną, jaka w ciągu roku występuje w danym obiekcie dla warunków obliczeniowych (temperatura zewnętrzna 20ºC), a która powinna uwzględniać jedynie moc niezbędną dla:

- pokrycia strat ciepła w obiekcie i zapewnienia utrzymania normatywnej temperatury (+20ºC) oraz wymiany powietrza w pomieszczeniach znajdujących się w tym obiekcie;

- zapewnienia utrzymania normatywnej temperatury ciepłej wody (+55/45ºC), w punktach czerpalnych znajdujących się w tym obiekcie;

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

• Założenie:

- temperatura zewnętrzna: -20ºC; maksymalny pobór mocy cieplnej;

- teoretyczna temperatura nośnika energii cieplnej: 110oC na wejściu układu; 10oC na wyjściu układu (różnica 100oC w skali odniesienia – w umowie zapisano inne wartości temperatury nośnika energii cieplnej, ale zasada jest tożsama). Przyjęcie teoretyczne temperatury nośnika ułatwi dowód, ponieważ jej obniżanie jest zależnością liniową wprost proporcjonalną do wartości zużytej energii cieplnej (mocy cieplnej).

Moc cieplna – ilość ciepła odebranego z nośnika ciepła (np. wody gorącej w instalacji wewnętrznej centralnego ogrzewania) w ciągu godziny. Tak więc pobór mocy cieplnej o wartości 0,1 MW spowoduje obniżenie temperatury nośnika o 100C, a pobór 1 MW – obniżenie o 1000C do 100C (patrz: rys.1),

• warunek konieczny: wszystkie kaloryfery w budynku odkręcone na maksimum poboru ciepła.

Przy takich założeniach, a są one proporcjonalne do rzeczywistych, pomiary i obliczenia mocy zamówionej na c.o. i c.w. powinny być tożsame z mocą zamówioną zapisaną w umowie.

Pomiary wykazały, że obliczona moc cieplna pobrana na c.w. jest o 50% niższa niż zamówiona, co spowodowało obniżenie temperatury wody powrotnej nie o 40ºC, a tylko o 20ºC, tak więc do dyspozycji sieci c.o. pozostało 0,8 MW (80ºC). Zostało to wykorzystane (przez sieć c.o. aż do momentu, w którym temperatura wody powrotnej spadła do 100C i układ automatyki ograniczył pobieranie mocy cieplnej do wartości zamówionej (1 MW).

Nadwyżka mocy cieplnej została wykorzystana do podwyższenia temperatury w lokalach mieszkalnych powyżej normatywnej (+20ºC), prawdopodobnie o około 2ºC, czego zapewne mieszkańcy nie zauważyli, ale na pewno zapłacili więcej za dodatkowo zużytą energię cieplną.

W budynkach, w których (co wiemy na podstawie pomiarów) nie przekroczono zużycia mocy zamówionej na c.o., prawdopodobnie mieszkańcy przykręcili kaloryfery, zmniejszając tym samym zużycie.

W budynkach, w których (wedle danych z pomiarów) przekroczono zużycie całkowitej mocy zamówionej, według mojej opinii źle działają urządzenia automatyki i regulacji przepływu (własność firmy DALKIA), ale mieszkańcy płacą za dodatkowe zużycie energii cieplnej.

Wniosek

Ustalenie z dostawcą prawidłowej wartości mocy zamówionej na c.w. oraz kontrolowanie zużycia energii przez dział techniczny Spółdzielni uniemożliwi zużywanie nadmiaru energii przez sieć c.o.

Wyznaczanie mocy cieplnej (średniej) na podgrzanie wody

Przedmiotem niniejszego opracowania jest przedstawienie dowodu (bez użycia aparatury matematycznej i całkowania), że obliczona rzeczywista wartość tzw. mocy zamówionej na c.w., w oparciu o pomiary wykonane w węzłach cieplnych, jest w pełni miarodajna. Opracowanie nie rozstrzyga, czy projekt węzła cieplnego, na podstawie którego została podpisana umowa na dostawę energii cieplnej, został wykonany prawidłowo.

Dowód – wykresy 5 i 6

Linia wykresu 5 obrazuje zużycie energii cieplnej [GJ] koniecznej do utrzymania temperatury normatywnej w sieci wewnętrznej ciepłej wody, w zależności od godziny odczytu (24 godziny). W nocy zużywa się bardzo mało energii, praktycznie tyle, co na uzupełnienie strat wynikających z cyrkulacji wody ciepłej.

Obliczona powierzchnia pola ĐQ (pod linią) wyznacza dobowe zużycie energii cieplnej przez budynek, konieczne do zapewnienia mieszkańcom ciepłej wody o normatywnych parametrach. Wartość powyższą (ĐQ,) ustala miernik zużycia ciepła (patrz: instrukcja miernika; całkowanie) w pozycji odczytu: dobowe zużycie ciepła.

W relacjach między dostawcą energii cieplnej a odbiorcą posługiwanie się definicją dobowego zużycia ciepła jest mało przydatne, więc zastąpiono je tzw. mocą zamówioną na CW (średnią).

– Wartość powyższą – Cwśr. (wykres 6) ustala się w oparciu o zależność (warunek konieczny):

powierzchnia pola ĐQ (dobowe zużycie ciepła) = powierzchni pola DQśr. (Qśr) x 24h, co obrazuje wykres 6.

A więc:

Qśr 24h = ĐQ (dobowe zużycie ciepła)
→ Qśr = ĐQ/24h.

Ponieważ 1GJ = 0,2778 MWh, to średnia moc zamówiona na CW wyniesie:

Mcwśr [MW] = ĐQ (pomierzone dobowe zużycie ciepła w GJ) x 0,2778/24

Na podstawie powyższego dowodu, aby wyznaczyć rzeczywistą moc zamówioną na c.w., wystarczy odczytać w węźle cieplnym albo zamówić u dostawcy ciepła (jest cennik takich usług) dobowe zużycie energii cieplnej na c.w.

Czytaj także: Poradnik dla właściciela auta premium >>

Latem energia cieplna dostarczana do budynku zużywana jest wyłącznie do podgrzania ciepłej wody i (według mojej opinii - umowa na dostawę ciepła na c.o. obowiązuje przez cały rok) urządzenie podgrzewające wodę pobiera bez żadnych ograniczeń tyle energii cieplnej, aby spełnić normatywne wymagania dotyczące temperatury wody.

Dowodzą tego pomiary przeprowadzone przez Dział Techniczny spółdzielni - tabela 2. 

_{¹ Dr inż. Ryszard Śnieżyk, Wyznaczenie rzeczywistej mocy zamówionej na podstawie wskazań ciepłomierzy, „Rynek Energii” 1/2010; Koszty ciepła w spółdzielni mieszkaniowej, „Administrator” 6/2010.
² Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 17 września 2010 r. w sprawie szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf z tytułu zaopatrzenia w ciepło (DzU nr 194 poz. 10).
³ Słowniczek terminów branżowych: http://zpec.pl/strefaklienta/ pojecia-i-terminy.html.}

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!