Изменение климатических данных и фактического значения ГСОП в Москве и их влияние на энергопотребление зданий

Одним из ключевых направлений повышения энергоэффективности экономики является снижение энергопотребления строящихся и эксплуатируемых зданий.

По данным [1], в Москве расход тепловой энергии на отопление многоквартирных домов (МКД) типовых серий по данным теплосчетчиков составляет 140-194 кВт•ч/м², что превышает современные нормативы энергопотребления.

Большой расход тепловой энергии связан с рядом факторов. Кроме конструкционных факторов есть и ряд других причин перерасхода тепла.

Для начала рассмотрим объективные причины, на которые повлиять нет возможности – погодные условия. Одной из причин перерасхода может являться различие фактических погодных условий эксплуатации от заложенных в проект.

В процессе проектирования при расчётах энергопотребления зданий учитываются климатические данные региона строительства. Основным показателем климатических данных являются градусо-сутки отопительного периода (ГСОП).

ГСОП используются для нормирования сопротивления теплопередаче наружных ограждений зданий, сооружаемых в разных регионах страны и расчета удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию.

Значение ГСОП численно равно произведению разности среднесуточной температуры наружного воздуха за отопительный период (ОП) tот и расчётной температуры внутреннего воздуха в здании tв на длительность ОП в сутках zот:

ГСОП = (tв– tот)•zот (формула 5.2, СП 50.13330.2012)
- где tот, - средняя температура наружного воздуха, °С, отопительного периода,
zот - продолжительность, сут, отопительного периода,
tв - расчётная температура внутреннего воздуха здания, °С.

Продолжительность отопительного периода для жилых и общественных зданий определяется из условия установления среднесуточной температуры наружного воздуха за 5-дневный период +8 ˚C, а для ряда медицинских и образовательных учреждений +10 ˚C.

По многолетней практике эксплуатации большинства зданий при такой наружной температуре уровень внутренних тепловыделений, инсоляции и аккумулирующей способности здания не позволяют снижаться температуре внутреннего воздуха в помещениях ниже +18…+20 ˚C.

Согласно актуализированной редакции свода правил по строительной климатологии СП 131.13330.2012 в Москве по сравнению с требованиями СНиП 23-01-99* потеплело, а продолжительность отопительного периода сократилась. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период для жилых зданий tот в СНиП 23-01–99* принималась равной –3,1ºС, а в СП 131.13330.2012 стала равна –2,2ºС. Продолжительность отопительного периода уменьшилась с 214 суток (СНиП 23-01–99*) до 205 суток (СП 131.13330.2012). В последней редакции - СП 131.13330.2018 эти данные не пересматривались.

В результате изменений расчётных климатических параметров расчетное значение ГСОП для жилых зданий, проектируемых в Москве снизилось с 4 943ºСсут (СНиП 23-01–99*), до 4 551ºСсут (СП 131.13330.2012, СП 131.13330.2018).

На основе анализа климатических данных метеостанций, а также реального функционирования системы отопления г. Москвы за отопительные сезоны с 2005 по 2020 год, полученные из открытых источников были рассчитаны фактические значения ГСОП, представленные на

Рисунке №1 и в Таблице №1.

Рис.1 Диаграмма ГСОП по отопительным сезонам

Таблица №1.

В графическом виде распределение градусо-суток по месяцам за последние 6 сезонов представлено на Рис. № 2.

Рис.№ 2 Распределение градусо-суток по месяцам отопительных периодов.

Данные графики показывают, что максимальные значения градусо-суток в зависимости от сезона могут колебаться по разным месяцам (в сезонах с 2014 по 2020 - с декабря по март). При этом пропорционально градусо-суткам должно быть и потребление тепловой энергии зданиями при правильно организованной системе с погодным регулированием.

Данные фактических значений ГСОП для г. Москвы за отопительные сезоны с 2005 по 2020г демонстрируют, что для 11 отопительных сезонов фактическое значение ГСОП ниже требований СП по теплозащите, а в четырех сезонах выходит за рамки проектных значений, установленных в СП 131.13330.2018 и СП 131.13330.2012. При использовании данных ГСОП из более ранней версии данных СП - СНиП 23-01–99* все отопительные сезоны укладываются в проектные рамки.

Колебания значений ГСОП по рассмотренным сезонам составляет 25%. Среднее значение ГСОП за рассмотренные сезоны составляет 4 293 ºС сут, что ниже проектного по данным актуальной версии СП 131.13330.2018.

Таким образом, фактические погодные условия в отдельные отопительные периоды могут быть более жёсткими, чем предусмотрено СП 131.13330.2018 и требовать большего удельного расхода тепла.

В целом фактическое значение ГСОП, рассчитанное по СП 131.13330.2018, соответствует проектным значениям и не может оказывать значительного влияния на наблюдаемое постоянное превышение фактического удельного расхода тепла зданиями во всех сезонах.

Следовательно, перерасход тепловой энергии обусловлен другими факторами.

При дальнейшем анализе энергопотребления домов в г. Москве были получены данные фактического потребления ряда зданий за период 2014-2018 годов и проведено их сопоставление с реальными погодными условиями данного сезона.

В большинстве случаев получились прямые зависимости расхода тепла от погодных условий, но в ряде случаев наблюдалось повышенное потребление тепла вне зависимости от климатических условий.

Для наглядного сопоставления приведем пример полученных данных.

Для примера данного превышения взяты два идентичных новых типовых панельных здания - 5-ти секционные 17-ти этажные дома серии П44Т в г. Москве. Типовые конструкции ограждающих конструкций, практически идентичная планировка и площади должны были привести к одинаковому расходу тепла зданий, но фактически расход тепла отличался более чем в 1,5 раза.

Диаграммы фактического потребления тепловой энергии домов приведены на Рисунке № 2, и Рисунке № 3.

Рис.№ 2. Удельный расход тепла: по проекту и по отопительным сезонам дома 1.

Рис. №3. Удельный расход тепла: по проекту и по отопительным сезонам дома 2.

Запуск системы отопления в доме 1 был произведен в 2014 году, в доме 2 в 2015 году. В доме 1 настроена система погодного регулирования. Первые сезоны после запуска отопления как правило производится отделка и постепенное заселение дома, поэтому данные сезоны непоказательны. Для окончательного анализа был принят отопительный сезон 2017/2018 года.

Удельное фактическое потребление тепловой энергии однотипных зданий различается в 1,69 раза. На двух панельных типовых 5-ти секционных 17-ти этажных домах серии П44Т при погодном регулировании удельное потребление энергии за сезон составило 151,1 Вт/м2 (рис. 2), а при отсутствии погодного регулирования 255,3 Вт/м2 (рис. 3).

Для большей наглядности составлены диаграммы фактического расхода тепла по месяцам (Рисунок № 4, Рисунок № 5).

Рис.№ 4. Сравнительная диаграмма удельного расхода тепловой энергии (Вт/м2) на отопление здания за сезон 2017-2018 г. дома 1.

Рис.№5. Сравнительная диаграмма удельного расхода тепловой энергии (Вт/м2) на отопление здания за сезон 2017-2018 г. дома 2.

Кривая расхода тепла у дома 1 повторяет с превышением кривую ГСОП данного сезона, а вот кривая фактического расхода тепловой энергии у дома 2 отличается от кривой ГСОП. Таким образом в доме 1 настроена система погодного регулирования, которая снижает и повышает расход тепла в зависимости от фактических погодных условий, а вот в доме 2 система погодного регулирования отсутствует – тепло подается постоянно без учета фактических погодных условий, что в итоге приводит к большому перерасходу тепловой энергии, а также отсутствию комфортных условий жильцов, так как для такого проживания при перерасходе тепловой энергии жильцам приходится прибегать к принудительному вентилированию, проветриванию помещений для снижения внутренней температуры помещений до приемлемых значений.

Таким образом в качестве первоочередных мероприятий для снижения энергопотребления зданий должна применяться точная настройка системы отопления в соответствии с погодным регулированием, что позволит значительно снизить перерасход тепла и создание комфортных условий в здании.

__________________________________________________________________________________________________________

Список литературы:

• В. И. Ливчак. Градусо-сутки отопительного периода как инструмент сравнения уровня энергоэффективности зданий в России и в других странах. Энергосбережение №6'2015.
• СП 131.13330.2018 Строительная климатология. Актуализированная редакция СП 131.13330.2012.
• СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* (с Изменениями N 1, 2).
• СНиП 23-01-99* Строительная климатология.

Статью подготовил инженер-эксперт
Отдела экспертиз зданий и сооружений на соответствие
теплотехническим и акустическим требованиям ГБУ "ЦЭИИС"
Бочков И.В.