АНАЛИЗ ФАКТИЧЕСКИХ ТЕПЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗДАНИЙ ЖИЛОГО ФОНДА МОСКВЫ В УСЛОВИЯХ РЕАЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Е. Г. Гашо, доктор техн. наук, профессор, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» (НИУ «МЭИ»)

А. М. Фокин, старший преподаватель филиала НИУ «МЭИ» в Смоленске

А. А. Щукин, инженер НИУ «МЭИ»

Цель исследования

Первые работы, в которых представлены результаты анализа приборов учета тепла зданий 20 серий, расположенных в Центральном административном округе Москвы, были опубликованы около 20 лет назад [1, 2]. Следующий анализ основывался на данных о теплопотреблении более чем 3 000 зданий Южного округа Москвы за отопительные периоды 2012–2013 годов [3]. Цели данного исследования были следующими:

• оценить возможность использования данных приборов учета тепла зданий, их полноту и адекватность;
  
• произвести оценку ключевых параметров эффективности (удельной отопительной характеристики, удельного годового потребления тепла) зданий разных серий типов и серий;
  
• выявить динамику изменения ключевых энергетических характеристик зданий за 5 лет (с 2018 по 2023 годы).

На втором этапе исследования планировалось:

• сравнить полученные данные с показателями более ранних исследований (проведенных в 2001–2005 годах, 2008–2009 годах, 2014 году);
  
• оценить энергетическую эффективность проведения реконструкций, капитальных ремонтов зданий;
  
• уточнить наличие и масштабы энергосбережения при прогнозе тепловых нагрузок нового и существующего фонда недвижимости.

Исходные данные для исследования

Важным источником определения фактических характеристик зданий и определения зависимости теплопотребления от различных факторов, прежде всего от параметров наружного воздуха, являются архивы общедомовых узлов учета тепловой энергии [4]. Для анализа по запросу НИУ «МЭИ» были представлены два блока исходных данных (зданий массовых серий и объектов, прошедших капитальный ремонт).

Суммарная площадь серийных домов, по данным БТИ 2006 года, достигла 137 млн м², что в настоящее время составляет более трети жилого фонда Москвы. Учитывая массовость серийного строительства, результаты анализа теплопотребления в рамках таких групп потребителей могут быть использованы при составлении балансов и оценке резервов тепловой мощности в энергосистеме Москвы. Для проведения анализа отобраны 27 наиболее массовых серий домов (табл. 1).

В выборку для анализа тепловых параметров серийных зданий вошло 780 домов (по 30–40 в каждой серии) разных лет постройки, размеров, материалов ограждающих конструкций и т. д. Из числа запрошенных адресов по 624 домам предоставлены архивы суточных показаний теплосчетчиков систем центрального отопления (ЦО), по 614 домам – горячего водоснабжения (ГВС), при этом только половина из предоставленных архивов имели показания счетчиков на начало отопительного периода 2018/19 (табл. 2).

Отметим, что используемые архивы представляют собой достаточно большой массив данных, который содержит различные ошибки, включая пропуски показаний и дат в течение отопительных периодов (ОП). Поэтому, во избежание ошибок в результатах анализа, перед расчетами проводилась первичная обработка архивов с помощью средств автоматизации.

Несмотря на то что рассматриваемые объекты имеют общее назначение и расположены в одном регионе, функционируют в одинаковых климатических условиях, между ними имеются существенные различия. Прежде всего, здания различаются по размеру – диапазон жилых площадей домов от 1 435 до 62 010 м². Поэтому для корректного сравнения теплотехнических параметров было принято решение оперировать удельными величинами.

В качестве исходных данных для расчета удельных отопительных характеристик служили архивы общедомовых теплосчетчиков, архив погоды с метеостанции ВДНХ, а также данные БТИ (за 2006 год) и других источников о площадях жилых домов.

Расчетные величины и результаты расчета

• Удельная отопительная характеристика q_о (УОХ) отдельных зданий была получена из расчетной формулы (1) (см. Формулы).
• Удельная отопительная характеристика серий домов q_оср определялась как усредненное значение отопительных характеристик отдельных зданий за отопительные периоды.
• Количество теплоты на отопление 1 м² за год (отопительный период) q_год рассчитывалось по формуле (2).
• С точки зрения строительной теплофизики теплозащитные свойства наружных ограждений характеризуются коэффициентом теплопередачи и обратной ему величиной – термическим сопротивлением R наружного ограждения. В данной работе проведен расчет условного значения сопротивления теплопередаче наружных ограждений для серий домов по фактическим значениям УОХ при самой низкой температуре наружного воздуха за исследуемый период. Самый холодный день пришелся на 7 января 2023 года, средняя температура наружного воздуха за сутки составила –21,8 °С.

Значение условного сопротивления теплопередаче рассчитывалось исходя из условия отнесения всего расхода поставленной тепловой энергии на компенсацию тепловых потерь зданием и определено из формулы (3).

Полученные усредненные за период 2018–2023 годов значения тепловых характеристик серий домов сведены в табл. 1. Разброс значений УОХ зданий относительно среднего значения между сериями составляет 32 %, внутри серий – от 35 до 123 %, что говорит о существенном влиянии различных факторов на данный показатель. Среднегодовое количество теплоты на отопление составило 0,135 Гкал/м², что на треть ниже установленных нормативных значений для Москвы1. Можно видеть (табл. 1), что значения условного сопротивления теплопередаче наружных ограждений зданий при фактических значениях удельной отопительной характеристики не превышают 0,569 м²•°С/Вт.

Несмотря на высокую погрешность расчета этого параметра, полученное среднее значение приведенного сопротивления теплопередаче в 5,5–6,0 раз меньше нормы, рекомендуемой действующими нормативными документами, – 3,13 м²•°С/Вт.

Результаты исследования

Из табл. 3 и 4 можно видеть динамику изменения ключевых энергетических характеристик зданий за рассматриваемый период (2018–2023 годы). В выборку вошли дома различных серий, имеющие показания счетчиков с 2018 года.

Значительного изменения в теплопотреблении системой отопления не выявлено, однако наблюдается снижение потребления горячей воды на 16 % с 2018 по 2023 год.

Динамика изменения энергетических характеристик зданий (УОХ) в течение отопительного периода 2022/2023 годов проиллюстрирована на рисунке. Для получения более точных результатов о наличии резервов энергосбережения в коммунальном комплексе городов необходимо сочетать анализ полученных от приборов учета данных с тепловыми балансами зданий [5].

Выделим основные моменты и результаты проведенного исследования:

1. Для исследования зданий строительных серий П-44, II-49(Д), П-3, П-44Т, II-68, КОПЭ, КТЖС, П-18/22, I-515/5, I-515/9, П-46, П-30, П-3М, П-46М, II-14, И-209а, II-57, I-29, П-55, П-47, I-511, I-510, П-111м, Башня Вулыха, П-43, И-155, 1605-А, I-447 получено 624 архива счетчиков ЦО и 614 – ГВС, из которых 618 (99 %) и 601 (98 %) соответственно были пригодны для анализа энергоэффективности.
   
2. Показания счетчиков тепловой энергии нельзя в полной мере отождествлять с объектами, на которых они установлены – жилыми или общественными зданиями, – поскольку данные приборы учета фиксируют расход и температуру пропускаемого теплоносителя безотносительно параметров внутреннего микроклимата зданий. В этой связи показания теплосчетчиков демонстрируют именно эксплуатационные параметры инженерных систем здания, которые не вполне детерминируются ключевыми теплотехническими параметрами: теплозащитой, коэффициентом формы и др.
   
3. В процессе анализа выявлены довольно значительные отклонения удельных теплоэнергетических характеристик (удельного годового потребления теплоты) зданий одинаковых и разных серий. При этом не выявлено четкой зависимости удельных показателей эффективности от проекта (R) или года постройки, и даже в рамках одной серии удельное теплопотребление различается более чем на треть. В условиях распределенной системы теплоснабжения Москвы на потребление тепловой энергии зданием в большей степени влияет схема присоединения к сети, температурный график, вид и работоспособность регулятора (при его наличии).
   
4. Для оценки энергетической эффективности проведенного в здании капитального ремонта дополнительно произведена выборка домов из жилищного фонда Москвы, капитальный ремонт которых проводился в 2020–2022 годах. Было выбрано более 950 домов, как серийного строительства, так и построенных по индивидуальным проектам. Из них были предоставлены 812 архивов счетчиков систем центрального отопления и 701 архив ГВС, из которых пригодны оказались соответственно 799 (99 %) и 680 (97 %).
   
5. При анализе показаний приборов учета тепла, установленных на исследуемых зданиях, выявлено значительное сокращение объемов тепла на горячее водоснабжение. Обнаружить на основании полученных данных систематическое снижение теплопотребления в зданиях, прошедших капитальный ремонт, пока не удалось.

Литература

1. Гашо Е. Г., Рогалев Н. Д. Энергопотребление мегаполиса: О некоторых результатах комплексного подхода к рационализации энергопотребления коммунального хозяйства мегаполиса // АВОК. 2005. № 3. С. 80–85.
   
2. Гашо Е. Г., Тихоненко Ю. Ф. Энергосбережение в Москве: от концепции к городской целевой программе // Энергосбережение. 2008. № 8. С. 2–10.
   
3. Гашо Е. Г., Гилев А. А. Сбалансированность энергетических параметров зданий в городской системе теплоснабжения. // Энергосбережение. 2015. № 7.
   
4. Гашо Е. Г., Макаров М. М. От множества приборов учета тепла к единой информационной системе: новые возможности Москвы // Энергосбережение. 2024. № 6. С. 42–45.
5. Гашо Е. Г., Пузаков В. С., Степанова В. С. Резервы и приоритеты теплоэнергоснабжения российских городов. Доклад на 159-м заседании семинара «Анализ и прогноз развития отраслей топливно-энергетического комплекса». М.: Издательство ИНП РАН, 2015.