Россия относится к странам с относительно холодным климатом. Например, продолжительность отопительного периода Zот в большинстве российских населённых пунктов — больше половины года [1] (табл. 1). Соответственно, для данных населённых пунктов значительно и число градусо-суток отопительного периода (ГСОП) [2]. Для сравнения, в Лондоне ГСОП составляет 2095, в Берлине — 2604, в Стокгольме — 3345 градусо-суток в год. В России же ГСОП в среднем превышает 5000 градусо-суток в год.
Как известно, в системах теплоснабжения используются различные тепловые источники, работающие на разных видах топлива. В качестве твёрдого топлива используется, например, бурый или каменный уголь, антрацит. В качестве жидкого топлива используется мазут — продукт переработки нефти, в качестве газообразного топлива — природный газ. При печном отоплении используется древесина, торф. При местном отоплении и горячем водоснабжении используется и электроэнергия, вырабатываемая на тепловых (ТЭС) и атомных электростанциях (АЭС).
В России расходуется много тепловой энергии на отопление, вентиляцию и ГВС зданий различного назначения и производственные нужды предприятий. Площадь только жилого фонда в РФ составляет около 3,9 млрд м², в том числе городского около 2,9 млрд м². Суммарная выработка тепловой энергии в РФ составляет около 900 млн. Гкал/год, из них жилой сектор и бюджетная сфера потребляют около 500 млн. Гкал/год или 200 кВт/( м²·год) [3]. Увеличение расходуемой тепловой энергии связано с увеличением жилой площади и развитием промышленности.
Естественно, остро стоит вопрос о снижении потребления тепловой энергии и повышении эффективности действующих энергоустановок. К тому же Киотский протокол, принятый на Третьей конференции стран — участниц Рамочной конвенции ООН об изменении климата в 1997 году [4], установил обязательства развитых стран по ограничению выбросов парниковых газов, от которых зависит интенсивность изменения климата. Кстати, парниковым газом является и радионуклид криптон-85, который изменяет электропроводность атмосферы, что приводит к возрастанию природных катастроф: ураганы, грозы, смерчи, торнадо, ливни [5]. Отметим, что объём потребляемого газа, нефти и угля в ближайшее время заместить невозможно.
В соответствии с новыми требованиями СП «Строительная климатология» [2], с 1995 года в РФ приступили к строительству энергоэффективных зданий с повышенным уровнем теплозащиты.
В последнее время остро стоит вопрос об использовании возобновляемой солнечной и ветровой энергии. В 2020 году на возобновляемую энергетику в мире пришлось 90% прироста всех генерирующих мощностей. По данным системного оператора, в России доля солнечной и ветровой энергии в общем балансе составляет 0,15% [6]. В 2021 году в РФ введено 1,4 ГВт солнечных и ветровых электростанций, что составляет от общей установленной мощности 0,56%. В 2020 году, по оценке Vygon Consulting [7], в РФ цена электроэнергии новых солнечных электростанций в среднем составляла 9,5 руб/ кВт·ч, ветровых — 6,3 руб/ кВт·ч, а АЭС — 5,1 руб/ кВт·ч и новых парогазовых установок — 3,6 руб/ кВт·ч. В ближайшие десять лет предполагается уменьшение стоимости солнечных и ветровых установок.
Величина суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность при безоблачном небе в отопительный период значительно уменьшается с увеличением географической широты (табл. 2), а величина суммарной солнечной радиации на вертикальную поверхность зависит от ориентации, географической широты и времени года (табл. 3). Из приведённых данных следует, что:
- в отопительный период года поступление солнечной радиации на горизонтальную поверхность наименьшее;
- поступление солнечной радиации наибольшее в холодный период на вертикальную поверхность ориентации Ю, ЮВ/ЮЗ и В/З;
- исходя из второго, вертикальные солнечные установки целесообразно предусматривать вращающимися;
- необходимы устройства для поддержания поверхностей солнечных установок в чистом виде;
- можно считать нецелесообразным строительство горизонтальных солнечных установок в районах страны, расположенных в географических широтах севернее 56° с.ш.
Следует также иметь в виду, что реальная величина солнечной радиации меньше, поскольку она зависит от действительных условий облачности и прозрачности атмосферы в населённом пункте [8, 9], а продолжительность светового дня в отопительный период меньше почти в два раза (табл. 4), что вызывает увеличение потребления электрической энергии на освещение помещений и улиц. Что касается ветровых установок, используемых для электроснабжения, то их целесообразность определяется в основном значением скорости ветра в конкретном населённом пункте (табл. 5).
