Измерение фактического теплопотребления домов с улучшенной теплоизоляцией, в соответствии с требованиями изменений №3 к СНиП II-3–79 «Строительная теплотехника», утверждённых постановлением Минстроя России от 11 августа 1995 года №18–81, МГСН 2.01–1999 «Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоснабжению» и СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», показало, что экономии тепловой энергии в домах, построенных после 2000 года (в Москве по МГСН 2.01–1999), и ожидаемой в размере 50% по сравнению со зданиями, построенными до 1995 года, так и не произошло — теплопотребление уменьшилось всего на 15–20%.
В табл. 1 представлены данные фактического теплопотребления на отопление 3183 многоквартирных домов (МКД) типовых серий, построенных до и после 2000 года в Москве, и пересчитанного на нормализованный отопительный период (НОП) для сравнения с ожидаемыми годовыми расходами теплопотребления по проектным данным, исходя из переcчёта раcчётного расхода теплоты на отопление (согласно Приложению 22 СНиП 2.04.07–86 «Тепловые сети»), взятого из проекта или из Московского территориального строительного каталога (МТСК), плюс 7% надбавка для многосекционных зданий или 5% для односекционных домов-башен на потери тепла трубопроводами, проложенными в неотапливаемых помещениях (см. параграф А. 10 Приложения А к СП 60** в статье [1]), и требуемыми в соответствии со стандартом СТО НОП 2.1–2014 «Требования по составу и содержанию энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания», выполненного автором.
Требуемый раcчётный расход теплоты на отопление рассчитан исходя из задач поддержания температуры воздуха в квартирах на комфортном уровне, обеспечения нагрева наружного воздуха для вентиляции квартир в объёме нормативного воздухообмена (30 м³/ч на одного жителя при заселённости 20 м² общей площади квартир на человека) и с учётом бытовых теплопоступлений в размере 17 Вт/м² жилой площади квартир при указанной заселённости.
Годовое требуемое теплопотребление на отопление определено исходя из увеличения доли бытовых теплопоступлений в квартирах в тепловом балансе дома с повышением температуры наружного воздуха и с учётом перехода на сниженные раcчётные параметры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, при выявленном запасе тепловой мощности этой системы.
Для возможности сопоставления фактического теплопотребления систем отопления МКД различных серий между собой и с ожидаемыми годовыми проектными и требуемыми расходами количественные значения переводятся в удельные по отношению к 1 м² площади квартир каждого дома: в раcчётных показателях — qотр в кВт/м², в годовом теплопотреблении — qотгод в кВт·ч/м² площади квартир без летних помещений.
Как следует из табл. 1, фактическое удельное, пересчитанное на нормализованный отопительный период, средневзвешенное теплопотребление системами отопления домов 3-го поколения строительства [серии КОПЭ и П (нормальным шрифтом в табл. 1)] по измерениям в 112 домах составило 19413/112 = 173 кВт·ч/м².
Требуемое теплопотребление этих домов, рассчитанное по стандарту СТО НОП 2.1–2014, оказалось намного ниже проектного и в пределах ±5% почти совпало с фактическим, за исключением домов П-3/16 строительства 1976–1982 годов, в которых фактическое теплопоступление (186 кВт·ч/м²) было на 18% выше ожидаемого, но всё равно ниже проектного — 207 кВт·ч/м², и домов серии П-44/16* строительства 1987–1990 годов и П-44/17 строительства 1993–1995 годов, где фактическое теплопоступление (192 и 186 кВт·ч/м²) было, соответственно, на 15 и 18% выше ожидаемого, но также ниже проектного — 210 и 218 кВт·ч/м².
Эти отклонения объясняются местными условиями теплоснабжения и при осреднении методом отсечения крайних значений не противоречат выводу, что фактическое теплопотребление на отопление совпадает с требуемым, что косвенным образом подтверждает правильность принятой методики.
Запас тепловой мощности домов 3-го поколения практически не превышает 10%, а домов 2-го поколения (нижние пять строк табл. 1 нормальным шрифтом) ниже Кзап = 1 также в пределах 10–12%. В отношении домов 4-го поколения, построенных с повышенной теплозащитой (те же дома серии КОПЭ и П, но жирным шрифтом в табл. 1), а также домов 2-го поколения, но прошедших комплексный капитальный ремонт с утеплением (нижние пять строк жирным шрифтом в табл. 1), — они отличаются тем, что запас тепловой мощности (превышение проектной тепловой нагрузки над требуемой) для домов серии П3М составляет 25%, серии П46М — 37% и серии П44Т — 51%. То же для домов после комплексного капитального ремонта — превышение составляет от 16% (дома серии II-18–01/12) до 35% (дома серии II-18/9Б).
Вообще, по типовым домам 4-го поколения ожидаемое годовое теплопотребление по проектному режиму значительно превышает требуемое для домов: серии П-3М в 1,7 раза (146/86), серии П-46М — в 1,8 раза (175/97), серии П-44Т — в 2,0 раза (212/105). То же после капитального ремонта с утеплением для домов: серии II-18–01/12 в 1,64 раза (156/95), серии 1–515/9 в 1,7 раза (155/91), серии 1605АМ/12 в 1,74 раза (148/85), серии II-49/9 в 1,76 раза (151/86) и серии II-18/9Б в 1,86 раза (186/100).
Это огромный перерасход теплоты! Причём фактическое теплопотребление подтверждает такой же перерасход в сравнении с ожидаемым требуемым теплопотреблением (колонка 7 табл. 1):
а) по обработанным данным, представленным в отчёте ГУП «НИИ Мосстрой», для домов: серии П44Т — в 1,72 раза, серии П3М — в 1,91 раза;
б) по данным, которыми располагает автор, для домов: серии П44Т — в 1,49 раз, серии П3М — в 1,64 раза, серии П46М — в 1,57 раза, после капитального ремонта — от 1,67 до 1,93 раз.
Наглядным примером динамики изменения удельного расхода тепловой энергии на отопление МКД за отопительный период может служить рис. 1, полученный из табл. 1 на примере домов серии II-49 и П-44.
Рис. 1. Динамика изменения удельного расхода тепловой энергии на отопление за отопительный период в зданиях производства ДСК-1 типовых серий II-49 и П-44
Из рис. 1 видно, что, если до выхода СНиП II-33–75, когда при раcчёте системы отопления не учитывались бытовые теплопоступления, а теплопотери с инфильтрацией принимались в размере всего 8% от теплопотерь через наружные ограждения, проектный и требуемый удельный расходы тепловой энергии на отопление за отопительный период были близки (серия II-49), то в последующие годы проектный расход за отопительный период пришедшим им на смену домам серии П-44/16 на 20–35% превышал требуемый (из-за учёта при определении последнего увеличивающейся в тепловом балансе дома доли бытовых теплопоступлений с повышением температуры наружного воздуха выше расчётной величины). Вследствие этого фактическое годовое теплопотребление, за исключением домов, построенных после 2000 года, было близко к требуемому (отличие — менее 10%), а после введения в 2000 году повышенной теплозащиты и установленного по непонятной причине 50%-го запаса тепловой мощности ожидаемое годовое теплопотребление по проекту оказалось в два раза больше требуемого и может быть снято путём перехода на более низкие раcчётные параметры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления.
Доказательством такого снижения фактического теплопотребления до требуемого служат результаты эксперимента исследовательской группы под руководством автора данной статьи, проведённого в 12-этажных домах серии II-18–01/12 в Москве (на ул. Обручева) после выполненного в них комплексного капремонта. На этот эксперимент была ссылка в предыдущей статье автора [1], включавшая описание достигнутых теплотехнических и санитарно-гигиенических показателей, позволивших добиться тепловой нагрузки системы отопления Qотр.тр = 175,7 кВт или удельного значения
на 1 м² площади квартир.
Проектная тепловая нагрузка системы отопления дома по сумме раcчётных теплопотерь всех помещений, по которым были подобраны отопительные приборы в проекте, с учётом 5% надбавки к раcчётным теплопотерям на потери тепла трубопроводами, проложенными в неотапливаемых помещениях (остальные дополнительные и добавочные теплопотери учтены при подборе площади нагрева отопительных приборов), составила Qотр.пр = 195,4×1,05 = 205,2 кВт или qотр.пр = 205,2/3618 = 56,7 кВт·ч/м². Отсюда коэффициент запаса тепловой мощности системы отопления составил
Проектная тепловая нагрузка системы отопления дома серии II-18–01/12 до капитального ремонта составила величину 290 кВт.
Выполнение капитального ремонта с повышением теплозащиты до базового уровня [нормативные значения по СНиП 23-02-2003 (в СП 50.13330.2012, актуализирующем этот СНиП и вышедшем на его замену, также как и в приказе Минстроя России от 17 ноября 2017 года №1550 «Требования энергетической эффективности зданий…», не предусматривается повышение теплозащиты при выполнении капитального ремонта МКД) при осуществлении обязательного автоматического регулирования подачи теплоты в систему отопления в автоматизированном индивидуальном тепловом пункте (АИТП) или автоматизированном узле управления (АУУ) при теплоснабжении от ЦТП или квартальных котельных] позволяет сократить тепловую нагрузку на систему отопления до требуемого значения в 1,65 раза (290/175,7).
Годовой расход тепловой энергии на отопление в условиях авторегулирования его подачи по стандартному проектному графику составит, по аналогии с [1]:
Удельное значение годового расхода тепловой энергии на 1 м² площади квартир:
В сравнении с ожидаемым годовым теплопотреблением, требуемым после капитального ремонта (из той же статьи [1]) Qотгод.птрослекапрем = 359,2 МВт·ч (соответственно, удельное значение qотгод.птрослекапрем = 359,2×103/3618 = 99,3 кВт·ч/м²), годовое теплопотребление на отопление сократится в 2,3 раза (822,8/359,2). Реальное фактическое теплопотребление за отопительный период 2009–2010 годов, с переcчётом на нормализованный отопительный период, составило (табл. 2):
- для домов 51 и 63 до капитального ремонта величину (209 + 188)/2 = 188,5 кВт·ч/м²;
- для домов 47, 49 и 61 с выполненным капремонтом и с авторегулированием подачи теплоты на отопление по графику проектного режима, без учёта имеющегося запаса тепловой мощности системы отопления и увеличивающейся доли бытовых теплопоступлений в тепловом балансе дома с повышением температуры наружного воздуха, величину (133 + 146 + 141)/3 = 140 кВт·ч/м², что «не дотягивает» до минимально возможного при соблюдении комфортных условий по температуре и воздухообмену в квартирах qотгод.птрослекапрем = 99,3 кВт·ч/м², то есть превышает требуемое (минимально необходимое) удельное значение фактического теплопотребления на (140–99,3)×100/99,3 = 41%.
Следует заметить, что такой режим был реализован не на нескольких днях, а в течение более четырёх месяцев непрерывной работы, что подтверждает наличие в квартирах этого дома комфортных условий пребывания жителей. Значит, можно при желании добиться в реальных условиях эксплуатации соответствия фактического теплопотребления системой отопления здания рассчитанному в проекте.
Это реальный резерв энергосбережения, который достигается путём перенастройки контроллера регулятора подачи теплоты на отопление на вводе в здание и при уточнении производительности циркуляционного насоса, что предлагается для включения в изменения к СП 60. Это выполнимо на практике и без дополнительных капиталовложений, поскольку в новом строительстве и при капремонте зданий необходимое оборудование уже должно быть установлено.
Для исполнения изложенного следует дополнить Приложение А СП 60 раcчётом требуемого графика регулирования подачи теплоты в систему отопления и закрепить необходимость подтверждения его реализации, поручив экспертизе в процессе теплотехнических испытаний перед сдачей дома в эксплуатацию оценивать его энергоэффективность с учётом выполнения изложенных в данной статье положений, повышающих рациональность использования тепловой энергии на отопление и снижающих выбросы углекислого газа в атмосферу. Это нужно делать как в новом строительстве, так и при выполнении капремонта здания, в том числе каждого типового здания или повторного применения.
Согласно Федеральному закону от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ «Об энергосбережении…», утверждает класс энергетической эффективности построенного и капитально отремонтированного многоквартирного дома или общественного здания Госстройнадзор, но эта организация раcчёты не проводит и не проверяет их, а должна ориентироваться на результаты заключения экспертизы по проектной документации и подтверждение застройщиком этих результатов с использованием инструментально-раcчётных методов при вводе здания в эксплуатацию.
Первая часть предлагаемых автором изменений и дополнений к Приложению А СП 60 опубликована в предыдущей части материала ([1], стр. 69–73). Вторая часть приведена далее в этом номере (стр. 90–92).
Авторское Приложение к данной статье (часть 2)*
Продолжение предлагаемого дополнения к Приложению А СП 60.13330.2020 (начало в [1])
Методика раcчёта графиков регулирования подачи теплоты в системы отопления
Параграф А. 17:
При построении температурных графиков центрального регулирования подачи тепловой энергии на отопление в ИТП или АУУ согласно Приложению 18 СП 41–101–95 «Проектирование тепловых пунктов» необходимо знать алгоритм изменения относительного расхода тепловой энергии на отопление в зависимости от температуры наружного воздуха, который может отличаться для зданий различного назначения и состояния тепловой защиты наружных ограждений.
Графики изменения относительного расхода тепловой энергии на отопление, в зависимости от температуры наружного воздуха tн для разного типа потребителей и способов автоматического регулирования, приведены на рис. А. 1.
Рис. А.1. Графики изменения относительного расхода тепловой энергии на отопление Qот в зависимости от температуры наружного воздуха tн для разных режимов автоматического регулирования подачи теплоты на отопление [1 — стандартный проектный по формуле (А.23); 2 — оптимизированный с учётом увеличивающейся доли бытовых теплопоступлений в тепловом балансе здания с повышением температуры наружного воздуха, по формуле (А.24); 3 — то же, что и предыдущий график, но ещё и с учётом выявленного запаса тепловой мощности системы отопления (на данном рисунке — в 10 %)]
Параграф А. 18:
Для стандартного графика регулирования подачи теплоты в систему отопления, при котором не учитывается, что с повышением температуры наружного воздуха доля бытовых теплопоступлений в тепловом балансе дома возрастает (рис. А. 1, линия 1), относительный расход тепловой энергии на отопление будет:
где Qот — расход тепловой энергии на отопление при текущей температуре наружного воздуха tн, кВт; Qотр.тр — раcчётный расход тепловой энергии на отопление при раcчётной температуре наружного воздуха для проектирования отопления tнр, кВт; tв — раcчётная температура внутреннего воздуха в здании, °C; tн — текущая температура наружного воздуха, °C; tнр — раcчётная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °C.
Параграф А. 19:
Для оптимизированного графика регулирования подачи теплоты в систему отопления, при котором учитывается увеличение доли бытовых теплопоступлений в тепловом балансе здания с повышением температуры наружного воздуха, за cчёт чего можно сократить подачу тепловой энергии на отопление по сравнению с величиной, определённой по формуле (А. 23), относительный расход тепловой энергии на отопление Qот.опт определяют по формуле:
где Qотр.тр — то же, что в формуле (А. 23); Qбыт — среднечасовые за отопительный период теплопоступления, включая бытовые (технологические) тепловыделения в квартирах, Вт; tв, tн и tнр — то же, что и в формуле (А. 23).
Параграф А. 20:
Для определения температуры наружного воздуха, при которой следует отключать отопление, уравнение (А. 24) приравнивается к нулю и из него находится tн при Qот.опт = 0 — это вторая реперная точка для построения графика:
Первая реперная точка — это раcчётный расход тепловой энергии на отопление Qотр.тр при раcчётной для проектирования отопления температуре наружного воздуха tнр. Если по уравнению (А. 23) график приходит в ноль относительного расхода теплоты при tн = 18–20°C, то по уравнению (А. 24), в зависимости от степени утепления здания и соотношения Qбыт/Qотр.тр, график приходит в ноль при температурах наружного воздуха 12–15°C.
Переход на график по уравнению (А. 24) для домов муниципального типа с заселённостью 20–25 м² на одного человека позволяет получить годовую экономию теплоты от 15 до 20%.
Параграф А. 21:
Исходя из изменения доли бытовых теплопоступлений в тепловом балансе жилого или общественного здания в зависимости от температуры наружного воздуха, следует пересмотреть традиционную формулу переcчёта фактически измеренного расхода тепловой энергии, потреблённого системой отопления здания за какой-то период времени, на нормализованный отопительный период (НОП), используемый при эксплуатации и изображённый линией 1 на рис. А. 1, построенном из раcчёта, что Qот = 0 при tн = 18°C:
При регулировании подачи теплоты в дом по оптимизированному графику, изображённому линией 2 на рис. А. 1, пересекающей нулевой расход теплоты при температуре tн < 18°C, для переcчёта фактически измеренного расхода тепловой энергии на нормализованный отопительный период в формулу (А. 26) вводится специальный коэффициент переcчёта Кпер. НОП, равный отношению удельного годового расхода тепловой энергии на отопление, пересчитанного на нормализованный отопительный период при средней температуре наружного воздуха в измеряемый период, к такому же расходу, определённому при средней за нормализованный отопительный период наружной температуре, приведённый в табл. А. 5, по следующей формуле:
где Qот.ф. НОП — фактический измеренный расход тепловой энергии на отопление за период измерения (за весь отопительный период или его часть), пересчитанный на нормализованный отопительный период, Гкал; Qот.ф — фактически измеренный расход тепловой энергии на отопление за период измерения, Гкал; ГСОП — градусо-сутки нормализованного отопительного периода, которые принимаются по формуле (5.2) СП 50 с учётом табл. 3.1 из СП 131.13330.2020 «Строительная климатология» (для города Москвы по СНиП 23-01-99*, поскольку раcчёт выполняется по испытаниям 2009–2010 годов), ГСОП = (tв — tн.ср. НОП)zНОП = (20 + 3,1)×214 = 4943 градусо-суток; tв — раcчётная температура внутреннего воздуха в здании, tв = 20°C; tн.ср. НОП — средняя температура наружного воздуха нормализованного отопительного периода, для Москвы tн.ср. НОП = −3,1°C; zНОП — длительность нормализованного отопительного периода, для Москвы zНОП = 214 суток; tн.ср.фп — средняя температура наружного воздуха за фактический период измерения; zфп — длительность фактического периода измерения, сутки.
Параграф А. 22:
При выявлении несоответствия фактической производительности системы отопления Qотр.пр (проектный раcчётный расход тепловой энергии на отопление, на который подобраны отопительные приборы; принимают из проекта или по результатам фактических испытаний) требуемому раcчётному расходу тепловой энергии на отопление Qотр.тр (определяют согласно разделу 9 стандарта СТО НОП 2.1–2014) необходимо рассчитать новые значения раcчётных температур воды в подающем и обратном трубопроводах системы отопления.
Выразив отношение фактической производительности системы отопления к требуемому расходу тепловой энергии на отопление из энергетического паспорта проекта конкретного здания в виде коэффициента запаса поверхности нагрева отопительных приборов Kзап = Qотр.пр/Qотр.тр, определяют требуемые значения температур воды в подающем tо1тр [°C] и обратном t2тр [°C] трубопроводах системы отопления, соответственно, по формулам:
где tв.мин — минимальная из допустимых температур внутреннего воздуха [°C], которую принимают исходя из требований ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»; τо1 — раcчётная температура теплоносителя в подающем трубопроводе отопления, °C; τ2 — раcчётная температура теплоносителя в обратном трубопроводе, °C; Qот — относительный расход тепловой энергии на отопление, который принимают по формулам (А. 23) или (А. 24), в зависимости от назначения здания; m — показатель степени в формуле изменения коэффициента теплопередачи отопительного прибора, определяемый по рис. А. 2 и А. 3.
Рис. А.2. Графики изменения температурного критерия системы отопления по температуре воды в подающем трубопроводе (τo т 1 – tв)/(τo1 – tв) для различных значений показателя степени m и при постоянной циркуляции теплоносителя в системе
На рис. А. 2 и А. 3 представлены графики изменения относительной температуры воды в подающем (τo1т — tв)/(τo1 — tв) и обратном (τ2т — tв)/(τ2 — tв) трубопроводах системы отопления с постоянной циркуляцией воды (температурного критерия системы отопления) в зависимости от относительного теплового потока на отопление Qот, с учётом возможных значений показателя степени m в формуле коэффициента теплопередачи отопительного прибора (здесь и далее с индексом «т» — значения температур при текущей температуре наружного воздуха).
Рис. А.3. Графики изменения температурного критерия системы отопления по температуре воды в обратном трубопроводе (τ2 т – tв)/(τ2 – tв) при постоянной циркуляции воды в системе (для упрощения: ti и tiопт — это то же, что и tв из формулы А.23)
Используя эти графики, находят искомую температуру воды в подающем или обратном трубопроводах при различных температурах наружного воздуха: для требуемой tн находят по формулам (А. 23) и (А. 24) или из рис. А. 1 величину относительного расхода теплоты на отопление Qот, и уже по ней из рис. А. 2 или А. 3 определяется температурный критерий.
Затем по перечисленным ниже формулам определяют искомую температуру воды в трубопроводах:
Примечание: составляющие, входящие в формулы температурного критерия, не сокращаются с составляющими формул (А. 30) и (А. 31).
Кривизна графиков температур зависит от типа отопительных приборов и способов прокладки стояка. Так, в системах отопления с замоноличенными стояками и конвекторами «Прогресс» m = 0,15, в системах отопления с чугунными радиаторами — m = 0,25, в системах отопления с конвекторами «Комфорт» и открыто проложенными стояками — m = 0,32.
Для определения значений требуемых температур при раcчётной для проектирования отопления температуре наружного воздуха tнр необходимо в формулы (А. 28) и (А. 29) подставить Qот = 1,0.
При завышении поверхности нагрева отопительных приборов, например, на 20%, температуры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, составляют в раcчётных условиях величины 84–63°C вместо 95–70°C.
Параграф А. 23:
Раcчётный расход теплоносителя [ м³/ч], циркулирующего в системе отопления, следует определять из уравнения:
где Gотр — раcчётный расход теплоносителя, м³/ч; Qотр — раcчётная тепловая нагрузка на систему отопления [ кВт], которую следует определять по формулам (А. 15), (А. 17) и (А. 21); tо1тр.р и t2тр.р — то же, что и в формулах (А. 28) и (А. 29) tо1тр и t2тр, получаемые после подстановки Qот = 1; ρвод — плотность воды, ρвод = 1,0 кг/л; свод — удельная теплоёмкость воды, свод = 4,19 кДж/(кг∙°C).
Надеюсь, авторы СП 60.13330.2020 внесут указанные изменения, приведённые с обоснованиями в [1] и в данном материала автора, или же обоснуют на страницах журнала своё несогласие.
