О температурном графике центрального авторегулирования местных систем водяного отопления зданий

Читать статью С. В. Бруха в журнале СОК №07/2022

На данном графике* — приведём его заново как рис. 1 — показывается изменение расхода теплоты на систему водяного отопления в зависимости от температуры наружного воздуха (синяя линия) жилого дома в Германии после реконструкции, и использование в целях экономии энергии воздушного теплового насоса, который обеспечивает тепловую нагрузку дома на отопление и среднечасовую на ГВС при наружной температуре до −5°C. При более низких температурах следует включать дополнительный источник теплоты, которым может быть существующий котёл или водонагреватель системы централизованного теплоснабжения. Энергоэффективность такого решения убедительно подтвердил С. В. Брух [1].

Но нас интересует синяя линия на рис. 1, демонстрирующая, что нулевая тепловая нагрузка системы отопления соответствует температуре наружного воздуха +20°C. Казалось бы правильно — система отопления рассчитана на поддержание температуры воздуха в жилых комнатах +20°C, и при снижении наружной температуры ниже +20°C и должна включаться система отопления здания.

Однако тепловой баланс здания, из которого определяется тепловая нагрузка системы отопления, включает не только теплопотери через наружные ограждения и расход теплоты на нагрев наружного воздуха для вентиляции отапливаемых помещений, но и поступление теплоты от внутренних теплоисточников (от освещения, работающих электрических или газовых плит, включённых электроприборов, от пользования горячей водой и полотенцесушителем и, наконец, метаболические теплопоступления от находящихся в помещении людей), а также внешние теплопоступления от солнечной радиации.

Наличие этих теплопоступлений позволяет начинать отопление при более низких температурах наружного воздуха, что создаёт дополнительную экономию тепловой энергии, позволяя снизить выбросы углекислого газа путём сокращения объёмов сжигания ископаемого топлива. Правда, при осуществлении центрального авторегулирования местных систем водяного отопления зданий солнечные теплопоступления учесть затруднительно (это возможно при разделении системы отопления на пофасадные ветки с самостоятельным центральным авторегулированием графика подачи теплоты в зависимости от изменения наружной температуры с автокоррекцией по отклонению от заданного значения температуры воздуха в помещениях, ориентированных на данный фасад [2]), а бытовые теплопоступления учитываются путём параллельного смещения графика изменения теплопроизводительности системы отопления без учёта внутренних теплопоступлений вниз, в зависимости от доли внутренних теплопоступлений к расчётной тепловой нагрузке системы отопления, поскольку среднесуточная величина этих теплопоступлений почти постоянна в течение отопительного периода (ОП) и не зависит от изменения температуры наружного воздуха.

Удивительно, что в Германии пренебрегают такой возможностью получения дополнительной экономии энергии при отоплении зданий. Нами ещё в 1973 году было предложено [3] учитывать не только бытовые (внутренние) теплопоступления в квартирах зданий, но и увеличение их доли в тепловом балансе дома при повышении температуры наружного воздуха за счёт того, что абсолютная величина этих теплопоступлений не зависит от наружной температуры, и это позволяет значительно сократить подачу теплоты на отопление дома.

Для установления значения смещения графика изменения теплопроизводительности системы отопления необходимо оценить удельную величину внутренних (бытовых) теплопоступлений в зданиях в зависимости от их назначения и плотности заселения жилых домов или размещения работающих (учащихся) в общественных и административных зданиях. Следует заметить, что до начала 1970-х годов ни в нашей стране, ни за рубежом при проектировании систем отопления зданий бытовые теплопоступления не учитывались. В СССР для жилых зданий они впервые были включены в СНиП II-33–75 в объёме 26 ккал/ч (30 Вт) на 1 м² площади жилых комнат и кухни при условии нормы заселения в 9 м² на одного человека, что подтверждено результатами натурных испытаний ряда типовых серий жилых зданий и отдельных домов по индивидуальным проектам, проведённых нами в МНИИТЭП, и повторно опубликовано уже в журнале «АВОК» [4].

В дальнейшем эта удельная величина неоднократно пересматривалась административным путём, без подтверждения какими-либо испытаниями, остановившись в СНиП 41-01-2003 на величине согласно п. 6.3.4 «не менее 10 Вт на 1 м² пола жилых комнат и кухни» в квартирах. Но в следующей редакции СП 60.13330.2012, актуализирующей СНиП 41-01-2003, показатель удельной величины бытовых теплопоступлений был исключён из текста документа, несмотря на наши неоднократные обращения к авторам документа на стадии его обсуждения и побуждения внести изменения после утверждения Минстроем. Наши предложения о внесении изменений в СП 60.13330.2020 опубликованы в статье [5].

И нам удалось включить рекомендуемые обоснованные значения удельной величины бытовых теплопоступлений, приходящихся на 1 м² площади жилых помещений или расчётной площади отапливаемых помещений общественных зданий, в зависимости от заселённости этих помещений, в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» при определении удельного расхода тепловой энергии системами отопления жилых и общественных зданий за отопительный период (Приложение Г).

В частности, для жилых домов принимается qбыт = 17 Вт/м² площади пола жилых комнат при заселённости 20 м² площади квартир на одного человека, а при заселённости 45 м² на человека — qбыт = 10 Вт/м² площади пола жилых комнат. В диапазоне между этими крайними значениями — по формуле:

где Aкв — площадь квартир; n — количество жителей в доме.

Как было показано в статье [5], приведённые выше значения корреспондируются с европейскими нормами ISO 13790: 2008 «Энергетическая эффективность зданий. Расчёт потребления энергии для отопления и охлаждения». В табл. G. 12 Приложения G к этим нормам приводятся рекомендуемые значения внутренних теплопритоков от пользователей жилых и общественных зданий разного назначения, годовое потребление электроэнергии на освещение и пользование электроприборами, кухонным оборудованием и время использования их за средний день месяца. Пересчитав теплопритоки на среднечасовые за отопительный период значения, прибавив метаболические притоки от присутствующих людей, а для жилых домов ещё и теплопоступления от полотенцесушителя и трубопроводов системы ГВС, к которой он подключён, и от пользования горячей водой, были получены такие же величины, как и в приведённой выше формуле при заселённости 40 м² площади квартир на одного жителя, которая принята в табл. G. 12 ISO.

Применительно к условиям России рассматриваемая таблица в [6] расширена в связи с тем, что заселённость квартир в 40 м² на жителя у нас больше исключение, чем правило, так же, как и 20 м² на одного работающего в офисах. Поэтому таким жилым и офисным зданиям присваивается первая категория и дополнительно вводится вторая категория с заселённостью в 20 м² площади квартир на жителя и 8 м² полезной площади помещений или примерно 6 м² расчётной площади на одного работающего в офисах, что соответствует норме заполняемости существующих зданий в нашей стране.

На основании выполненных расчётов были получены удельные среднечасовые за рабочее время внутренние теплопритоки qint [Вт/м²], включая людей, электроприборы, кухонное оборудование и освещение, которые добавлены в эту таблицу отдельной строкой.

Теперь можно установить, к какому перерасходу теплоты на отопление жилого дома приводит отсутствие учёта бытовых теплопоступлений в течение всего отопительного периода (синяя линия на рис. 2 — то же, что синяя линия на рис. 1) и при учёте их в расчётных условиях (при расчётной температуре наружного воздуха для проектирования отопления tнр), но без учёта увеличивающейся доли бытовых теплопоступлений в тепловом балансе дома с повышением температуры наружного воздуха — коричневая линия на рис. 2 (прекращение отопления задаётся, как и в первом случае, при tн = tв = 20°C), по сравнению с рекомендуемым нами графиком — зелёная линия рис. 2 (полученная параллельным смещением синей линии на величину бытовых теплопоступлений в доме за средний час в течение отопительного периода).

Мы не знаем, какова общая площадь (в целом квартиры) и жилая (жилых комнат) площадь, но в первой части статьи [1] приводятся данные, что средняя жилплощадь в Германии составляет по 47 м² на каждого жителя страны, противопоставляя её России, где по данным Росстата приводится в среднем на одного жителя 24 м² жилья (в Москве — 20–22 м², потому что практически отсутствуют индивидуальные малоэтажные дома, которые, как правило, имеют большую площадь).

Тогда, принимая среднюю заселённость квартиры в Германии в три человека, получаем, что общая площадь дома составит Акв = 47×3 = 141 м², а площадь жилых комнат, с учётом которой определяются бытовые теплопоступления, Аж = 0,6×141 = 85 м². Соответственно, бытовые теплопоступления составят Qбыт = 10×85×10–3 = 0,85 кВт, а истинная расчётная теплопроизводительность системы отопления при tнр с учётом бытовых теплопоступлений (без их учёта она составляла из графика на рис. 2 из [1] 10,5 кВт) будет Qрот = 10,5–0,85 = 9,65 кВт или Qбыт/Qрот = 0,85/9,65 = 0,088.

Это значит, что установленная площадь поверхности нагрева отопительных приборов в доме завышена на 8,8% из-за того, что при расчёте нагрузки на эти приборы не учитывали бытовые теплопоступления.

Также, зная соотношение Qбыт/Qрот можно определить температуру наружного воздуха, при которой следует прекращать отопление при переходе на предложенный график подачи теплоты (обоснование формулы приведено в [5]):

Тогда из закона подобия прямоугольных треугольников на графике, образуемых зелёной линией на рис. 2, находим расход тепловой энергии, потребляемой системой отопления при средней за отопительный период температуре наружного воздуха tнср = +2,5°C:

Градусо-сутки отопительного периода (ОП) при его длительности nоп = 155 суток и температуре внутреннего воздуха tв = 20°C будут: ГСОП = (tв — tнср)nоп = (20–2,5)×155 = 2550.

Удельное теплопотребление дома на отопление за отопительный период qотгод для трёх вариантов учёта бытовых теплопоступлений, соответственно, будет:

• с учётом Qбыт при определении Qрот и постоянства бытовых теплопоступлений в течение ОП (tн.приQот=0 = 17,2°C):

(это зелёная линия);

• с учётом Qбыт при определении Qрот, а также при tн.приQот=0 = 20°C

(это коричневая линия);

• без учёта Qбыт

(реализация авторегулирования отопления по графику синей линии).

Итак, получается, что перерасход тепловой энергии на отопление жилого дома без учёта бытовых теплопоступлений в тепловом балансе дома, даже при их минимальной величине — 10 Вт на 1 м² площади жилых комнат, из-за низкой плотности заселения составляет величину [(138,5–116,1)/116,1]×100 = 19,3%, что достаточно убедительно для пересмотра методики определения годового теплопотребления на отопление зданий и соответствующей перенастройки контроллера авторегулятора. Перерасход теплопотребления на отопление дома за отопительный период при учёте бытовых теплопоступлений в расчёте производительности системы отопления, но без учёта повышения их доли в тепловом балансе дома с повышением температуры наружного воздуха выше расчётной (коричневая линия, приходящая в ноль расхода теплоты при tн = 20°C), составит [(127,3–116,1)/116,1]×100 = 9,7%.

Эти выводы, судя по описанному в [1] «утеплению стен пенопластом толщиной 10 см» и замене окон на «современные двухкамерные стеклопакеты», относятся к дому после комплексного капитального ремонта, теплозащита которого выполнена примерно в том же объёме, как и в нашей стране после выхода СНиП 23-02-2003, то есть на соответствие базовым значениям. Оценим перерасходы от «неучёта» бытовых теплопоступлений в наших муниципальных многоквартирных домах (МКД) с плотностью заселения в 20 м² на человека с удельными бытовыми теплопоступлениями 17 Вт/м² площади жилых комнат квартиры.

Для примера возьмём два наиболее распространённых в жилищном фонде Москвы дома типовой серии II-49–04/9Д — девятиэтажный четырёхсекционный панельный дом и II-18–01/12–12-этажный блочный дом-башню. Оба дома оборудованы водяной однотрубной системой отопления и естественной приточно-вытяжной вентиляцией, теплозащита обоих домов соответствует требованиям СНиП 23-02-2003 (с базовыми значениями приведённого сопротивления теплопередаче стен R0ст = 3,0 м²·°C/Вт и перекрытий R0пер = 3,9 м²·°C/Вт, за исключением окон, которые приняты согласно СП 50.13330.2012 R0ок = 0,66 м²·°C/Вт), а воздухообмен в квартирах соответствует минимально нормативным значениям — 30 м³/ч на одного человека, удельные бытовые теплопоступления — 17 Вт/м² площади жилых комнат квартиры, а также для обоих домов с увеличением сопротивления теплопередаче наружных ограждений в полтора раза, а окон до 1,2 м²·°C/Вт.

Метрологические параметры для региона Москва согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»: tнр = −25°C, ГСОП = (tв — tнср)nоп = (20 + 2,2)×205 = 4550 градусо-суток.

Расчёты показывают, что при утеплении дома II-49–04/9Д до базового уровня доля бытовых теплопоступлений по отношению к расчётному расходу теплоты на систему отопления составила Qбыт/Qот.р = 73/322,3 = 0,23, Температура наружного воздуха, при которой следует прекращать отопление при переходе на оптимизированный график подачи теплоты, находится из уравнения, аналогичного из предыдущего примера:

а удельное теплопотребление дома на отопление за отопительный период при оптимизированном графике авторегулирования (с учётом увеличивающейся доли бытовых теплопоступлений в тепловом балансе дома при повышении температуры наружного воздуха) qотгод = 75 кВт·ч/м².

Если же бытовые теплопоступления не учитывать, удельный расчётный расход тепловой энергии на систему отопления (при tнр = −25°C) будет 404,8 кВт, а удельное теплопотребление дома на отопление за отопительный период составит 126 кВт·ч/м² в год, то есть перерасход теплоты будет [(126–75)/75]×100 = 68% по отношению к годовому расходу теплоты при учёте бытовых теплопоступлений в полном объёме, что значительно больше, чем в предыдущем примере при удельной величине бытовых теплопоступлений в 10 Вт/м²–19,3%. Запас площади поверхности нагрева отопительных приборов составил Кзап = 404,8/322,3 = 1,26.

Этот запас реализуется изменением расчётных параметров теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, в соответствие с методикой, изложенной в Приложении А в [5], например, при запасе 26% расчётные параметры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах должны быть 81,5/61,7°C, вместо проектных 95–70°C. Если же бытовые теплопоступления учитывают при расчёте системы отопления, но не учитывают увеличивающуюся их долю в тепловом балансе дома при повышении tн, то удельное теплопотребление дома на отопление за отопительный период составит 101 кВт·ч/м² в год, а перерасход теплоты будет [(101–75)/75]×100 = 34%.

То же по дому II-18–01/12, при утеплении его до базового уровня доля бытовых теплопоступлений по отношению к расчётному расходу теплоты на систему отопления составила Qбыт/Qот.р = 42,4/169,2 = 0,25.

Температура наружного воздуха, при которой следует прекращать отопление при переходе на оптимизированный график подачи теплоты, находится из уравнения, аналогичного из предыдущего примера:

а удельное теплопотребление дома на отопление за отопительный период при оптимизированном графике авторегулирования составит qотгод = 76 кВт·ч/м².

Если же бытовые теплопоступления не учитывать, удельный расчётный расход тепловой энергии на систему отопления (при tнр = −25°C) будет 215,9 кВт, и запас площади поверхности нагрева отопительных приборов составит Кзап = 215,9/169,2 = 1,28, а удельное теплопотребление дома на отопление за отопительный период составит 133 кВт·ч/м² в год, то есть перерасход теплоты будет [(133–76)/76]×100 = 75%, что также значительно больше, чем в предыдущем примере дома в Германии, где удельная величина бытовых теплопоступлений была 10 Вт/м² и перерасход теплоты на отопление без учёта бытовых теплопоступлений — 19,3%.

Если же бытовые теплопоступления учитывают при расчёте системы отопления, но не учитывают увеличивающуюся их долю в тепловом балансе дома при повышении tн, то удельное теплопотребление дома на отопление за отопительный период составит 104 кВт·ч/м² в год, а перерасход теплоты будет [(104–76)/76]×100 = 38%. Но, если принять при этом заниженное значение удельной величины бытовых теплопоступлений, например, 10 Вт/м² вместо 17 Вт/м² согласно заселённости, то перерасход теплоты будет уже [(116–76)/76]×100 = 53%.

Подобное было подтверждено на практике в условиях эксплуатации на домах этой же серии после комплексного капитального ремонта с утеплением и заменой окон [7].

В отопительном сезоне 2009–2010 годов, по инициативе Мосгосэкспертизы и по распоряжению мэра Москвы Ю. М. Лужкова (№4-19-17233/9 от 4 сентября 2009 года), в ЮЗАО на ул. Обручева в доме 57 было реализовано предложение по перенастройке контроллера регулятора подачи теплоты в систему отопления по оптимизированному графику с учётом реальной величины бытовых теплопоступлений и увеличивающейся их доли в тепловом балансе дома с повышением температуры наружного воздуха. Фактическое теплопотребление дома 57 за непрерывный период работы в течение 4,5 месяцев, когда контроллер был настроен на оптимизированный график, достигло после пересчёта на нормализованный отопительный период нормируемого тогда значения по удельному годовому расходу тепловой энергии 95 кВт·ч/м², в то время как в соседних домах 47, 49 и 61 аналогичной серии (так же утеплённых), но контроллер которых был настроен на поддержание проектного графика, в среднем удельный расход теплоты составил (133,2 + 146,4 + 141,3)/3 = 140 кВт·ч/м², или на [(140–95)/95]×100 = 47% больше, чем в доме 57, без дополнительных инвестиций. В квартирах дома за весь период поддерживалась температура в комфортном диапазоне 20–22°C.

При установке рекуператора нагрева приточного наружного воздуха за счёт удаляемого вытяжного, либо при отоплении общественного здания с механической приточной вентиляцией и централизованным нагревом наружного воздуха в калориферах, учёт бытовых теплопоступлений в расчётных условиях и при эксплуатации приведёт к ещё большей экономии энергии, потому что составляющая потерь теплоты в тепловом балансе дома на нагрев наружного воздуха для вентиляции выпадает из нагрузки системы отопления, что значительно увеличивает долю в этом балансе бытовых теплопоступлений.

В отношении предлагаемого нами совершенствования местного общедомового авторегулирования подачи теплоты на отопление часто следует возражение — зачем? «В развитых странах Западной Европы на каждом отопительном приборе стоят автоматические терморегуляторы. При возникновении внутренних теплопоступлений регулятор просто уменьшает расход теплоносителя, и таким образом возникает экономия энергии».

Возможно, так происходит в одноквартирных домах, однако испытания, проведённые в многоквартирных домах (они описаны в [7] и приведены в [8]), не подтвердили этого. На рис. 3 представлены режим работы системы отопления одинаковых домов 57 и 59 по ул. Обручева, оборудованных автоматизированными узлами управления (АУУ), и в системе отопления последнего, кроме термостатов, установлены ещё и балансировочные клапаны на стояках и теплораспределители на отопительных приборах.

В верхней части рис. 3 приведены величины среднечасового за сутки расхода теплоты на отопление обоих домов по измерениям домовыми теплосчётчиками за период декабря 2009 — января 2010 годов в сопоставлении с требуемым, установленным для поддержания контроллером АУУ на оптимизированный график. В средней части — среднечасовой за сутки расход теплоносителя из тепловой сети в систему отопления, внизу — среднесуточная температура наружного воздуха.

Как видно из рис. 3, в доме 57 АУУ находился в рабочем режиме, и фактический расход теплоты с некоторыми допустимыми отклонениями соответствовал заданному, с учётом того, что был несколько ниже требуемого, особенно при температурах наружного воздуха выше средней температуры отопительного периода, поскольку контроллер этого дома был настроен на поддержание не проектного графика, как в доме 59 в декабре, а заданного с учётом увеличивающейся доли внутренних теплопоступлений в тепловом балансе дома с повышением температуры наружного воздуха. Средний за сутки расход теплоносителя из тепловой сети в систему отопления колебался в пределах 1,2–3,2 т/ч.

В доме 59 до 20 декабря АУУ также находился в рабочем режиме, и фактический расход теплоты был близок к требуемому. Но с 20 декабря по 19 января автоматика АУУ в этом доме была отключена, что чётко видно по резкому увеличению расхода теплоносителя на отопление до максимума — с 2,4 до 4,5 т/ч (почти в два раза), и расход теплоты, потребляемый системой отопления, вырос на 40–50% по сравнению с требуемым — термостаты не смогли снять этот перегрев. И только когда вновь была включена автоматика на АУУ (19 января), теплопотребление восстановилось до проектного (18–25 декабря и 13–16 января были нарушения в измерениях расхода теплоты дома 59). Почему же термостаты дома не стали закрываться при таком колоссальном перегреве?

На наш взгляд, такой перегрев помещений здания стал следствием того, что термостаты были оборудованы термостатическими головками с максимальным пределом температурной настройки в 26°C. Это означает, что при полном открытии термостата (а менталитет российского жителя оказался таков, что он не будет искать промежуточных положений, тем более что терморегуляторы не размечены по градусам температуры), клапан на отопительном приборе не будет автоматически закрываться, пока температура воздуха в помещении не превысит 26°C. Естественно, даже самые теплолюбивые жильцы воспринимают такую температуру как избыточную и раскрывают окна, сбрасывая теплоту на улицу. Чтобы предотвратить это, следует ограничить настройку термостатической головки на среднекомфортном значении температуры в 21°C. С учётом коэффициента неравномерности это будет означать поддержание температуры воздуха в помещениях в оптимально комфортном диапазоне 20–22°C.

Но, даже если мы в конце концов добьёмся от населения стремления к экономии энергии, в многоквартирном доме из-за перетекания тепловых потоков через внутренние перегородки и перекрытия смежных квартир с низким сопротивлением теплопередаче эти теплораспределители или даже теплосчётчики, устанавливаемые при конструировании системы отопления с поквартирной разводкой, не измеряют всего количества теплоты, необходимого для компенсации теплопотерь через наружные ограждения и для нагрева наружного воздуха, поступающего в квартиры для их вентиляции.

Рассмотрим наиболее часто встречающийся случай перетекания тепловой энергии между квартирами в здании с избыточным теплопоступлением, когда в смежных квартирах представляется возможным поддерживать температуру воздуха на верхнем пределе комфортного уровня 22°C, а в искомой квартире поддерживается нормируемая температура воздуха в 20°C (нормируемый воздухообмен в размере 30 м³/ч на человека и удельная величина внутренних теплопоступлений — 17 Вт/м² жилой площади квартиры).

В качестве искомой принята трёхкомнатная квартира общей площадью 80 м² (жилая — 43 м²) с угловой комнатой, расположенной на среднем этаже (снизу и сверху такие же квартиры), из примера Рекомендаций АВОК 2.3–2012 «Руководство по расчёту теплопотерь помещений и тепловых нагрузок на систему отопления жилых и общественных зданий».

Расчётные теплопотери такой квартиры через наружные ограждения при поддержании внутренней температуры в большинстве помещений квартиры 20°C составляют 2478 Вт (расчётная температура наружного воздуха принята −26°C). Расчётный расход тепловой энергии на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха квартиры, при проживании четырёх человек с нормируемым воздухообменом 30 м³/ч на человека, будет Qинф = 0,28×30×4×1,2×(20 + 26) = 1854 Вт.

Суммарные теплопотери квартиры составят Qт.п = Qогр + Qинф = 2478 + 1854 = 4332 Вт. Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию этой квартиры определён ранее и составил Qот+вент. 20 = Qт.п — Qбыт = 4332–731 = 3601 Вт.

А такой же квартиры, в которой поддерживается температура воздуха 22°C:

Возможные теплопоступления в квартиру, в которой поддерживается внутренняя температура в 20°C, от смежных квартир, где поддерживается внутренняя температура в 22°C, осуществляемые от смежной квартиры на этаже через внутреннюю перегородку между ними площадью (5,1 + 2,98 + 4,47 + 4,4)×3 = 50,85 м² и состоящую из железобетона толщиной 0,2 м, обитого с обоих сторон листами сухой штукатурки [λб = 0,36 Вт/(м·°C)] c толщиной листа 0,01 м (Rопр = 0,40 м²·°C/Вт), и через пол и потолок от смежных квартир, расположенных ниже и выше этажами, через перекрытие площадью 85 м² и состоящее из железобетона толщиной 0,2 м, на который положен ламинат [λб = 0,23 Вт/(м·°C)] толщиной 0,01 м (Rопр = 0,36 м²·°C/Вт), будет:

С учётом теплопоступлений от смежных квартир для поддержания в искомой квартире температуры воздуха в 20°C потребуются теплопоступления от системы отопления Qот = Qот+вент. 20 — Qт.пост = 3601–1198 = 2403 Вт или (2403/3601)×100 = 66,7% от расчётных теплопотерь квартиры. А при tн = 4,7°C и выше теплопоступления от системы отопления будут равны нулю. Следовательно, при разнице в температурах воздуха в 2°C между смежными квартирами теплосчётчик, установленный в квартире с меньшей температурой, будет фиксировать расход тепловой энергии меньше того, если бы не было теплопоступлений из смежных квартир, на 33% при расчётной температуре наружного воздуха, а с повышением наружной температуры этот процент увеличится и достигнет 100% при tн = 4,7°C.

Это значит, что в среднем за отопительный период в квартире, где поддерживается температура воздуха на нижнем уровне комфортности (20°C), а соседи находятся на верхнем уровне комфортности (22°C), первые будут платить меньше не только потому, что они поддерживают более низкую, чем у соседей, температуру воздуха, но и на 60% меньше того, что они должны были бы платить, если бы перетекания теплоты не было. Поэтому это измерение не отражает фактические теплопотери квартиры, и стимулирует жителей не экономить энергию, а обманывать соседей. Кстати, многие компании, «продвигающие» индивидуальное теплоизмерение в системе отопления, говоря о полученной экономии энергии, некорректно относят её к установке термостатов и теплоизмерителей на отопительных приборах, хотя сами понимают, что экономия энергии создаётся при центральном автоматическом регулировании системы отоплении, совершенствование которого и рассматривается в моей статье.

На мой взгляд, справедливей было бы распределять теплопотребление на отопление между квартирами многоквартирного жилого дома так же, как распределяется первая часть оплаты, то есть пропорционально площади квартир. Тогда нет смысла в индивидуальном теплоизмерении на отопление, а терморегуляторы на отопительных приборах следует рассматривать для удовлетворения поддержания желательной для жителя температуры внутреннего воздуха, в том числе в разных комнатах, и для повышения комфорта, нивелируя избыточные теплопоступления от солнечной радиации.

И ещё в отношении того, если в трёхкомнатной квартире живёт одна бабушка, а система отопления посчитана на проживание трёх-четырёх человек, плюс отсутствие теплопоступлений от техники, которой она не пользуется, что не позволит поддерживать требуемую температуру воздуха. Следует заметить, что одной бабушке в трёхкомнатной квартире потребуется для вентиляции 30–45 м³/ч воздуха вместо 90–120 м³/ч для трёх-четырёх человек, а расход теплоты для нагрева наружного воздуха, который также компенсируется системой отопления, примерно равен теплопотерям через наружные ограждения — и это с лихвой перекроет недостаток бытовых теплопоступлений, то есть у бабушки всё будет в порядке.

Созданная нами методика позволяет оценить, какого уровня энергоэффективности МКД можно достичь при повышении сопротивления теплопередаче несветопрозрачных наружных ограждений до оптимальных [9] значений, в полтора раза превышающих базовые, и применении окон с сопротивлением теплопередаче R0ок = 1,2 м²·°C/Вт, уже освоенных промышленностью.

Для дома серии II-18–01/12, учитывая выход Москвы к 2025 году на среднюю по городу заселённость 25 м² на человека, и с сохранением естественной приточно-вытяжной вентиляции с нормируемым воздухообменом 30 м³/ч на человека, тепловая нагрузка системы отопления будет 106,6 кВт или в 1,6 раза (169,2/106,6) меньше базового, а удельное теплопотребление дома на отопление за отопительный период составит 42 кВт·ч/м² в год или уменьшится по отношению к базовому [10 и 5] для 12-этажного дома значению 83,5 кВт·ч/м² или на [(83,5–42)/83,5]×100 = 49,3% и достигнет уровня зданий с низким потреблением энергии по классификации Директивы ЕС [11], приведённого в табл. 1.

То, что мы планировали в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 20 мая 2017 года №603 в отношении нового строительства и распоряжением Правительства РФ от 19 апреля 2018 года №703-р в отношении существующего жилищного фонда страны достигнуть к 2028–2030 годам, не выполняется и к промежуточным датам вплоть до сегодняшнего дня, потому что Минстроем России до сих пор не пересмотрены нормативно-технические документы, по которым проектировщики осуществляют проектирование новых домов и капремонт существующих. Ни в одном из них, в отличие от принимаемых постановлений правительства, не требуется повышения энергоэффективности зданий. А, например, Финляндия уже выполнила в 2010 году то, что у нас срывается к выполнению в 2030-м, как следует из табл. 1.

В статье [13], отвечая на международную программу снижения содержания углекислого газа в атмосфере Земли из Парижского соглашения по климату, подписанного 195 странами, включая Россию, обосновывается возможность для МКД в новом строительстве достичь уровня зданий с низким потреблением энергии (50% снижение энергопотребления по сравнению с базовым значением) в 2030 году и энергозатратами, близкими к нулевым, в 2050-м — году подведения итогов долгосрочной стратегии низкоуглеродного развития на нашей планете.

Существующий жилищный фонд при задании повышения теплозащиты зданий на 50% выше базового уровня в результате проведения комплексного капитального ремонта и настройки контроллера регулятора подачи теплоты на отопление на оптимизированный график ежегодно на площади, составляющей 2,5% в год от площади жилищного фонда к 2020 году, в 2030-м достигнет уровня зданий с низким потреблением энергии во всех МКД, построенных до 1980 года, а в 2050-м — всех остальных зданий, построенных до 2000 года, без необходимости использования нетрадиционных (возобновляемых) источников энергии (ВИЭ) для отопления, что затруднительно при выполнении капитального ремонта домов без отселения жителей, что и позволяет продолжать применять наиболее энергоэкономичное решение по выработке электрической энергии на тепловом потреблении — когенерацию.

Возможно ли осуществление этих планов на практике? Ознакомившись со статьёй [14] того же автора — С. В. Бруха, я уверен, что возможно, но только изменив отношение к строительству и содержанию зданий, как на федеральном уровне (Правительства РФ, Минстроя России), так и на уровне проектирования, строительства, эксплуатации, научных исследований в совершенствовании этих уровней и в сознании самих жителей. В качестве примера приведу цитаты из статьи [14]:

«Сегодня в Германии популярен термин, обозначающий стиль жизни современного немецкого общества, — Nachhaltigkeit, который дословно может быть переведён как «постоянство» или «настойчивость». В более широком понимании Nachhaltigkeit подразумевает использование экологичных природных материалов, минимальное воздействие на окружающую среду, сбережение энергии, сохранение традиций, соблюдение социальных границ и т. д. И строительство — как раз та область, которая использует этот принцип при формировании окружающей человека среды. Дело не только в квадратных метрах или киловаттах, суть — в гармонии человека и окружающего мира. Цель современных зданий в Германии — создание комфортной среды для работы, отдыха, прогулок с детьми, покупок, встреч с друзьями и т. д.

…Допустим, мы можем сделать эффективную теплоизоляцию стен и поставить утилизаторы тепла вытяжного воздуха для нужд горячего водоснабжения. Срок окупаемости такой реконструкции здания составит приблизительно 15 лет. Будут ли это делать в России? Риторический вопрос — конечно же, не будут, поскольку нужно где-то найти деньги прямо сейчас. Срок окупаемости составляет целых 15 лет, и, скорее всего, через 15 лет нужно будет менять оборудование на новое. То есть выгоды в деньгах не будет. А если выгоды в деньгах нет, значит никакого смысла это делать нет. Ещё раз скажу то же самое, но другими словами: при низкой стоимости ресурсов в РФ потратят ровно столько же (много) денег на отопление зданий, то есть в три раза больше сожгут газа, но люди будут жить в домах с холодными неутеплёнными стенами.

Как посмотрят на эту же ситуацию в Германии? Исходные данные пусть будут те же. Сделать реконструкцию здания, чтобы в три раза сократить потребление энергии и через 15 лет получить ровно такие же затраты, как без реконструкции? Конечно же, нужно делать! Поскольку за тот же период и при тех же затратах нагрузка на окружающую среду будет снижена в три раза. Инвестиционная стоимость здания после реконструкции возрастёт. А если ещё вспомнить низкий банковский процент и помощь от государства в размере 45% от стоимости затрат, то становиться понятно огромное количество заказов на реконструкцию зданий в Германии».

Особое внимание в Германии с точки зрения энергоэкономического аспекта строительства уделяется существующему жилищному фонду: «…начиная с февраля 2022 года государство больше не будет финансировать реновацию зданий, запроектированных по стандарту энергоэффективности KfW (Das Kreditinstitut für Wiederaufbau, финансирование для реконструкции зданий) выше KfW 55, что означает экономию более 45% энергии по сравнению с эталонным зданием EnEV, имеющим 100 KfW [и соответствует в нашей таблице уровню зданий с низким потреблением энергии. — Прим. автора].

Экономическая поддержка государства для зданий такого класса составляет € 120 тыс. кредита на одну квартиру, невозвратная часть — 15%. Самая лучшая оценка здания на сегодня — это KfW 40+, что означает экономию более 60% энергии, максимальная сумма кредита € 150 тыс. на квартиру, невозвратная часть — 25%.

Пример дома с KfW 55:

• утепление наружных стен 18 см;
• утепление кровли 24 см;
• тройное остекление окон;
• солнечные панели для нагрева ГВС — при теплоснабжении от котельных, особенно в летнее время».

Для России я бы добавил к этому перечню два пункта:

1. Оборудование МКД автоматизированным индивидуальным тепловым пунктом (АИТП) с приготовлением в них также горячей воды для горячего водоснабжения и общедомовыми приборами учёта и регулирования подачи теплоты на отопление в зависимости от изменения температуры наружного воздуха и с учётом выявленного запаса тепловой мощности системы отопления и перенастройки контроллера регулятора подачи теплоты в систему отопления по оптимизированному графику с учётом реальной величины бытовых теплопоступлений и увеличивающейся их доли в тепловом балансе дома с повышением температуры наружного воздуха.

2. Установка «утилизатора теплоты вытяжного воздуха для нужд горячего водоснабжения» — это моё добавление с третьей страницы [13], очень важное после утепления для МКД, потому что поставлена задача экономить тепловую энергию не только на отопление, но и на горячее водоснабжение. Добавлено, что солнечные панели для нагрева ГВС устанавливаются только при теплоснабжении от котельных, потому что при централизованном теплоснабжении от ТЭЦ наличие нагрузки ГВС повышает эффективность выработки электроэнергии на ТЭЦ в режиме когенерации.

Несмотря на весьма пессимистичный сценарий проекта «Стратегии развития строительной отрасли и ЖКХ РФ на период до 2030 года с прогнозом до 2035 года» [15], вызванный ограничением импорта в страну материалов и оборудования в результате санкций в отношении России со стороны ЕС, США и некоторых других стран, ростом стоимости стройматериалов, топлива и дефицитом кадров, усилившихся с февраля 2022 года, снижением финансовой устойчивости строительных организаций и организаций сферы ЖКХ, приведший к предполагаемому снижению объёма жилищного строительства с 92,6 млн м² в 2021 году до 72 млн м² в 2024 году (-22%), в том числе снижение ввода многоквартирных домов предполагается с 43,5 до 29 млн м² — на 33% (при базовом сценарии предполагается соответствующее снижение объёма жилищного строительства до 90 млн м², в том числе ввод МКД остаётся на уровне 45 млн м²), есть достаточно оснований надеяться на оптимистичный сценарий повышения энергетической эффективности многоквартирных домов.

Побочным результатом введения санкций по отношению к России оказался энергетический кризис, который особенно проявился в странах Европы, где стоимость природного газа, нефти, электричества возросла в разы на несколько пунктов, причём этот рост цен постепенно переместится и в нашу страну, пусть не в таком взрывном темпе. США, Великобритания и страны Европейского союза будут продолжать, как они уже начали в прошлом году, вводить сбор на импорт определённых товаров, производство которых потребовало высоких выбросов CO₂. Среди товаров, которые могут быть изначально затронуты новым сбором, — цемент, удобрения, сталь. По данным Минэкономразвития России, меры Евросоюза могли тогда затронуть поставки из РФ на $ 7,6 млрд в год. Сейчас импорт в Россию со стороны этих стран исключён, но даже по мере частичного снятия санкций эта «климатическая налоговая нагрузка» будет только расти.

В то же время общепризнано, что среди других секторов экономики в секторе зданий и жилищно-коммунального хозяйства заложены наибольшие возможности не только физического снижения потребления энергии, но и достижения полной углеродной нейтральности. А при росте стоимости энергоносителей утепление зданий путём доведения их до уровня зданий с низким потреблением энергии, что, как показали вышеприведённые расчёты, сокращает теплопотребление на отопление в новом строительстве, как минимум в два раза, а при комплексном капитальном ремонте в четыре раза (в два раза при доведении энергопотребления от уровня прошлого века до базового уровня и ещё в два раза от базового до уровня с низким потреблением энергии), снижает сроки окупаемости инвестиций в утепление зданий с заменой окон и в оборудование систем отопления автоматикой регулирования подачи теплоты по оптимизированным графикам в два-три раза по сравнению с существующими сроками.

Не следует забывать, что реализация этих решений — это увеличение мест занятости, требующих не очень высокой квалификации работников, обеспечение здоровых, комфортных и уютных условий пребывания в жилищах и это создание архитектурно-привлекательной окружающей среды путём эстетического улучшения фасадов утепляемых зданий.