Тепловая нагрузка систем отопления многоквартирных домов при двухставочных тарифах

С. В. Корниенко, доктор технических наук, советник РААСН, заведующий кафедрой «Архитектура зданий и сооружений» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»

Вопросы создания научно обоснованных решений энергоэффективных зданий приобретают исключительную важность при формировании устойчивой среды обитания человека [1–3]. Для решения этой проблемы весьма актуальна задача повышения точности прогноза тепловой нагрузки систем отопления многоквартирных домов [4, 5].

Согласно ст. 11 федерального закона № 190-ФЗ «О теплоснабжении»¹ , тарифы на тепловую энергию (мощность), поставляемую потребителям, и услуги по передаче тепловой энергии могут устанавливаться органом регулирования в виде одноставочного или двухставочного тарифов. Одноставочный тариф формируется из одной стоимостной составляющей тепловой энергии, определяемой суммированием всех затрат теплоснабжающей организации на всех этапах производства, транспортировки и распределения тепловой энергии. Двухставочный тариф образуется из двух составляющих: переменной, включающей все издержки в зависимости от объемов производства и потребления тепловой энергии, и фиксированной в виде условно-постоянных затрат, привязанных к потребляемой мощности.

Считается, что по сравнению с одноставочными двухставочные тарифы на отопление зданий позволяют более равномерно распределить финансовые потоки в течение отопительного периода. Однако сложный расчет и контроль максимальной тепловой нагрузки систем отопления зданий не всегда могут обеспечить требуемую точность данной характеристики, что повышает риски энергоснабжающих организаций и увеличивает затраты потребителей тепловой энергии. Покажем, что методика определения тепловой нагрузки систем отопления многоквартирных домов в соответствии с «Правилами установления и изменения (пересмотра) тепловых нагрузок» (далее – Правила)² не позволяет достичь требуемой точности этой характеристики.

Методика расчета

Сущность методики заключается в том, что по данным приборов учета тепловой энергии за отопительный период, предшествующий дате подачи заявки на изменение или пересмотр тепловых нагрузок, и при условии предоставления потребителем письма, подтверждающего надлежащее качество отопления, устанавливают тепловую нагрузку систем отопления объекта теплопотребления путем приведения теплопотребления к проектным условиям.

Выполним расчет тепловой нагрузки системы отопления многоквартирного жилого дома, расположенного в Нижнем Новгороде. Рассматривается один отопительный период. Расчетная температура наружного воздуха, принятая для проектирования систем отопления в заданных климатических условиях, равна –27 °С.

Анализ климатических данных показал, что минимальная суточная температура наружного воздуха за указанный период составляет –25,9 °С. Следовательно, расчетная температура наружного воздуха не достигнута. В связи с этим максимальная тепловая нагрузка данного объекта теплопотребления была определена путем приведения данных о теплопотреблении применительно к условиям расчетной температуры в соответствии с Правилами.

Обработанные данные показаны в прямоугольной системе координат: по оси абсцисс указано среднее за сутки часовое потребление тепловой энергии на отопление, Гкал/ч, а по оси ординат – средняя за сутки температура наружного воздуха, °С (рис. 1). По экспериментальным данным методом наименьших квадратов найдена линейная регрессия (рис. 1). Коэффициент корреляции, равный 0,877, свидетельствует о высокой силе связи по шкале Чэддока.

Максимальную тепловую нагрузку системы отопления объекта теплопотребления за рассматриваемый отопительный период вычислим при подстановке в уравнение регрессии расчетного значения температуры наружного воздуха: Q_о^расч = 0,224 Гкал/ч.

Анализ погрешности аппроксимации данных

Расчет погрешности аппроксимации экспериментальных данных при использовании линейной регрессии Правилами не предусмотрен. Это затрудняет количественную оценку и интерпретацию данных. Для анализа полученных результатов предлагаем использовать следующие показатели: максимальную абсолютную погрешность Δmax (Δmax > 0); максимальную относительную погрешность δmax (δmax > 0); среднюю относительную погрешность MAPE (MAPE > 0), величину которых определим с помощью формул (1)–(3) (см. Формулы). По результатам анализа погрешности аппроксимации данных установлено, что:

1. Максимальная абсолютная погрешность Δmax = 0,049 Гкал/ч при температуре наружного воздуха –2,8 °С (рис. 1, узел 79), что не удовлетворяет допустимому значению согласно экспертной оценке (0,02 Гкал/ч).

2. Максимальная относительная погрешность δmax = 52,08 % при температуре наружного воздуха 3,5 °С (рис. 1, узел 153), что выходит за границы допустимых значений (10 %).

3. Средняя относительная погрешность MAPE = 11,52 % (общее количество узлов в рассматриваемом случае n = 217). Это означает, что не обеспечивается точный прогноз расчетной тепловой нагрузки (требование – не более 10 %).

Следовательно, линейная регрессия, построенная в соответствии с Правилами (рис. 1), не обеспечивает требуемую точность аппроксимации экспериментальных данных.

Причины высокой погрешности аппроксимации данных

Главной причиной высокой погрешности аппроксимации данных являются срезки температурного графика системы отопления. В рассматриваемый отопительный период температурный график имеет как верхнюю, так и нижнюю срезки (рис. 2), что сильно искажает линейную зависимость тепловой нагрузки от температуры наружного воздуха (рис. 1).

Верхняя срезка температурного графика предусмотрена в целях снижения рисков повышенного износа трубопроводов тепловой сети. Дополнительные температурные расширения теплопроводов и повышенные давления в них при более высоких температурах повышают вероятность возникновения аварий в изношенных тепловых сетях [4].

Нижняя срезка температурного графика обусловлена необходимостью поддержания температуры горячей воды в местах водоразбора системы горячего водоснабжения не ниже 60 °С [5].

Наличие верхней срезки температурного графика регулирования может привести к снижению температуры внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях ниже допустимой («недотопу»), а наличие нижней срезки при отсутствии у абонентов регуляторов отопления – к повышению внутренней температуры («перетопу»). При этом, как видно из рис. 2, область регулирования температуры сетевой воды в зависимости от температуры наружного воздуха, находящаяся между верхней и нижней срезками, охватывает сравнительно небольшой диапазон температур (примерно от –10 до 3 °С). Однако и в этом диапазоне наблюдается большой разброс экспериментальных данных, обусловленный низкой эффективностью регулирования системы отопления, что повышает погрешность аппроксимации данных.

Выводы и предложения

Таким образом, срезки температурного графика качественного регулирования температуры теплоносителя по отопительной нагрузке вносят существенную погрешность в определение расчетной тепловой нагрузки. Методика определения тепловой нагрузки систем отопления многоквартирных домов в соответствии с «Правилами установления и изменения (пересмотра) тепловых нагрузок», утвержденными приказом Минрегиона России № 610, не может обеспечить требуемую точность этой характеристики, а следовательно, должна быть упразднена. Тепловую нагрузку систем отопления многоквартирных домов следует определять по фактическому потреблению энергоресурсов при использовании одноставочных тарифов.

Литература

1. Табунщиков Ю. А. Экология среды обитания человека: реальность, которую игнорировать бесконечно опасно // АВОК. 2023. № 3. С. 4–15.

2. Бродач М. М., Шилкин Н. В. Создание безопасной среды обитания человека. Здания больные и здания здоровые // Энергосбережение. 2021. № 1. С. 4–10.

3. Корниенко С. В. Научные основы проектирования энергоэффективных зданий в свете контекстного обучения // Энергосбережение. 2025. № 8. C. 8–12.

4. Аверьянов В. К., Тютюнников А. И., Богданов К. В., Горшков А. С. Методология коррекции существующих графиков регулирования отпуска тепловой энергии // АВОК. 2024. № 3. С. 52–57.

5. Горшков А. С., Кабанов М. С., Юферев Ю. В. Анализ тепловых нагрузок и удельного потребления тепловой энергии в многоквартирных домах // Теплоэнергетика. 2021. № 8. С. 72–80.

¹ Федеральный закон от 27 июля 2010 года № 190-ФЗ «О теплоснабжении» (ред. от 8 августа 2024 года).

² Утверждены Приказом Министерства регионального развития Российской Федерации от 28 декабря 2009 года № 610 «Об утверждении Правил установления и изменения (пересмотра) тепловых нагрузок».