В практике современного проектирования тепловой защиты и конструирования систем отопления многоквартирных жилых домов, как правило, пренебрегают теплоперетоками между смежными помещениями, чья расчётная температура внутреннего воздуха отличается и принимается равной нижней границе оптимальных температур по ГОСТ [1].

Теплоперетоки между смежными помещениями Qсм [Вт] равны

О температурном режиме помещений вновь строящихся и реконструируемых зданий с поквартирным учётом теплопотребления. 11/2019. Фото 1

где A — площадь внутренней ограждающей конструкции, м²; Rвн — осреднённое по площади приведённое сопротивление теплопередаче внутреннего ограждения, м²·°C/Вт; tб и tм — температуры внутреннего воздуха, соответственно, более и менее нагретых помещений, °C.

Приведённое сопротивление теплопередаче стен и перегородок строящихся и существующих многоквартирных жилых домов находится в интервале Rвн = 0,5–1,5 м²·°C/Вт.

Температурный перепад между смежными помещениями при новом строительстве, в зависимости от их назначения, может быть как весьма незначительным (tб — tм = 1–2°C — между жилыми комнатами, между туалетами и кухнями), так и серьёзно влияющим на тепловой баланс — tб — tм = 4–8°C (табл. 1).

О температурном режиме помещений вновь строящихся и реконструируемых зданий с поквартирным учётом теплопотребления. 11/2019. Фото 2

Теплоперетоками, вызванными данными перепадами температур, при конструировании систем отопления типовых серийных жилых домов можно было пренебречь по следующим причинам:

  • внутренние стены выполнялись из керамзитожелезобетонных панелей, которые имели высокие значения приведённого сопротивления теплопередаче Rопр = 0,9–1,4 м²·°C/Вт, обеспечивающие незначительность теплоперетоков и их слабое влияние на радиационную температуру комнат;
  • в зданиях не предусматривалась свободная планировка, помещения одного функционального назначения располагали строго друг над другом, а разного — компоновали в плане таким образом, чтобы пространства со значительно отличающимися температурами воздуха не располагались рядом;
  • использовались стояковые общедомовые системы отопления, величина потребления тепловой энергии которыми для каждого жильца велась по удельным нормативам, а не показаниям узлов учёта тепловой энергии.

В современном строительстве широкое распространение получили системы отопления с лучевой разводкой, применяемые в высотных зданиях, а также поквартирные системы отопления с индивидуальными теплогенераторами, используемые при малоэтажном строительстве. Кроме того, на первом этаже вновь строящихся жилых домов предусматриваются встроенные помещения коммерческих организаций, отапливаемые отдельным контуром.

Согласно указаниям действующей нормативной документации, собственники помещений могут ограничивать максимальную температуру внутреннего воздуха в нерабочем режиме: в жилых комнатах — до 15°C, в коммерческих помещениях — до 12°C.

Расчётные и максимально возможные перепады температур внутреннего воздуха между жилыми комнатами в режиме эксплуатации и между ними же и встроенными помещениями коммерческого назначения приведены в табл. 2 и 3, соответственно.

О температурном режиме помещений вновь строящихся и реконструируемых зданий с поквартирным учётом теплопотребления. 11/2019. Фото 3

Заданные параметры поддерживаются в первую очередь термостатическими клапанами, регулирующими поступление теплоносителя в отопительные приборы. Данная арматура предназначена в том числе для полезного использования бытовых и биологических тепловыделений, а также поступлений солнечной радиации, однако при наличии теплопритоков от смежных помещений они также будут снижать подачу теплоносителя в отопительные приборы. Диапазон настройки современных термостатических клапанов составляет tв = 5–26°C.

В зданиях, оборудованных поквартирными системами отопления, отпуск тепловой энергии осуществляется встроенными средствами измерения, контроля и автоматизации бытовых настенных отопительных котлов. В современных вновь строящихся и реконструируемых зданиях учёт потребления теплоты может вестись тремя следующими способами:

1. С помощью общедомового узла учёта, фиксирующего потребление всем зданием, с последующим перерасчётом затрат тепла каждым собственником пропорционально занимаемому им объёму или площади.

2. С применением поквартирных узлов учёта тепловой энергии [3, 4].

3. С использованием тепловычислителей, устанавливаемых на каждом отдельно взятом отопительном приборе [5, 6].

Данные средства учёта получают всё большее распространение в практике современного инженерного проектирования жилых зданий.

Рассмотрим установившийся тепловой баланс отдельных квартир, этажей и всего отапливаемого объёма реконструируемого жилого дома с учётом возможных внутренних перетоков для определения энергетического эффекта, получаемого отдельными собственниками помещений и зданием в целом, от уровня тепловой защиты (при термическом сопротивлении стенки Rст = 1,43–3,5 м²·°C/Вт) и выбранного температурного режима с использовании современных средств автоматизации.

Расчётная схема исследуемого девятиэтажного, одноподъездного панельного многоквартирного жилого дома приведена на рис. 1.

О температурном режиме помещений вновь строящихся и реконструируемых зданий с поквартирным учётом теплопотребления. 11/2019. Фото 4

Расчёт теплоперетоков проводился на четыре режима:

1. Без автоматизации системы отопления, утепляется только тепловой контур здания, температуры внутреннего воздуха в помещениях равны требуемым значениям на момент строительства: жилые комнаты — tв = 18°C; то же, угловые — tв = 20°C; лестничные клетки, лифтовые холлы, санузлы, квартирные коридоры — tв = 16°C; кухни — tв = 15°C (рис. 1а).

2. После реконструкции (термомодернизации) здания система отопления оборудуется радиаторными терморегуляторами на каждом отопительном приборе устанавливаются тепловычислители для контроля их теплоотдачи (рис. 1б), за расчётную температуру внутреннего воздуха принимается средняя из комфортных температур, соответствующая требованиям санитарной гигиены для большинства помещений и исключающая теплоперетоки, то есть tв = 20°C.

3. То же, с переводом квартиры (I, II и III — на верхнем, среднем и нижнем этажах здания, соответственно, рис. 1в) в нерабочий режим, температура внутреннего воздуха, устанавливаемая терморегуляторами — tв = 15°C.

4. То же, с использованием помещений первого этажа с жилого на коммерческое назначение в нерабочий режим, температура внутреннего воздуха которых составляет tв = 12°C (рис. 1г).

В первом случае здание дополнительно не утепляется, его ограждающие конструкции соответствуют только санитарно-гигиеническим требованиям, за исключением окон, которые были заменены жильцами на пластиковые с приведённым сопротивлением теплопередаче Rок = 0,5 м²·°C/Вт.

Доля теплоперетоков от общих теплопотерь через ограждения N [%] при различных значениях Rст [ м²·°C/Вт], приходящаяся на помещения с одной температурой внутреннего воздуха, определялась по следующей формуле:

О температурном режиме помещений вновь строящихся и реконструируемых зданий с поквартирным учётом теплопотребления. 11/2019. Фото 5

где ΣQсм — суммарные теплоперетоки из/в помещения с одинаковой температурой внутреннего воздуха, Вт; Qпот — потери теплоты через наружные ограждающие конструкции помещений с одной температурой при средней за отопительный период температуре наружного воздуха tот [°C] (для Нижнего Новгорода принимается tот = −3,7°C), Вт.

О температурном режиме помещений вновь строящихся и реконструируемых зданий с поквартирным учётом теплопотребления. 11/2019. Фото 6

Результаты расчётов показателя N для помещений с одинаковой температурой воздуха приведены на рис. 2. Величины нерасчётных теплоперетоков из помещений с tв, равной 18 и 20°C, составляют не более 10% от потерь теплоты через их наружные ограждения, что соответствует общепринятым допустимым запасам площади теплоотдающей поверхности отопительных приборов от −5 до 15% [7]. Нерасчётные теплоперетоки в помещения с tв, равной 15 и 16°C, не превышают 25% и будут полезно использованы для повышения температуры внутреннего и приточного воздуха в них. Теплоперетоки не оказывают негативного влияния на комфортные температуры воздуха в помещениях.

При втором расчётном режиме теплоперетоки между помещениями отсутствуют. Авторами были определены удельные теплозащитные характеристики здания kоб [Вт/ ( м³·°C)] для первого и второго режимов (рис. 3). Снижение температуры воздуха в некоторых группах помещений до минимально требуемых на момент их возведения значений (15–16°C) позволяет уменьшить величину kоб на 9–11%.

О температурном режиме помещений вновь строящихся и реконструируемых зданий с поквартирным учётом теплопотребления. 11/2019. Фото 7

Таким образом, в существующих типовых серийных жилых домах конструкция системы отопления и теплозащитные характеристики теплового контура в целом позволяют поддерживать комфортные температуры внутреннего воздуха, указанные в первоначальных проектах.

В ходе термомодернизации данного здания могут быть реализованы следующие мероприятия: увеличение тепловой защиты наружных ограждающих конструкций и проведение автоматизации систем отопления.

При расчёте третьего и четвёртого режимов работы рассматривались три варианта исполнения теплового контура здания: без дополнительного утепления наружных стен (Rст = 1,43 м²·°C/Вт); с дополнительным утеплением стен (Rст = 2,5 и 3,5 м²·°C/Вт).

Для третьего режима были определены соотношения потерь теплоты через наружные ограждения Qпот [Вт] и теплопритоками от смежных помещений Qпр [Вт] для квартир, расположенных на верхнем, среднем и нижнем этажах здания, при характерных температурах наружного воздуха в Нижнем Новгороде:

  • средней температуре за отопительный период tн = tот = −3,7°C;
  • среднемесячной температуры наиболее холодного месяца tн = tнхм = −10,1°C;
  • наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 — tн = tнхп = −30°C;
  • наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 — tн = tнхс = −38°C.

Результаты расчёта указывают на значительную компенсацию потерь теплоты через наружные ограждающие конструкции теплоперетоками от смежных помещений — от 60 до 100% при средней температуре отопительного периода (рис. 4).

О температурном режиме помещений вновь строящихся и реконструируемых зданий с поквартирным учётом теплопотребления. 11/2019. Фото 8

Сопротивление теплопередаче наружных стен слабо влияет на полученное соотношение. В квартире на промежуточном этаже величина теплоперетоков и вовсе превышает теплопотери при выключенной системе отопления, блокированной вентиляции, и tн = tот, то есть температура воздуха tв = 15°C будет поддерживаться даже при выключенной системе отопления. Таким образом, отдельные собственники, не проживающие в квартирах, имеют возможность значительно экономить на коммунальных платежах при расчёте по показаниям тепловычислителей, устанавливаемых на каждый отопительный прибор, а в аналогичных новых зданиях с лучевыми системами отопления — по показаниям квартирных приборов учёта, устанавливаемых на каждый контур этажной гребёнки.

Анализ теплоперетоков при четвёртом режиме (рис. 5) показал, что от 23 до 100% всех потерь теплоты через ограждения встроенных коммерческих помещений могут быть компенсированы за счёт теплопритоков от квартир второго этажа здания посредством снижения температуры внутреннего воздуха в нерабочее время (ночные часы, выходные дни).

О температурном режиме помещений вновь строящихся и реконструируемых зданий с поквартирным учётом теплопотребления. 11/2019. Фото 9

В данном случае собственник коммерческих помещений может платить как по нормативу, так и по показаниям приборов учёта, при этом значительно экономя.

Полученные результаты могут быть характерны не только для реконструируемых жилых домов, но и для вновь строящихся зданий, встроенные помещения коммерческого назначения в которых имеют отдельную горизонтальную систему отопления со своим узлом учёта тепловой энергии.

Отметим также, что чем больше уровень наружной тепловой защиты здания, ниже сопротивление теплопередаче внутренних ограждающих конструкций и выше фактическая температура наружного воздуха, тем более чувствительным становится внутренний микроклимат помещений к воздействию теплоперетоков между ними.

Выводы

В заключение сформулируем основные выводы:

1. Автоматизация системы отопления предназначена в первую очередь для поддержания комфортной температуры внутреннего воздуха, а не для снижения теплопотребления одних собственников за счёт других.

2. Применение поквартирных и приборных узлов учёта тепловой энергии в жилых зданиях недопустимо без дополнительных мероприятий, ограничивающих возможность регулирования отпуска теплоты отдельными собственниками коммерческих и жилых помещений (обеспечивая температуры не ниже комфортных 20–21°C), что необходимо конкретизировать в существующих законодательных актах Российской Федерации, нормативной литературе и проектах их изменений, находящихся на рассмотрении [8–10].