Антропогенный поток тепла, обусловленный отопительным периодом в городах, расположенных на территории РФ севернее 57ºс.ш. и в Сибири

Предлагается альтернативный способ оценки доли антропогенного потока тепла (АПТ), обусловленного отоплением, по схеме «снизу-вверх», когда АПТ вычисляется для каждого здания на основе действующих строительных норм по теплоизоляции зданий и их энергопотреблению. АПТ зависит от разности между температурами воздуха внутри и снаружи от здания. Полный АПТ от населенного пункта получается суммированием по всем зданиям. Для этого на основе веб-картографической платформы OpenStreetMap, сайта Яндекс Карты и ГИС ЖКХ построены модели застройки для 33 городов и поселений, расположенных в России севернее 57ºс.ш., а также в Сибири. Для них рассчитываются объемы и площади ограждающих конструкций зданий.

Для городов, расположенных в высоких широтах выделяемое антропогенное тепло в ноябре, декабре и январе может быть соизмеримо с количеством поглощенной солнечной радиацией. В случае безоблачного неба на широтах 60, 64 и 68°с.ш. суммарная солнечная радиация на горизонтальную поверхность составляет: за ноябрь 97, 56, 14; за декабрь 39, 0 и 0 и за январь 70, 29 и 0 МДж/м². Среднемесячные оценки АПТ, рассчитанные за отопительный период по среднесуточным температурам в течение 2013–2023 гг. для урбанизированной территории городов, расположенных на широтах 61–62°с.ш. (например, Сургут и Якутск), 64,5–66,5°с.ш. (Архангельск и Салехард), 67,5–67,6 (Воркута, Апатиты и Нарьян-Мар) и 68,5–69,5°с.ш. (Мурманск и Норильск), находятся соответственно в интервалах: в ноябре 1,58–5,28, 1,07–3,41, 1,14–2,99 и 1,25–5,79 МДж/м²; в декабре 1,82–6,71, 1,35–3,95, 1,27–3,41 и 1,44–6,85 МДж/м²; в январе 2,00–6,82, 1,46–4,28, 1,35–4,88 и 1,60–7,14 МДж/м². Эти оценки показывает важность учета АПТ в северных широтах.

Рассмотрены три алгоритма вычисления АПТ. Первый использует понятие нормативного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Второй основан на нормируемом значении удельной теплозащитной характеристики здания. Третий использует нормируемую удельную характеристику расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания. Оценивается АПТ с административной и урбанизированной территории, причем достигает максимального значения на урбанизированной территории, характеризующейся наиболее плотной застройкой и не превышающей, как правило, 10% от административной территории города. Выделяемая при средней температуре отопительного периода плотность АПТ с урбанизированной территории и оцениваемая по трем алгоритмам соответственно находится в диапазонах 13,7–19,1, 21,7–31,5, 31,8–55,9 Вт/м². Антропогенная энергия (в ПДж) с урбанизированной территории по всем алгоритмам заключена в интервале, например, для Санкт-Петербурга 66,8–151,2; Мурманска, Норильска, Апатитов, Нарьян-Мара и Дудинки 32,9–69,9; Новосибирска и Екатеринбурга 20,3–55,0; Челябинска, Красноярска, Омска, Перми и Тюмени 12,8–38,2; Сургута и Якутска 5,9–16,8; Архангельска 4,7–11,2; Воркуты, Салехарда, Тикси и Диксона 21,5–56,4. 

Плотность АПТ в направлении к подстилающей поверхности от нижней границы зданий в среднем в течение отопительного периода для населенных пунктов, расположенных севернее 66,5ºс.ш., находится в интервале 1,20–1,96 Вт/м². Приведены значения антропогенной энергии, усредненные за отопительные периоды 2013–2018 и 2018–2023 гг., а также и карты пространственного распределения плотности АПТ при средней температуре отопительного периода.

Учитывая неопределенность в теплофизических параметрах зданий, предлагается использовать усредненную оценку АПТ, полученную по всем алгоритмам.