Оцінка впливу глобальних змін клімату на параметри опалювального періоду Рівненського регіону Волощук В. А., к.т.н.,доцент Рокочинський А. М., д.т.н., професор Національний університет водного господарства та природокористування м. Рівне

Глобальне потепління стає однією з головних проблем людства найближчого майбутнього. Інструментальні дослідження, що ведуться вже 100 – 150 років, катастрофічні явища великих масштабів переконливо свідчать, що клімат дійсно почав змінюватись, причому відносно швидко [1,2].

Енергетика відноситься до тих галузей економіки, де має місце значний взаємозвязок і взаємовплив техносфери та навколишнього середовища, в тому числі і погодно-кліматичних чинників. Вплив погодно-кліматичних умов на енергетику виражається у зміні умов виробництва енергії, коливаннях потреби в ній з боку споживачів, а також у різних умовах експлуатації і утримання енергообєктів [6, 7].

Однією з найважливіших складових паливно- енергетичного комплексу багатьох країн світу є теплопостачання. Станом на 2004 р. загальне теплоспоживання України складало 237,1 млн. Гкал [8]. Суттєве споживання теплової енергії в країні здійснюється в житлово-комунальному секторі, доля якого складає 44% від загального теплоспоживання (тобто 104 млн. Гкал/рік).

Теплопостачання в житлово-комунальному секторі іде на забезпечення потреб в опаленні, вентиляції й кондиціонуванні, що відноситься до сезонних потреб, а також для гарячого водопостачання, що здійснюється протягом року [9]. Потреба в опаленні та вентиляції виникає в холодний період року. Кондиціонування повітря здійснюється, як правило, в теплий період року. Найбільша частка теплопостачання в житлово- комунальному секторі України припадає на опалення та вентиляцію.

Виходячи з викладеного, при довгостроковому плануванні та оптимізації роботи паливно- енергетичного комплексу країни, розробці перспективних державних й галузевих програм, що повязані з виробництвом, транспортуванням та споживанням енергоресурсів, обовязково необхідно враховувати динаміку змін клімату, що спостерігається вже сьогодні та прогнозується в майбутньому. Особливо це стосується систем теплопостачання, оскільки на цю сферу витрачається значна доля енергоресурсів, і одними з визначальних факторів впливу на обєми теплоспоживання є погодно-кліматичні чинники [9, 12].

Дослідження впливу погодно-кліматичних умов, їх змін на енергетику загалом та окремі її галузі проводяться на протязі багатьох років. В табл. 1 наведені основні результати дослідження деяких параметрів опалювального періоду (середньої тривалості Δτ опалювального періоду та дефіциту тепла ΔD) європейської частини Росії в умовах глобального потепління, отримані різними авторами за відповідними моделями. Тривалість опалювального періоду співпадає з тривалістю холодного періоду року, який визначається як відрізок часу із середньодобовою температурою зовнішнього повітря рівною +8 о С і нижче [19].

Дефіцит тепла (кількість градусо-діб ) – інтегральна сума перепадів температур повітря всередині та ззовні будівель за опалювальний період [20]. Кількість градусо-діб (або дефіцит тепла) розраховується як добуток різниці середньої температури опалювального періоду і внутрішньої температури повітря в приміщеннях на тривалість опалювального періоду [22] ΔD=Δτ·(t вн -t оп_с ), (1) де Δτ – тривалість опалювального періоду, доби; t вн - температура повітря в приміщеннях, о С, яка в більшості випадків приймається рівною +18 о С [19]; t оп_с - середня температура опалювального періоду, о С.

Таблиця 1 Оцінки зміни (відносно норми другої половини XX століття) середньої тривалості Δτ опалювального періоду та дефіциту тепла ΔD, отримані на різних моделях для європейської частини Росії (ΔТ глоб – зміна середньоглобальної температури)

Із табл. 1 видно, що різні автори у своїх дослідженнях з прогнозу параметрів опалювального періоду для європейської частини Російської Федерації отримували різні значення. Але у всіх цих результатах має місце досить суттєве зменшення до 2050 року відносно бази порівняння як тривалості опалювального періоду Δτ=7 – 50 діб так і дефіциту тепла ΔD=10…25 %.

Аналіз наявних літературних джерел показав, що в Україні сьогодні не враховується динаміка зміни погодно-кліматичних умов та їх вплив на сектор енергетики в цілому та окремі її галізу зокрема. Наприклад, в нормативних документах [28], а також [29], що введений на заміну попереднього документу [28], наведені такі параметри опалювального періоду, які не відображають реальної картини сучасних умов клімату. В [8] зроблений прогноз теплоспоживання, в тому числі і житлово-комунального сектору до 2030 року. Але в цьому документі знову ж таки не враховується можливе скорочення потреб у паливі на теплопостачання внаслідок процесів зміни клімату.

Метою даної роботи є оцінка можливих змін обсягів теплоспоживання житлово-комунального сектору на основі ретроспективного аналізу та результатів прогнозу можливих змін клімату при глобальному потеплінні на прикладі Рівненського регіону.

Опалювальний період характеризується декількома прикладними кліматичними параметрами. Крім вище вказаних характеристик опалювального періоду (тривалість опалювального періоду, середня температура опалювального періоду, кількість градусо-діб), розглядається також середня температура зовнішнього повітря найбільш холодної пятиденки відповідної забезпеченості, яка призначена для вибору теплозахисних характеристик зовнішніх огороджень будівлі і визначення потужності системи опалення [19].

Отже, для оцінки змін параметрів опалювального періоду та потреб у паливі на теплопостачання Рівненського регіону, в якості вихідної інформації використовувався масив даних Рівненського обласного центру з гідрометеорології за період з 1945 по 2007 рр. по метеостанціям Рівне, Дубно, Сарни, які знаходяться в межах Рівненської області. За методикою, що наведена в [19], для кожної метеостанції були визначені вказані вище параметри опалювального періоду в межах різних періодів: базовий варіант ( рр.), період з 1976 по 2007 рр. (32 роки) та період з 1985 по 2007 рр. (22 роки). Узагальнені результати розрахунків наведені в табл. 2.

Таблиця 2 Визначені зміни параметрів опалювального періоду відповідно за останні 32 роки та 22 роки у порівнянні з базовим періодом для метеостанцій Рівненської області Виходячи із даних табл. 2 можна зробити висновок про наявність чіткої тенденції змін у часі параметрів опалювального періоду для всіх метеостанцій Рівненського регіону.

Так розраховані для періоду з 1975 по 2007 рр. тривалості опалювального періоду для всіх трьох станцій скоротилися на 4 доби у порівнянні з базовим періодом, розрахункова температура для опалення для цих метеостанцій зросла у порівнянні з базою на 1…1,5 о С, а середня за опалювальний період температура зовнішнього повітря зросла на 0,6…0,7 о С. Розраховані для періоду з 1985 по 2007 рр. ці ж самі параметри у порівнянні з базою змінилися ще більше: тривалість опалювального періоду зменшилася на діб, а середня за опалювальний період температура зовнішнього повітря зросла на 0,8…0,9 о С.

Прийнявши, що загальні витрати теплоти на опалення та вентиляцію за опалювальний період є прямопропорційними кількості градусо-діб [9, 21], а потужність систем опалення та теплозахисні характеристики зовнішніх огороджень будівель прямопропорційні різниці температур всередині будівель та розрахункового значення зовнішньої температури для опалення, яка приймається, як правило, рівною середній температурі зовнішнього повітря найбільш холодної пятиденки забезпеченістю 0,92 [9, 19, 21, 29], були визначені обумовлені погодно-кліматичними умовами зміни обсягів теплоспоживання для різних періодів другої половини XX ст. Рівненського регіону. Результати розрахунків наведені в табл. 3.

Таблиця 3 Визначені зміни обсягів теплоспоживання, обумовлених погодно- кліматичними чинниками, за останні 32 роки та за останні 22 роки у порівнянні з базовим періодом для метеостанцій Рівненської області

Із табл. 3 бачимо, що зміни параметрів опалювального періоду у Рівненському регіоні, у свою чергу, спричинили зниження, у порівнянні з базовим варіантом, середньорічних за період рр. потреб теплоти на опалення й вентиляцію на 5…6%, а також зниження розрахункових значень потужності системи опалення та теплозахисних характеристик будівель на 3…4 %.

Для періоду рр. середньорічні потреби на опалення та вентиляцію відповідно знизились, у порівнянні з базою, майже на 8 %, а розрахункові значення потужності системи опалення, вентиляції та теплозахисних характеристик будівель - на 3…4 %. Ці дані отримані з урахуванням змін тільки погодно- кліматичних чинників. Вплив зміни чисельності населення регіону за вказані періоди не враховувались.

Для визначення можливих змін параметрів опалювального періоду Рівненського регіону в умовах глобального потепління було виконано прогнознозування на довготерміновій основі нормованого розподілу у багаторічному та внутрішньорічному перерізі основних метеорологічних характеристик за методами, інформаційним та програмним забезпеченням з їх реалізації на ЕОМ, розробленими на кафедрах гідромеліорацій та теплоенергетики і машинознавства НУВГП.

При цьому були враховані прогнозовані зміни основних метеорологічних чинників в умовах глобального потепління, визначеними за моделями СССМ – модель Канадського кліматичного центру, і UКМО – модель Метеорологічного бюро об'єднаного королівства, які розглядають зміни клімату, з розрахунку подвоєння вмісту вуглекислого газу СО 2 в атмосфері, відповідно на 4 та 6 о С за період від 35 – 50 до 100 рр. [3]. Результати моделювання наведені в табл. 4.

Таблиця 4 Можливі зміни параметрів опалювального періоду для метеостанції Рівненського регіону внаслідок процесів глобального потепління у порівнянні з базовим періодом ( рр.), визначені на основі моделей СССМ та UKMO Із табл. 4 видно, що розрахована з використанням різних моделей тривалість опалювального періоду для Рівненського регіону може за рахунок процесів глобального потепління суттєво зменшитись.

Якщо врахувати прогноз за моделлю CСCM, то цей показник може зменшитись на 29 – 36 діб у порівнянні з базовим періодом, а за моделлю UKMO – 60 – 66 діб. Середня температура опалювального періоду, навпаки, може зрости на 3,2…3,5 о С (дані моделі CCM) або 4,2…5,2 о С (дані моделі UKMO) у порівнянні з базовим періодом. Такі зміни можуть скоротити обумовлене погодно-кліматичними чинниками енергоспоживання на опалення й вентиляцію житлово-комунального сектору даного регіону на 30 % (згідно моделі CСCM) та 50 % (згідно моделі UKMO).

Отже, виходячи із проведеного вище аналізу, можна зробити такі висновки: 1. Ті зміни погодно-кліматичних умов, що спостерігаються сьогодні і прогнозуються в майбутньому вже впливають і можуть ще більш істотно впливати на процеси виробництва, транспортування та споживання енергоресурсів. Суттєвих змін може зазнати і сфера теплопостачання житлови-комунального сектору країн.

2. Ретроспективний аналіз метеоданних Рівненського обласного центру з гідрометеорології по станціях Рівне, Сарни, Дубно за період з 1945 по 2007 рр. показав, що розраховані за останні 32 роки основні параметри опалювального періоду у порівнянні з базовим періодом ( рр.) змінилися. Це, у свою чергу, спричинило зниження для Рівненського регіону зумовлених погодно-кліматичними умовами середньорічних потреб теплоти на опалення на 5…6%, а також зниження розрахункових значень потужності системи опалення та теплозахисних характеристик будівель на 3…4 %.

Для періоду з 1985 – 2007 рр. зумовлені погодно-кліматичними умовами середньорічні потреби на опалення знизились, у порівнянні з базою, майже на 8 %, а розрахункові значення потужності системи опалення та теплозахисних характеристик будівель - на 3…4 %, що не відображено, зокрема, у діючих нормативних документах для проектування будівель, споруд, систем опалення та вентиляції.

3. На основі прогнозу зміни погодно-кліматичних умов за відповідними моделями встановлено, що, внаслідок глобального потепління, потреби енергії на опалення та вентиляцію будівель, що розміщені в Рівненському регіоні можуть бути знижені на 30 % (за моделлю CСCM) та на 50 % (за моделлю UKMO). 4. Такі можливі зміни енергоспоживання систем теплопостачання житлово-комунального сектору обовязково необхідно враховувати при плануванні розвитку паливно-енергетичного комплексу області, що може зіграти суттєву роль в економії енергетичних та фінансових ресурсів.

Література: 1. 1.Climate Change 2007: the AR4 (Assessment Report) Synthesis Report Бабіченко В. М., Ніколаєва Н. В., Гущина Л. М. Зміни температури повітря на території України наприкінці XX та на початку XXI століття // Український географічний журнал, 2007, 4, с. 3 – Ромащенко М.І., Собко О.О., Савчук Д.П., Кульбіда М.І. Про деякі завдання аграрної науки у звязку зі змінами клімату. Наукова доповідь- інформація. – Київ: Інститут гідротехніки і меліорації УААН, – 46 с Оцінка впливу погодно-кліматичних умов на екологію людини при глобальному потепління (для зони Західного Полісся України) // Вісник Національного університету водного господарства та природокористування. – Рівне, – Випуск 4(40). Частина 1. – с. 3 – Хомяков П.М., Кузнецов В.И., Алферов А.М. и др. Влияние глобальных изменений климата на функционирование экономики и здоровье населения России, – 424 с Жуковский Е. Е. Метеорологичесая информация и экономические решения. - Л.: Гидрометеоиздат, – 303 с Рокочинський А. М. Волощук В. А. Колодич О. Д. Оцінка можливих змін погодно-кліматичних умов та їхнього впливу на сектор енергетики Західного Полісся України // Енергетика та електрифікація, с Енергетична стратегія України на період до 2030 року. Затверджена розпорядженням Кабінету Міністрів України від р Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. – 7-е изд., стереот. – М.: Издательство МЭИ, – 472 с.:ил Некрасов А. С., Воронина С. А. Состояние и перспективы развития теплоснабжения в России // Энергетик с. 7 – Achieving Energy Savings in Europe Through thergy Performance of Building Directive (EPBD), rehva journal, june nd Quarter, p. 10 – Волощук В. А., Рокочинський А. М. Наукові принципи розрахунку і оптимізації проектних, технічних і технологічних рішень з управління системами теплопостачання на еколого-економічних засадах // Енергетика та електрифікація. – Київ, (289). с. 51 – Хрилев Л. С. О влиянии климатического фактора на перспективную структуру топливно-энергетического баланса // Теплоэнергетика, 1965, 2, с. 16 – Зоркальцев В. И. Иванова Е. Н. Анализ интенсивности и синронности колебаний потребности в топливе на отопление // Сер. препринтов сообщений «Автоматизация научных исследований». Сыктывкар: Коми научный центр Ур О АН СССР, Вып с Исаев А. А., Шерстюков Б. Г. Колебания климатических характеристик отопительного периода и оценка возможностей их сверхдолгосрочного прогноза (на примере Москвы) // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География с. 68 – Современные глобальные и региональные изменения окружающей среды и климата / Под ред. Ю. П. Переведенцева. Казань: «Унипрес», Шерстюков Б. Г., Исаев А. А. Метод кратной цикличности для анализа временных рядов и сверхдолгосрочных прогнозов на примере характеристик отопительного периода в Москве // Метеорология и гидрология с. 46 – Бусаров В. Н. Потапов И. И. Электроэнергетика и климат М.: НИЦ «СИНАПС» с Малявина Е. Г. Теплопотери здания: справочное пособие / Е. Г. Малявина. – М.: АВОК-ПРЕСС, – 144 с Безносова Д. С. Прогнозирование динамики тепло- и энергопотребления под влиянием климатических изменений и оценка выбросов парниковых газов: автореф. дис. канд. техн. наук: – Москва, – 20 с ДБН В :2006. Теплова ізоляція будівель. - Київ. – Мінбуд України, СниП Тепловая защита зданий / Госстрой Росии. – М.: ФГУП ЦПП, Ефимова Н. А. Байкова И. М. Лаперье В. С. Влияние потепления климата на режим отопления зданий // Метеорология и гидрология с. 95 – Анисимов О. А. Влияние антропогенного изменения климата на обогрев и кондиционирование зданий // Метеорология и гидрология с. 10 – Влияние глобальных изменений природной среды и климата на функционирование экономики России / Под общ. ред. Н. П. Лаверова. М.: УРСС, Климатические характеристики отопительного периода на субъектах Российской Федерации в настоящем и будущем / Кобышева Н. В., Клюева М. В., Александрова А. А., Булыгина О. Н. // Метеорология и гидрология с. 46 – Национальный доклад по проблемам изменения климата. М.: Минэкономразвития России СНиП Строительная климатология и геофизика. – М.: Стройиздат, СНиП *. Строительная климатология / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2003.

Дякуємо за увагу