Антропогенный поток тепла, выделяемый в атмосферу и почву в течение отопительного периода зданиями северных городов РФ

Представлены оценки доли антропогенного потока тепла, обусловленные отоплением, при предположении, что он зависит от температуры наружного воздуха, а здания удовлетворяют теплофизическим нормам, приведенным в строительных правилах. На основе веб-картографической платформы OpenStreetMap, сервиса Яндекс Карты и ГИС ЖКХ построены модели застройки 12 городов и поселений, расположенных на севере России. Рассчитаны объемы и площади ограждающих конструкций всех зданий. Рассмотрены три различных алгоритма вычисления антропогенного потока тепла. Первый алгоритм использует понятие нормируемого 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. Предлагается использовать усредненную оценку антропогенного потока тепла, полученную по всем алгоритмам. Антропогенный поток тепла определяли с административной и урбанизированной территории. Приведены оценки выделяемой за отопительный период антропогенной энергии с административной и урбанизированной территорий. С административной территории генерируемое количество тепла находится в интервале (в ПДж) для Сургута 8,29–20,7; Якутска 9,57–23,6; Архангельска 7,37–15,4; Мурманска — 5,16–11,6; Норильска — 2,99–9,09; Воркуты, Апатитов и Салехарда — 1,29–4,80; Нарьян-Мара — 0,961–1,92; Дудинки — 0,537–1,42; Тикси и Диксона — 0,247–0,681. Плотность потока тепла в направлении к подстилающей поверхности от нижней границы зданий в среднем в течение отопи тельного периода находится в интервале 1,20–1,96 Вт/м². Приведены значения антропогенной энергии, усредненные за отопительные периоды 2013–2018 и 2018–2023 гг.

1. Будыко М.И. Изменения климата. Л.: Гидрометеоиздат; 1974. 280 с.

2. Van Deelen G. Another hot Arctic year indicates a new climate regime. Eos. 2024;105. https://doi.org/10.1029/2024EO240566

3. Allen L., Lindberg F., Grimmond C.S.B. Global city scale urban anthropogenic heat flux: model and variability. International Journal of Climatology. 2011;31(13):1990–2005.

4. Li D., Wang L., Liao W., Sun T., Katul G., BouZeid E., Marong B. Persistent urban heat. Science Advances. 2024;10(15): eadj7398. https://doi.org/10.1126/sciadv.adj7398

5. Пененко В.В., Алоян А.Е. Модели и методы для задач охраны окружающей среды. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение; 1985. 255 с.

6. Гинзбург А.С., Евсиков И.А., Фролькис В.А. Зависимость антропогенного потока тепла от температуры воздуха (на примере Санкт-Петербурга). Известия РАН, Физика атмосферы и океана. 2021;57(5):526–538. https://doi.org/10.31857/S0002351521050060

7. Гинзбург А.С., Белова И.Н., Расплетина Н.В. Антропогенные потоки тепла в городских агломерациях. Доклады АН. 2011;439(2):256–259.

8. Makar P. A., Gravel S., Chirkov V., Strawbridge K.B., Froude F., Arnold J., Brook J. Heat flux, urban properties, and regional weather. Atmospheric Environment. 2006;40(15):2750–2766. https://doi:10.1016/j.atmosenv.2005.11.061

9. Offerle B., Grimmond C.S.B., Fortuniak K. Heat storage and anthropogenic heat flux in relation to the energy balance of a central European city centre. International Journal of Climatology. 2005;25(10):1405–1419. https://doi:10.1002/joc.1198

10. Варенцов М.И., Грищенко М.Ю., Константинов П.И. Сопоставление наземных и космических разномасштабных температурных данных на примере городов Российской Арктики для зимних условий. Исследование Земли из космоса. 2021;2:64–76. https://doi.org/10.31857/S0205961421020093

11. Тарасова М.А. Варенцов М.И., Степаненко В.М. Параметризации взаимодействия атмосферы с городской поверхностью: обзор и перспективы развития. Известия РАН, Физика атмосферы и океана. 2023;59(2):127–148. https://doi.org/10.31857/S0002351523020062

12. Jin L., Schubert S., Fenner D., Meier F., Schneider C. Integration of a building energy model in an urban climate model and its application. Boundary–Layer Meteorology. 2021;178(2):249–281. https://doi.org/10.1007/s10546-020-00569-y

13. Фролькис В.А. Евсиков И.А. Гинзбург А.С. Моделирование антропогенного потока тепла в течение отопительного периода в крупных городах России. Известия РАН, Физика атмосферы и океана. 2024;60(4):470–484. https://doi.org/10.31857/S0002351524040051

14. Фролькис В.А., Евсиков И.А. Оценка антропогенного потока тепла в течение отопительного периода в городах Российской Федерации с населением не менее полумиллиона человек. Труды Главной геофизической обсерватории им А.И. Воейкова. 2024;613:76–133.

15. Chen W., Zhou Y., Xie Y., Chen G., Ding K. J., Li D. Estimating spatial and temporal patterns of urban building anthropogenic heat using a bottom–up city building heat emission model. Resources, Conservation and Recycling. 2022;177:105996. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2021.105996

16. Евсиков И. А. Информационные технологии для расчета антропогенного потока тепла в условиях городской застройки. Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии. 2024;22(2):20–32. https://doi.org/10.25205/1818-7900-2024-22-2-20-32

17. Фролов К.А. Теплопотребление коттеджа в зависимости от его объемно–планировочных параметров. Надежность и безопасность энергетики. 2009;4(7):44–45.

18. Подкопаева Е.В., Шехватова А.Н., Семенова Э.Е. Исследование ограждающих конструкций общественных зданий. Инженерные системы и сооружения. 2020;3–4(41–42):6–11.

19. Белан Б.Д., Пелымский О.А., Ужегова Н.В. Исследование антропогенной составляющей теплового баланса горда. Оптика атмосферы и океана. 2009;22(6):558–561.

20. Dudorova N.V., Belan B.D. The energy model of urban heat island. Atmosphere. 2022;13(457). https://doi.org/10.3390/atmos13030457