Методики проверки теплотехнических характеристик ограждающих конструкций зданий и сооружений

Энергосбережение отнесено к стратегическим задачам государства. По подсчетам специалистов, неэффективно используется, а фактически тратится на обогрев «улицы», не менее 20–30% тепловых ресурсов. Проблема недостаточной энергоэффективности особенно актуальна в нашем климате (низкие температуры, высокая влажность воздуха).

Основой повышения энергосбережения и энергоэффективности является повышение тепловой защиты зданий и сооружений, закладываемой и обеспечиваемой на всех этапах возведения объектов: от проектирования до ввода объекта в эксплуатацию.

Без эффективных и достоверных методик контроля невозможно обеспечить выполнение норм по потреблению энергии и комфортным условиям жизни людей.

В данной работе рассматриваются основные методики проверки теплотехнических характеристик ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Строительство зданий должно осуществляться в соответствии с требованиями к тепловой защите зданий. Должны быть обеспечены установленные для проживания и деятельности людей микроклимат в здании, необходимая надежность и долговечность конструкций, климатических условий работы технического оборудования при минимальном расходе тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий за отопительный период.

В соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» нормируется температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, который для наружных стен составляет 4ºС.

Кроме того, в соответствии с п.5.9 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», нормируется температура внутренней поверхности ограждающей конструкции в зоне теплопроводных включений (диафрагм, сквозных швов из раствора, стыков панелей, ребер, шпонок и гибких связей в многослойных панелях, жестких связей облегченной кладки и др.), в углах и оконных откосах, которая должна быть не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года. Для эксплуатируемых зданий с нормируемыми показателями микроклимата (температура воздуха 20-22ºC, относительная влажность не более 55%) температура точки росы составляет 10,7 ºC. Чем ниже влажность, тем больше разница между температурой точки росы и температурой внутреннего воздуха. Чем выше влажность, тем температура точки росы выше и ближе к температуре внутреннего воздуха.

Контроль нормируемых показателей тепловой защиты и ее отдельных элементов эксплуатируемых зданий и оценку их энергетической эффективности выполняют путем натурных испытаний.

Основным методом определения теплотехнических характеристик наружных ограждающих конструкций является съемка тепловизором (тепловизионный контроль). Методика проведения данного испытания описана в ГОСТ Р 54852-2011 «Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций». Только результаты тепловизионной съемки принимаются органами Госстройнадзора и другими контролирующими органами в качестве подтверждения обеспечения требуемых теплотехнических характеристик здания.

Существуют также косвенные методы определения теплотехнических характеристик: калориметрическое определение коэффициента теплопередачи; измерение перепадов температуры пирометром. Однако, данные методы имеют ряд существенных недостатков, поэтому в промышленном и гражданском строительстве имеют ограниченное применение. 

Съемка тепловизором (тепловизионный контроль, термографирование)

,,      

Суть метода: Метод тепловизионного контроля (термографирование) качества теплоизоляции ограждающих конструкций основан на дистанционном измерении тепловизором полей температур поверхностей ограждающих конструкций, между внутренними и наружными поверхностями которых существует перепад температур, и визуализации температурных аномалий для определения дефектов в виде областей повышенных теплопотерь, связанных с нарушением теплоизоляции, а также участков внутренних поверхностей ограждающих конструкций, температура которых в процессе эксплуатации может опускаться ниже точки росы.

Тепловизионный контроль качества тепловой защиты здания выполняют при приемке зданий в эксплуатацию с целью обнаружения скрытых дефектов и их устранения. 

При обследовании здания методом термографирования, как правило, на первом этапе следует провести термографирование наружной поверхности здания с тем, чтобы на втором этапе производить термографирование внутренней поверхности дефектных конструкций, обнаруженных на первом этапе.

Большинство конструктивных, технологических, эксплуатационных и строительных дефектов теплозащиты приводят к искажению температурного поля конструкций и обнаруживаются тепловизором. Хотя тепловизор обладает высокой чувствительностью, для гарантированного выявления всех возможных дефектов ограждений необходим перепад температур между внутренним и наружным воздухом не менее 10-15°С. Именно поэтому обследования проводятся в течение отопительного периода, когда система отопления функционирует в штатном режиме.

Порядок проведения тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций регламентируется ГОСТ Р 54852-2011 «Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций».

Достоинства:

- бесконтактный характер измерений;

- по термограмме можно определить температуру в каждой точке объекта;

- большая наглядность измерений;

- низкие сроки и большая информативность измерений;

- тепловизор позволяет измерить температуру мгновенно;

- возможность обзорного термографирования объекта в целом, с последующей детализацией проблемных участков;

- имеется ГОСТ для выполнения данных испытаний.

Недостатки:

- для гарантированного выявления всех возможных дефектов ограждений необходим перепад температур между внутренним и наружным воздухом не менее 10-15°С;

- требуется использование дорогостоящего оборудования.

Калориметрическое определение коэффициента теплопередачи

Суть метода: Метод определения приведенного коэффициента теплопередачи (или сопротивления) ограждающей конструкции заключается в измерении по площади испытываемого участка температур, °C, внутреннего и наружного воздуха (не менее чем в 100 мм от поверхности конструкции), средней по участку плотности теплового потока q, Вт/м2, измеренного по расходу тепловой энергии, выделенной электронагревателем, который размещен в специальном теплоизолированном ящике (далее по тексту - приборе), прижатом к поверхности испытываемого в условиях стационарной (квазистационарной) теплопередачи ограждения, с последующим расчетом термических характеристик.

Коэффициент теплопередачи (или сопротивления) в натурных условиях определяют на наружных ограждающих конструкциях эксплуатируемых или полностью подготовленных к сдаче в эксплуатацию зданий и сооружений. Выявление теплотехнически неоднородных участков, предназначенных для проведения измерений, рекомендуется проводить методом термографии.

Измерения в натурных условиях выполняют в период работы системы отопления и при разности температур воздуха снаружи и внутри не менее 12 °C.

Порядок проведения испытаний регламентируется ГОСТ 31166-2003 «Метод калориметрического определения коэффициента теплопередачи».

Достоинства:

- имеется ГОСТ для выполнения данных испытаний;

- высокая точность определения показателя коэффициента теплопередачи.

Недостатки:

- большая длительность и трудоемкость испытаний;

- результаты испытаний дают коэффициент теплопередачи только на конкретном участке стены, и никак не характеризуют объект в целом;

- требуется специализированное оборудование;

- требуется математическая обработка результатов испытаний;

- испытания проводятся на эксплуатируемых или полностью подготовленных к сдаче в эксплуатацию объектах;

- инерционность измерений, так как при измерениях температуры используются стеклянные термометры.

Измерение перепадов температуры пирометром (инфракрасным термометром)

Суть метода: Инфракрасный метод измерения температуры основан на измерении инфракрасного (теплового) излучения объекта и его пересчета в температуру.

Для корректного пересчета инфракрасного излучения в температуру, необходимо учитывать излучательную способность реальных материалов. При прочих равных условиях и одинаковой температуре разные объекты излучают разное количество энергии из-за различной излучательной способности. На величину излучательной способности оказывает влияние состояние объекта (твердое тело, жидкость или газ), фактура поверхности (гладкая, шероховатая), наличие защитных покрытий, пленок, естественных образований вроде ржавчины, накипи и другие факторы (например: коэффициент излучения железа оцинкованного окрашенного и неокрашенного отличается примерно в 4 раза). Для большинства стандартных материалов и предметов существуют сводные таблицы, по которым можно узнать значение коэффициента и настроить пирометр для каждой конкретной ситуации. Неправильно установленный коэффициент излучения может привести к значительным ошибкам измерения.

Кроме того, при измерении температуры пирометром, стоит учитывать, что данное измерение является поверхностным: если на поверхности объекта имеется грязь, пыль, иней и тому подобное, то будет измеряться температура только верхнего слоя поверхности, например температура грязи. Поэтому перед измерениями необходимо убедиться, что поверхность объекта чистая. 

Измерения температуры поверхности ограждающих конструкций следует производить:

­ на поверхности пола - в середине помещения;

­ на поверхности потолка - в середине потолка;

­ на поверхности стены вне зоны влияния системы отопления - на уровне 1,5 м от пола в середине простенка или глухой части стены в отдалении от теплопроводных включений;

­ в зоне вертикального стыка на уровне 1,5 м от пола.

Замеры температур в каждой точке должны производиться три раза. Среднее значение округляется до 0,1 °C.

Кроме того, при выполнении измерений должны выполняться следующие условия:

­ во время измерений следует исключить непосредственное местное обдувание, попадание на датчик прямых солнечных лучей и теплового излучения посторонних источников;

­ производящий замеры должен находиться как можно дальше от исследуемой поверхности.

Достоинства:

- бесконтактный характер измерений;

- пирометр позволяет измерить температуру мгновенно;

- дешевизна и доступность оборудования.

Недостатки:  

- искажение показаний приборов вследствие неправильно установленного коэффициента излучения материала;

- для корректного пересчета инфракрасного излучения в температуру необходимо учитывать излучательную способность реальных материалов;

- отсутствует государственный стандарт по порядку проведения данных измерений и обработке их результатов;

- температура определяется на некоторой сферической или эллиптической области поверхности, то есть точечно;

- результаты испытаний дают коэффициент теплопередачи только на конкретном участке стены, и никак не характеризуют объект в целом;

- измерение температуры возможно производить только на определенных участках конструкций.

Выводы:

В настоящее время единственным методом определения теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, принимаемым органами Госстройнадзора и другими контролирующими органами, является тепловизионная съемка (термографирование). Данный метод позволяет выполнить проверку характеристик ограждающих конструкций в короткие сроки. Полученные результаты обладают большой информативностью, наглядны и не требуют трудоемкой обработки.

Результаты измерений по другим методам не дают достоверной картины наличия и характера дефектов теплозащиты здания из-за неточности измерений, искажений в показаниях прибора, неправильно принятого коэффициента излучения, ошибок в расчетах, малого количества измерений, отсутствия утвержденной методики проведения испытаний. Многие дефекты могут остаться не выявленными. Кроме того, в отличие от съемки тепловизором, другими методами невозможно выявить дефекты, связанные с повышенной инфильтрацией наружного воздуха через щели в притворах створок окон и балконных дверей, а также через щели в стыках строительных элементов, включая попадание наружного воздуха внутрь помещений.

В практике автора настоящей статьи неоднократно встречались ситуации, когда использование простых и дешевых методик, таких как измерение перепадов температуры пирометром, показывало отклонения от нормативов в отдельных точках измеряемых поверхностей. Однако, последующая проверка здания с помощью более совершенной методики (тепловизионная съемка) доказывала, что теплотехнические характеристики здания в полной мере соответствуют регламентам. В дальнейшем выводы, полученные при тепловизионном обследовании, подтверждались в ходе эксплуатации здания. Своевременное применение тепловизора позволяло в этих случаях избежать ошибочных выводов и дорогостоящих затрат на дополнительную теплоизоляцию

Таким образом, на сегодня тепловизионная съемка (термографирование) является наиболее эффективным и достоверным методом измерения теплотехнических характеристик и широко применяется в практической деятельности органов Госстройнадзора, Ростехнадзора, экспертных организаций и крупных строительных компаний.

,  , 

Bешняков А.В., к.т.н., доцент