Контроль качества теплозащиты зданий с помощью контактного и бесконтактного методов исследования

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТЕПЛОЗАЩИТЫ ЗДАНИИ С ПОМОЩЬЮ КОНТАКТНОГО И БЕСКОНТАКТНОГО МЕТОДОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ Н.В. Лазуренко, А.Р. Кямяря

Энергетический паспорт - основной документ, утверждаемый Ростехнадзором РФ, характеризующий степень энергоэффективности зданий различного назначения. Контактный метод измерения удельного теплового потока q и температур воздуха и поверхностей, используемый в процессе разработки энергопаспорта, позволяет с высокой степенью точности определить основную теплотехническую характеристику ограждающих конструкций (ОК) здания - приведенное сопротивление теплопередаче К0 (для различных видов ОК). Тепловизионный (бесконтактный) метод контроля наиболее эффективен для выявления скрытых дефектов конструкций. Контактный и бесконтактный методы контроля качества теплозащиты, положенные в основу комплексного тепловизионного обследования, позволяют определить соответствие теплотехнических характеристик ОК строительным нормам и в случае необходимости выработать комплекс мероприятий по энергосбережению.

В современной России особенно актуальной является проблема эффективного расходования энергоресурсов для теплоснабжения объектов жилищно-коммунального хозяйства, общественных и производственных зданий. Причин этому несколько: отсутствие эффективного регулирования в системах теплоснабжения; не соответствующие целям энергосбережения объемно-планировочные решения объектов строительства; недостаточный уровень теплозащиты зданий вследствие неправильно заложенных в проект теплотехнических показателей наружных ограждающих конструкций (ОК); некачественное выполнение строительно-монтажных работ.

Вышеуказанные недостатки характерны как для современных вновь построенных или реконструированных зданий, так и для объектов, построенных в 1950-80 гг., в период массового строительного бума, когда теплозащите не уделялось должного внимания, а контроль качества теплоизоляции не проводился.

В связи с этим необходимость энергоаудита зданий для контроля соответствия выполненных работ современным нормам при строительстве и реконструкции приобретает особую актуальность.

1. Составление теплоэнергетического паспорта здания

Теплоэнергетический паспорт является основным документом энергоаудита, наличие которого обязательно для ввода здания в эксплуатацию. Он включает в себя сведения об объекте строительства (объемно-планировочные параметры, энергетические показатели) на различных этапах его создания - проектирование, процесс строительства, эксплуатация.

Проектная часть энергетического паспорта предусматривает анализ архитектурно-планировочных решений и теплотехнического расчета ОК (раздел проекта «Отопление, вентиляция») с целью сравнения теплотехнических характеристик ОК с нормативными значениями, указанными в [7, 8]. Основной теплотехнической характеристикой конструкций, используемой при расчетах, является приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждений Оно рассчитывается, согласно [7], по формуле 1 1 2

К = — + К + —, м2-К/Вт,

в н

где ав, ан - коэффициенты конвективного теплообмена соответственно от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ОК и от наружной поверхности к наружному воздуху, Вт/(м2-К); Як - термическое сопротивление, м2-К/Вт, однослойной или многослойной ОК, определяемое по формулам

п д

Як = £ Я, , Я, = , м2-К/Вт,

Л

где 5,, X, - толщина, м, и коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К), ,-го слоя конструкции; п - количество слоев конструкции.

Сопротивление теплопередаче ОК Я0 рассчитывается для различных видов конструкций (стен, окон, балконных и входных дверей, покрытий, чердачных перекрытий и

т.п.), и значение данной характеристики сравнивается с требуемым значением Я0"р для данного типа здания и помещений. Таким образом, целью разработки проектной части теплоэнергетического паспорта является анализ проекта с точки зрения энергоэффективности.

Фактическая (расчетная) часть энергопаспорта подразумевает проведение натурных измерений теплофизических параметров ОК, а именно - замеров удельного теплового потока q и температур внутреннего tв и наружного воздуха на так называемых «базовых» участках конструкций. При обработке результатов натурных испытаний строятся графики изменения во времени q, 1в и tн, на которых выбираются временные промежутки с наиболее установившемся режимом - с отклонениями температуры наружного воздуха от среднего значения за этот период в пределах ±2,5°С [3], и вычисляется среднее значение сопротивления теплопередаче «базового» участка ОК Я0 по одному из методов, описанных в [1, 4-6]. Целью данного обследования является сравнение полученных фактических значений Я0 со значениями, заложенными в проекте. Тем самым контролируется качество использованных при строительстве конструкций и их монтажа.

Однако сопротивление теплопередаче измеряется только на нескольких «базовых» (термически однородных по поверхности) участках ОК, которые не могут однозначно характеризовать качество выполнения конструкций всего здания. Поэтому контактные измерения должны проводиться совместно с тепловизионным обследованием объекта, по результатам которого (а именно - съемке фасадов и внутренних поверхностей ОК) и выбираются «базовые» участки для установки измерителя теплового потока (ИТП). Контактный метод исследования применим лишь для определения общей энергетической характеристики здания, а именно - класса энергоэффективности, в соответствии с которым могут быть рекомендованы общие мероприятия по энергосбережению.

2. Тепловизионное обследование здания

Для обнаружения скрытых дефектов теплозащиты в натурных условиях используется бесконтактный метод исследования путем тепловизионной съемки ограждающих конструкций с наружной и внутренней стороны [2]. Тепловизионная съемка фасадов дает общую картину температурного поля поверхности объекта и выявляет грубые нарушения тепловой защиты здания. Для более детального контроля исполнения стен, окон, балконных дверей и их сопряжений (стыки стен с перекрытиями, оконными и дверными блоками, угловые стыки стен) необходимо проводить тепловизионное обследование внутренних поверхностей ОК. Анализ полученных термограмм проводится по критерию минимально допустимой температуры внутренней поверхности фэксп , при этом дефектными считаются участки с температурой ниже допустимой на величину, выходящую за пределы погрешности измерения. Допустимая величина фр имеет различные значения в зависимости от вида ОК и типа обследуемых помещений. Для сравнения фексп с фТР, согласно [1], проводится пересчет значения температуры внутренней

поверхности на расчетные зимние условия (и = -26°С, tв - требуемое значение по [9]). Таким образом, если после пересчета на отдельных участках ОК температура внутрен-

ней поверхности оказывается ниже допустимого значения фТР, то необходимо устранение дефектов конструкций.

3. Практическая реализация комплексного тепловизионного обследования

На практике контроль качества теплозащиты, называемый комплексным теплови-зионным обследованием, осуществляется по следующему алгоритму. Этап измерений:

- тепловизионная съемка наружных ОК и анализ термограмм с выявлением участков с температурными аномалиями;

- тепловизионная съемка внутренних поверхностей ОК с температурными аномалиями;

- выбор «базовых» участков, тепловизионная съемка их внутренних поверхностей, замер удельного теплового потока и температур для различных типов конструкций.

Этап обработки результатов измерений:

- анализ термограмм с целью выявления предполагаемых дефектных участков ОК и

фрасч

определение температур их внутренних поверхностей ^ в расчетных условиях

фрасч фнорм

(сравнение с нормативными), выбор участков с отклонениями ^ от ^ , превышающими погрешность измерения;

- определение сопротивления теплопередаче К0 на базовых участках ОК, занесение значений К0 для различных типов конструкций в теплоэнергетический паспорт здания, сравнение их с нормативными значениями;

- определение причин наличия дефектов и разработка рекомендаций по их устранению.

По результатам проведенных тепловизионных обследований объектов строительства различного назначения можно выделить несколько наиболее характерных видов дефектов ОК.

1) Пониженная температура участков наружных стен вследствие некачественного исполнения конструкций заводского изготовления, невыполнения проектных решений либо неправильно разработанного проекта (значительные по площади участки с неравномерным распределением теплозащитных свойств), а также дефекты монтажа наружных стен (локальные небольшие по площади температурные аномалии на поверхности ОК).

2) Пониженная температура участков с теплопроводными включениями, таких

как:

- сопряжения строительных конструкций: стыки стеновых панелей, угловые стыки стен, места примыкания наружных стен к перекрытиям;

- монтажные швы между стеновым проемом и оконными и балконными блоками.

Наиболее вероятной причиной возникновения таких видов дефектов является некачественный монтаж элементов конструкций и некачественное выполнение мероприятий по устройству теплозащиты узлов соединения ОК.

3) Пониженная температура стыков оконных рам со стеклами или стеклопакетами из-за некачественной сборки или применения утеплителя с пониженными теплозащитными свойствами и механическими характеристиками.

4) Пониженная температура оконных рам (характерно для современных стеклопа-кетов) и нижних глухих частей балконных дверей вследствие неправильной технологии сборки.

5) Участки инфильтрации наружного воздуха в местах недостаточного примыкания оконных створок и балконных дверей из-за неправильной регулировки запорных устройств.

Наиболее характерные примеры термограмм конструкций с дефектами теплозащиты приведены ниже на рис. 1.

тн1=12,8

Мах=1Й,6

Ачд=14 9

Л (гв п

н^.э и

Объект - жилое здание по адресу: г. СПб, Песочная наб., д. 12. 1вэксп = 20,9°С, 1нэксп = -2,8°С.

Характер отклонения теплозащитных свойств _ эксп 0/-1 т , С тРасч 0с Ат,0С

1. Пониженная температура потолочного перекрытия 14,9 12,3 3,7

2. Пониженная температура участка стыка стены с перекрытием 10,1-11,8 3,0-6,3 7,7-4,4

а

с

•34 '32 •30 •28 26 24 22 •20 •18 •16 •14 •12

Объект - жилое здание по адресу: г. СПб, ул. Тамбовская, д. 11. изм = 19,30с, ^изм = 4,4°С.

Характер отклонения теплозащитных свойств

_ эксп

т , с

г расч 0/ч •в , с

Ат,0С

1. Пониженная температура участков стыков блока балконной двери с проемом_

11,5-13,3

2,2-7,

8,5-2,9

2. Пониженная температура стыков стекол с оконными рамами

12,4-13,4

5,0-8,1

5,7-2,6

3. Инфильтрация через неплотное прилегание балконной двери

б

Рис. 1. Примеры выявления скрытых дефектов ОК

В качестве результатов контактных измерений на рис. 2 приведены графики изменения во времени температур внутреннего 4 и наружного ^ воздуха, °С (рис. 2а), а также удельного теплового потока q, Вт/м2, проходящего через стену административного здания по адресу: г. СПб, ул. Афонская, д. 2 (рис. 2б). Стена здания состоит из керамзи-тобетона толщиной 3 = 0,35 м. Измеритель теплового потока и температуры установлен на «базовом» участке ОК (участок стены с однородным температурным полем по поверхности). Как видно из графиков, за период измерений можно выделить 2 участка с отклонениями температуры наружного воздуха от среднего значения в пределах ±2,5 °С и на этих временных промежутках определить значения К0. В результате проведенных расчетов среднее значение сопротивления теплопередаче стены составило Я0 = 1,6 м2-К/Вт, т.е. ниже требуемого значения, равного, согласно [8], Я0тр = 2,6 м2-К/Вт для административных зданий.

Рис. 2. Результаты контактных измерений д, ?в и Ъ для наружной стены

административного здания

Исходя из данных проведенного обследования, были выработаны энергосберегающие мероприятия по утеплению наружных стен и их сопряжений.

Подводя итог вышеизложенному, следует отметить, что результаты комплексного тепловизионного обследования не отражают полностью техническое состояние всех без исключения ОК здания, однако позволяют на основе 10-40% выборки сделать вывод о состоянии остальных, необследованных, элементов ОК. Как показали многочисленные натурные исследования объектов строительства, при обнаружении некачественного монтажа окон в проемах или неправильной конструкции стеклопакетов у 10-15% обследованных светопрозрачных конструкций такие недостатки имели место на большей части аналогичных ОК, а дефекты заделки угловых вертикальных стыков наружных стен выявлялись не только в обследованных помещениях крайних этажей (первый и верхний), но и на всем протяжении стыков по высоте здания.

Напротив, значения сопротивления теплопередаче Я0 на базовых (термически однородных и, как правило, не дефектных) участках конструкций можно распространять на все ОК объекта весьма условно, так как они используются исключительно для расчетов теплотехнических величин энергетического паспорта здания в целом, сравнения с нормативными значениями и определения класса энергоэффективности объекта строительства, а не для детальной оценки качества теплоизоляции отдельных помещений.

Литература

1. ГОСТ 26254-84 Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, Москва, 1985 г.

2. ГОСТ 26629-85 Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций, Москва, 1985 г.

3. Могутов В.А. Обобщение опыта натурных экспериментальных обследований объектов ЖКХ, отчет НИИСФ РААСН, Москва, 2005 г.

4. Пилипенко Н.В. Методы параметрической идентификации в нестационарной теп-лометрии (ч. 1) // Изв. вузов. Приборостроение. 2003. Т.46. № 8.

5. Пилипенко Н.В. Методы параметрической идентификации в нестационарной теп-лометрии (ч. 2) // Изв. вузов. Приборостроение. 2003. Т.46. №10.

6. Пилипенко Н.В., Лазуренко Н.В., Лебедев П.В. Параметрическая идентификация нестационарных потоков с помощью тепломеров типа «вспомогательная стенка» // Изв. вузов. Приборостроение. 2005. Т.48. №9.

7. СНиП 11-3-79* Строительная теплотехника. М., 1995.

8. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. М., 2003.

9. ТСН 23-340-2003 Санкт-Петербург «Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по энергопотреблению и теплозащите», Санкт-Петербург, 2003.