Оценка технического состояния ограждающих конструкций зданий методом тепловизионного контроля

УДК 621.384

О. Р. Каратаев, Д. В. Рыжков, Г. Н. Голубева ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ МЕТОДОМ ТЕПЛОВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ

Ключевые слова: тепловизионный контроль, термография, энергоэффективность.

Рассмотрен тепловизионный метод диагностики ограждающих конструкций сооружений, основанный на дистанционном измерении температурных полей поверхностей. Данный метод позволяет определить качественные и количественные теплотехнические характеристики ограждающих конструкций.

Keywords: thermal control, thermography, energy efficiency.

Considered thermal imaging diagnostic method of enclosing structures based on remote measurement of temperature fields of surfaces. This method allows to determine the qualitative and quantitative thermal performance of building envelopes.

Актуальной задачей при строительстве зданий и сооружений является полное соответствие между проектом и его реализацией в готовом виде.

При проектировании зданий закладываются сертифицированные данные теплопроводности материалов ограждающих конструкций, утеплителей, расчетные величины коэффициента теплотехнической однородности с учетом крепления утеплителей, обрамления оконных проемов и опор на монолитные перекрытия.

Установить данное соответствие можно спустя год после окончания строительства (чтобы большая часть влаги, накопившаяся в конструкциях от использования мокрых процессов, испарилась) путём проведения тепловых испытаний построенных зданий с целью выявления фактического удельного показателя энергоэффективности и возможных дефектов при строительстве.

Одним из таких испытаний является тепловизионный контроль. Такой метод может выявить локальные нарушения монтажа или ошибки в проекте, указывающие на недостаточную теплозащиту отдельных участков.

В связи с многообразием современных строительных материалов и технологий их строительства, а также повышением энергоэффективности зданий и сооружений, тепловизионный метод диагностики и контроля состояния теплофизических свойств ограждающих конструкций является наиболее быстрым и удобным.

Диагностика ограждающих конструкций бесконтактным тепловизионным методом проводится в отопительный период при наличии естественного температурного напора между наружным и внутренним воздухом в здании, обусловленным работой системы отопления.

Тепловизионный метод основывается на измерении инфракрасного излучения в длинноволновом спектре волн в пределах поля зрения тепловизора.

Излучение, исходящее от объекта и регистрируемое тепловизором, состоит из излучаемого (е), отраженного (р) и проходящего (т) [1].

Сумма данных компонентов принимается за единицу:

е + р + т = 1.

Поскольку коэффициент пропускания редко играет значительную роль на практике им пренебрегают.

Метод тепловизионного контроля дает возможность:

- проводить в реальном времени температурные бесконтактные натурные обследования поверхности ограждающей конструкции;

- обнаружить скрытые дефекты строительства и определить сопротивление теплопередаче и другие теплотехнические характеристики ограждающих конструкций зданий и сооружений, а также участки с повышенным влагосодержанием.

- по результатам проведения контроля определить соответствие качества ограждающих конструкций и строительных работ нормативной документации и дать рекомендации по изменению строительных технологий и изготовлению ограждающих конструкции, а также проведению ремонта скрытых дефектов строительства.

Перед проведением контроля на основании конструкторской и технологической документации выполняют геометрическую привязку к линейным размерам объекта контроля, определяют зоны расположения элементов, имеющих отличные от основного материала теплофизические характеристики, влияющие на распределение температуры на поверхности контролируемой конструкции, уточняют по нормативной технической документации проектные параметры объекта контроля и допустимые дефекты [2].

Контроль начинают с определения температур заранее намеченных реперных зон контактным и бесконтактным методами и с установления реального коэффициента излучения контролируемой поверхности (при возможности проведения контактных измерений). При отсутствии возможности экспериментального определения коэффициента излучения пользуются справочными данными (табл. 1).

С целью определения теплотехнических характеристик ограждающих конструкций было проведено тепловизионное обследование зданий микрорайона «Деревня Универсиада».

Таблица 1 - Коэффициенты излучения (8) наиболее распространенных строительных материалов [3]

Материал (температура материала) Коэффициент излучения

Бетон (25 0С) 0,93

Гипс(20 0С) 0,90

Стекло (90 0С) 0,94

Гранит (20 0С) 0,45

Дерево (70 0С) 0,94

Пластик: РЕ, РР, РУС (20 0С) 0,94

Мрамор белый (40 0С) 0.95

Кирпичная кладка (40 0С) 0,93

Кирпич, известковый раствор, штукатурка (20 0С) 0,93

Для проведения обследования использовался тепловизор «Testo 882» с диапазоном измерения от -20 до +5500C и температурной чувствительностью <0,060С. Температура наружного воздуха составляла -6,20С, внутреннего +21,10С.

На рис.1 представлена термограмма здания общежития Поволжской государственной академии физической культуры, спорта и туризма (ПГАВКСмТ) с указанием точек измерения Хм . На

изображении в различных частях здания наблюдаются области с повышенными теплопотерями (точки М2, М3, М4) на 2,0-2,40С по сравнению со средней температурой стены. На данных участках, из-за недостаточного термического сопротивления, при определенных температурных значениях наружного и внутреннего воздуха возможно выпадение конденсата.

На термограмме здания общежития ПГАВКСиТ выбранным точкам соответствуют сле-

Рис. 1 - Термограмма здания общежития ПГАВКСиТ

дующие значения температур: М1 (-5,0 С); М2 -(-2,60С); М3 - (-2,80С); М4 - (-2,70С); М5 - (-4,70С).

Влага, которая появляется в ограждающих конструкциях зданий, может привести к повреждению тепловой изоляции, коррозии несущих (металлических) элементов, что нарушает безопасность, и приводит к увеличению потерь энергии. Обычно разность температур между влажной и сухой облас-

тями составляет около 2,0-5,00С, величина, которая легко определяется с помощью современных тепловизоров.

На рис.2 и 3 представлены термограммы здания Учебно-лабораторного корпуса (УЛК) со значительными тепловыми потерями.

На термограмме здания УЛК (рис.2) выбранным точкам соответствуют следующие значения температур: М1 (-0,20С); М2 - (3,60С); М3 -(-3,90С); М4 - (9,80С); М5 - (-4,10С).

Рис. 2 - Термограмма здания УЛК

Потери тепла из подвального помещения происходят вследствие не герметичности проемов в наружной ограждающей конструкции. Одновременно причинами данных потерь также может служить утечка теплоносителя, отсутствие или же недостаточно качественно выполненная теплоизоляция.

На термограмме здания УЛК (рис.3) выбранным точкам соответствуют следующие значения температур: М1 (-0,00С); М2 - (2,10С); М3 -(7,20С); М4 - (-1,30С); М5 - (-5,50С).

На термограмме наблюдается значительное повышение температуры в точках М2, М3 относительно температуры стены (точка М5), вследствие некачественно выполненных работ по монтажу оконных конструкций.

Обработка результатов теплового контроля заключается в качественном и количественном анализе температурных полей контролируемых объектов и других вспомогательных параметров, относящихся к объекту, аппаратуре контроля, окружающей среде и особенностям проведения теплового контроля [3-5].

В данной работе проведен качественный анализ состояния ограждающих конструкций зданий.

Качественный анализ применяют для оперативного контроля и оценки состояния объекта по его температурным полям и выявления температурных аномалий. По местоположению и амплитуде обнаруженной аномалии принимают решение о том, соответствует ли обнаруженная аномалия скрытому дефекту, конструктивному элементу или мешающему фактору [2].

Рис. 3 - Термограмма здания УЛК

Таким образом, внедрение методов тепло-визионной диагностики ограждающих конструкций зданий, обеспечивает уменьшение эксплуатационных затрат и капиталовложений.

Это достигается: - предотвращением и уменьшением тепловых

потерь путем выявления дефектов;

- устранением мест протечек и поступления влаги из-за нарушения гидроизоляции и диффузии воды через ограждающие конструкции;

- устранением нарушения герметичности швов и

т.д.

Литература

1. Ж. Госсорг, Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с франц. Мир, Москва, 1988. 416 с.

2. РД-13-04-2006, Методические рекомендации о порядке проведения теплового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах. ООО НТЦ «Промышленная безопасность», Москва, 2007. 24 с.

3. В.П. Вавилов, А.Н. Александров, Инфракрасная термографическая диагностика в строительстве и энергетике. НТФ «Энергопрогресс», Москва, 2003. 76 с.

4. Н.Н. Жданов, Р.М. Гарипов, А.И. Хасанов, Вестн. Казан. технол. ун-т, 17, 16, 78-80. (2014).

5. К.С. Казанкин, С.Я. Алибеков, А.В. Маряшов, Р.С. Сальманов, Вестн. Казан. технол. ун-т, 17, 6, 140-141 (2014).

© О. Р. Каратаев - к.т.н., доцент кафедры машиноведения Казанского национального исследовательского технологического университета, oskar_karataev@mail.ru, Д. В. Рыжков - к.т.н., доцент кафедры «Энергообеспечение предприятий и энергоресурсосберегающих технологий» Казанского государственного энергетического университета, rdv05@yandex.ru, Г. Н. Голубева - д.п.н., профессор, зав. кафедрой спортивного менеджмента, рекреации и спортивно-оздоровительного туризма Поволжской государственной академии физической культуры, спорта и туризма, golubevagn@mail.ru.

© О. Р. Каратаев - c.t.s., associate professor of the department of mechanical engineering of Kazan National Research Technological University (KNRTU), oskar_karataev@mail.ru, Д. В. Рыжков- к.т.н., assistant professor of the department of energy supply companies and energy-saving technologies of Kazan State Power University, rdv05@yandex.ru, Г. Н. Голубева- d.p.s., professor, head of the department of sports management, recreation and sports tourism Volga State Academy of Physical Culture, Sports and Tourism, golubevagn@mail.ru.