СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ
METHOD FOR NONDESTRUCTIVE TESTING OF THERMAL PROPERTIES OF BUILDING ENVELOPES

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения физических свойств материалов путем тепловых и электрических измерений, и может быть использовано для оперативного контроля теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий и сооружений в натурных условиях.
Из уровня техники известен способ определения теплофизических характеристик материалов ограждающих конструкций, включающий измерение температур на внутренней и наружной поверхностях конструкции, измерение плотности проходящего через нее теплового потока и вычисление комплекса искомых характеристик по известным формулам (Патент RU №2421711 «Способ неразрушающего контроля комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов», кл. G01N 25/00, опубл. 20.06.2011 г.). Этот способ достаточно прост в реализации, однако он неприменим к многослойным ограждающим конструкциям.
Известен способ контроля теплофизических характеристик многослойных строительных конструкций, включающий использование источника тепловой энергии (лазер) и два термоприемника, определение мощности тепловых импульсов для заданных значения избыточной температуры, по результатам измерений определяют теплофизические свойства наружных слоев конструкции, а для определения теплофизических свойств внутреннего слоя конструкции осуществляют дополнительное тепловое воздействие дисковым нагревателем, регистрируют величину теплового потока при помощи датчика, измеряют температуру в точках, расположенных соответственно под дисковым нагревателем и на контактной поверхности датчика теплового потока (Патент RU №2327148 «Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик многослойных строительных конструкций», кл. G01N 25/72, G01N 25/18, опубл. 20.06.2008 г.).
Недостатками описанного способа являются сложность реализации, требующая помимо лазерных устройств дополнительного оборудования (дисковые нагреватели, датчики температуры и плотности теплового потока), размещаемого на противоположных наружных поверхностях конструкции, и необходимость обеспечения адиабатического режима нагрева.
Известен способ контроля теплозащитных свойств многослойных строительных конструкций, предусматривающий тепловизионное обследование поверхности объекта с анализом распределения температур, высверливание отверстий последовательно до середины каждого слоя конструкции, определение теплопроводности каждого слоя с помощью теплового зонда и вычисление сопротивления теплопередаче по приведенным формулам (Патент RU №2403562 «Способ теплового неразрушающего контроля теплотехнических характеристик многослойных конструкций в нестационарных условиях теплопередачи», кл. G01N 25/72, G01N 25/18, опубл. 10.11.2010 г.).
Недостатком указанного способа является необходимость сверления отверстий последовательно до середины каждого слоя конструкции, т.е. способ не является неразрущающим.
Известен также способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов строительных конструкций, основанный на электротепловых аналогиях и реализуемый путем измерения электрической емкости датчика без теплового воздействия на материал конструкции (патент RU №2431134 «Способ и устройство для экспрессного определения влажности и теплопроводности неметаллических материалов», кл. G01N 25/18, G01N 27/22, опубл. 10.10.2011 г.).
Недостатком способа является невозможность оценки теплозащитных свойств внутреннего слоя теплоизоляции многослойных строительных конструкций без нарушения их целостности.
Наиболее близким к предлагаемому по существенным признакам и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ оценки теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий, состоящий из измерения плотности теплового потока, проходящего через исследуемую конструкцию, измерения температур на наружной и внутренней ее поверхностях, вычисления значения общего сопротивления теплопередаче конструкции по приведенным формулам (ГОСТ 26256-84. «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций», Издательство стандартов, 1984). Этот способ широко применяется в строительной практике, однако он дает интегральную оценку сопротивления теплопередаче всей конструкции, что не позволяет оценить теплозащитные свойства внутреннего слоя теплоизоляции в случае многослойной конструкции.
Технический результат изобретения заключается в количественном определении значений теплофизических характеристик теплоизоляционного слоя многослойных строительных конструкций без нарушения их целостности.
Этот технический результат достигается тем, что в способе неразрущающего контроля теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий, включающем измерение температур внутренней и наружной поверхностей конструкции, измерение плотности проходящего через нее теплового потока и вычисление общего сопротивления теплопередаче, измеряют фактические значения теплопроводности внутреннего и наружного поверхностных слоев конструкции, вычисляют значения сопротивлений теплопередаче этих слоев по формулам:
в
в
в
н
н
н
R=δ/λ и R=δ/λ,
в
н
где R и R - значения сопротивлений теплопередаче внутреннего и наружного поверхностных слоев конструкции, соответственно;
в
н
δ и δ - толщина внутреннего и наружного поверхностных слоев, соответственно;
в
н
λ и λ - теплопроводность внутреннего и наружного поверхностных слоев, соответственно,
вычисляют значение сопротивления теплопередаче теплоизоляционного слоя по формуле:
т
к
в
н
в
н
R=R-1/α-1/α-R-R,
т
где R - сопротивление теплопередаче теплоизоляционного слоя;
к
R - общее сопротивление теплопередаче конструкции;
в
н
α, α - коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей конструкции, соответственно,
вычисляют фактическое значение теплопроводности материала теплоизоляционного слоя конструкции по формуле:
т
т
т
λ=δ/R,
т
где λ - теплопроводность материала;
т
δ - толщина слоя,
и определяют фактическое значение влажности материала теплоизоляционного слоя по формуле:
т
т
0
w
W=(λ-λ)/Δλ,
т
где W - влажность материала;
0
λ - теплопроводность материала в сухом состоянии;
w
Δλ - приращение теплопроводности материала на 1% влажности.
Предлагаемый способ, в отличие от известных, позволяет количественно определить теплозащитные свойства теплоизоляционного слоя многослойной конструкции без нарушения ее целостности. Способ является менее трудоемким, не требует сложного оборудования и связанных с этим материальных затрат, таким образом, является более эффективным и экономичным в сравнении с прототипом и аналогами.
Пример осуществления предлагаемого способа
3
Обследуют стеновые панели типа «сэндвич» эксплуатируемого жилого дома в Московской области. Из проектной документации известно, что панели представляют собой трехслойную конструкцию, состоящую из двух поверхностных слоев бетона плотностью 1600 кг/м и слоя теплоизоляции из минеральной ваты плотностью 75 кг/м, причем толщина поверхностных слоев панелей составляет 40 мм с внутренней стороны и 60 мм с наружной стороны панели, а толщина слоя теплоизоляции составляет 160 мм.
в
н
Измеряют температуры t, t внутренней и наружной поверхностей конструкции, соответственно, с помощью аппаратуры по ГОСТ 26256-84. После обработки результатов измерений получают:
в
н
t=+18,2°С, t=-12,5°С.
2
Измеряют плотность теплового потока Q по методике ГОСТ 26256-84. После обработки результатов измерений получают: Q=9,6 Вт/м.
к
Вычисляют значение общего сопротивления теплопередаче R конструкции по формуле:
к
в
н
R=(t-t)/Q.
к
2.0
В результате получают R=30,7/9,6=3,2 мС/Вт.
в
н
в
н
Измеряют фактические значения теплопроводности λ и λ внутреннего и наружного поверхностных слоев конструкции, соответственно, с помощью экспресс-измерителя типа ИВТП-12-2 по ГОСТ 8.621-2006. После статистической обработки результатов измерений получают, соответственно: λ=0,65 Вт/м°С и λ=0,75 Вт/м°С.
в
н
Вычисляют значения сопротивлений теплопередаче R, R внутреннего и наружного поверхностных слоев конструкции, соответственно, по формулам:
в
в
в
н
н
н
R=δ/λ; R=δ/λ.
в
н
2
2.0
В результате получают: R=0,04/0,65=0,06 м·С/Вт; R=0,06/0,75=0,08 мС/Вт.
Вычисляют значение сопротивления теплопередаче слоя теплоизоляции по формуле:
т
к
в
н
в
н
R=R-1/α-1/α-R-R.
т
в
н
2.0
В результате получают: R=3,2-0,11-0,04-0,06-0,08=2,91 мС/Вт (табличные значения α=8,7 и α=23 взяты из СНиП 23-02-2003).
Вычисляют фактическое значение теплопроводности слоя теплоизоляции по формуле:
т
т
т
λ=δ/R.
т
В результате получают: λ=0,16/2,91=0,055 Вт/м°С.
Вычисляют влажность минеральной ваты по формуле:
т
т
0
w
W=(λ-λ)/Δλ.
т
0
w
2
В результате получают: W=(0,055-0,046)/0,005=1,8% (значение λ=0,046 для минеральной ваты по ГОСТ 9573-96 плотностью 75 кг/м взято из таблицы Д1 приложения Д свода правил СП 23-101-2004, а значение Δλ=0,005 получено расчетным путем по той же таблице).
Таким образом, количественно определены теплозащитные свойства (сопротивление теплопередаче, теплопроводность и влажность) материала внутреннего теплоизоляционного слоя (минеральной ваты) обследуемой многослойной конструкции без нарушения ее целостности.