Комплексный тепловой контроль зданий строительных сооружений

Ответить

admin

Admin
Регистрация
16.04.2012
Сообщения
5,983
Реакции
1,464
Адрес
Омск
Комплексный тепловой контроль зданий строительных сооружений
Об авторах
1.jpg

Будадин Олег Николаевич
Директор технологического института энергетических обследований, диагностики и НК «ВЕМО» (Москва), д. т. н., академик Российской академии космонавтики. Автор более 150 научных трудов, трех монографий, 45 авторских свидетельств и патентов.
2.jpg

Абрамова Елена Вячеславовна
С. н. с. «ВЕМО», к. т н. Научные интересы: голографическая интерферометрия, тепловой НК.
3.jpg

Троицкий-Марков Тимур Евгеньевич
Президент «ВЕМО». Член-корр. Российской академии космонавтики. Автор 24 научных трудов, 3 патентов.

Задачи обеспечения требований энергоэффективности зданий и строительных сооружений решаются благодаря:
- созданию энергоэффективных проектов строительства новых зданий и строительных сооружений и реконструкции эксплуатируемого фонда в соответствии с принятыми нормативными требованиями к их энергопотреблению;
- высокой культуре производства при использовании современных материалов и технологий;
- своевременной и обязательной диагностике реального состояния вновь возводимых, эксплуатирующихся и реконструируемых объектов.
Если два первых условия выполняются проектными и строительными фирмами, то последнее должно осуществляться независимыми экспертными организациями, обладающими соответствующими полномочиями, квалифицированными специалистами и аппаратурой.
В целях определения энергосберегающих характеристик и тепловых потерь объекты в различных отраслях промышленности (энергетике, металлургии, машиностроении) и жилищном хозяйстве могут с высокой эффективностью диагностироваться на основе анализа их температурных полей. Регистрация и анализ изменения температуры во времени и по поверхности позволяют выявлять наличие дефектов или повреждений в контролируемом объекте, признаки нештатных ситуаций при эксплуатации, а также определять реальные теплотехнические характеристики ограждающих конструкций.
Определяющими теплотехническими характеристиками качества строительства являются величина приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции здания, положение точки росы, глубина промерзания, промежуток времени, в течение которого возможно функционирование здания при аварийном отключении теплоснабжения и др.
В настоящее время эти характеристики рассчитываются на стадии проектирования объекта и, согласно, должны определяться и в реальных условиях эксплуатации.
Следует учитывать, что каждый из конструктивных элементов наружных ограждающих конструкций (НОК) зданий вносит свой вклад в его тепловой баланс, который необходимо учитывать при разработке проектов повышения энергоэффективности НОК. В качестве примера в табл. 1 представлены данные Госстроя России и Московского правительства по средним потерям тепла в домах массовых серий.
Табл. 1


Конструктивные элементы зданий, через которые происходят потери тепла, в т. ч. сверхнормативныеДоля потерь, %
Стены32,0 - 36,0
Окна24,0 - 29,0
Кровля24,0 (в т. ч. через потолок верхнего этажа - 1,0)
Воздухообмен9,0 - 37,0
Фундамент6,0 (в т. ч. через пол первого этажа - 2,0)
[/table:3gkbwg3d]

Расчетные результаты имеют слишком большую погрешность и не отражают фактические эксплуатационные характеристики строительной конструкции, так как не учитывают наиболее важный этап между ее проектированием и эксплуатацией - этап строительства. На этом этапе проектные характеристики могут быть существенно искажены как в лучшую, так и в худшую сторону, что подтверждается данными, приведенными в табл. 1. Многолетний опыт практической работы по тепловизионному обследованию зданий и строительных конструкций показывает, что сдаваемые в эксплуатацию строительные сооружения часто не соответствуют существующим нормам, например, по энергосбережению. Причина этого - отступления в процессе строительства от проектной документации, изменения в технологии, замена стройматериалов и др., что можно
определить только на стадии натурных обследований. В дальнейшей эксплуатации по этой причине может произойти ухудшение характеристик объекта.
Опыт работы авторов в рамках соответствующих постановлений и нормативных документов, предусматривающих, в частности, обязательное составление энергетического паспорта здания, показывает, что можно добиться эффективного сокращения теплопотребления на отопление зданий и улучшения качества строительства (рис. 1).
Особо следует отметить необходимость предварительной диагностики перед разработкой проекта ремонта, реконструкции, восстановления требуемых характеристик объекта для определения реального состояния его параметров. Например, перед разра-боткой проекта утепления фасадов эксплуатирующихся и восстанавливаемых зданий старого фонда, так называемой «санации», надо провести обязательное комплексное тепловизионное обследование НОК с целью определения их реального сопротивления теплопередаче и определения плоскости промерзания как в целом по зданию, так и отдель-ных его частей.
Рис. 2 иллюстрирует взаимосвязь качества конструкции (теплопотери через стены) и величины приведенного сопротивления теплопередаче согласно МГСН 2.01-99. Например, увеличение сопротивления теплопередаче стен до требуемых норм 2-го этапа энергосбережения - 3,16 м2 град/Вт по сравнению с распространенными в настоящее время характеристиками теплозащиты - 1 м2 град/Вт позволит снизить тепло- потери через стены на 70 %.

4.jpg
Рис. 1. Изменение доли ∆ объектов, не соответствующих нормам энергосбережения, после введения обследований тепловизионным методом с прогнозированием результатов:
1 - административные здания;
2 - жилые здания​
5.jpg
Рис. 2. Зависимость относительных теплопотерь хК от приведенного сопротивления теплопередаче Rпр для разных начальных значений сопротивления теплопередаче (К - коэффициент нормировки, равный 0,32; 0,29; 0,24; 0,09 и 0,08 для стен, окон, кровли, воздухообмена и фундамента соответственно)​

Для определения фактического состояния строительных объектов авторами разработана и внедрена в практику технология комплексного теплового обследования зданий и строительных сооружений в реальных условиях эксплуатации (в летний и зимний периоды) с определением их характеристик, включающая:
• комплексные тепловизионные обследования строительных конструкций (с определением приведенного сопротивления теплопередаче по стенам и окнам и выявлением дефектов по этому критерию);
• определение положения точки росы и координаты плоскости промерзания;
• определение времени охлаждения воздуха внутри здания при аварийных ситуациях;
• выявление дефектов строительных конструкций;
• рекомендуемую технологию санации для ликвидации сверхнормативных теплопотерь в целом по стенам и окнам и в дефектных зонах.
Кроме того, разработаны и внедрены технологии тепловизионного обследования качества электросилового оборудования строительных сооружений.
Порядок определения Rпр на реальных зданиях регламентирован стандартами, строительными нормами и правилами. Однако изложенные в них процедуры основаны на прямых измерениях температур и плотностей тепловых потоков и применимы лишь в ограниченные периоды времени (при стационарной низкой температуре наружного воз-духа). На практике такое наблюдается крайне редко, поэтому данные технологии не могут быть использованы для обследований зданий при массовом строительстве.
Авторами разработаны технология и комплекс программно-аппаратных средств для определения Rпр наружных ограждающих конструкций строительных сооружений в реальных условиях эксплуатации как в осенне-зимний (отопительный), так и в летний периоды. Затем эта технология, в основе которой лежит решение обратной задачи теплового НК в многослойной пространственной области с подобластями, имитирующими дефекты, в условиях нестационарного процесса теплопередачи, была усовершенствована с учетом опыта более 250 натурных обследований зданий.
Полученное реальное значение Rпр с определенными экспериментально на исследуемом объекте начальными и граничными условиями лежит в основе технологии определения точки росы, положения плоскости промерзания и определения теплового состояния строительной конструкции при аварийном отключении теплоснабжения (с опреде-лением максимально допустимого интервала времени отключения).
Анализ движения фронта промерзания (или оттаивания) влаги, содержащейся в НОК, и координаты точки росы также имеет большое практическое значение, так как непосредственно связан с вопросами долговечности и надежности НОК, формирования их реального тепловлажностного режима и сопротивления теплопередаче. Последний фактор определяет эффективность энергосбережения здания. При этом в зоне перемещения фронта промерзания вследствие знакопеременных климатических нагрузок создаются крайне неблагоприятные условия эксплуатации - чередование замерзания и оттаивания постепенно приводит к снижению прочности, разрушению теплоизоляции и, в конечном счете, к разрушению конструкции.
Анализ процесса промерзания рассматривается как задача, в которой изменение агрегатного состояния воды происходит при определенной температуре Тк. То есть имеется четкая изотермическая граница, отделяющая область затвердевшего льда и жидкости. В этом случае решается система двух уравнений нестационарной теплопроводности, и по-мимо граничных условий на поверхности тела дополнительно задаются условия теплового баланса и равенства температур на границе затвердевания (задача Стефана о перемещении границы раздела фаз). В качестве примера, иллюстрирующего разработанный метод, на рис. 3 приведен график движения фронта промерзания для двух видов стен: из кирпича и пенополистирола. Температура на внешней поверхности стены принимается равной - 20° С, а на внутренней поверхности — + 20° С, температура за-мерзания влаги 0° С. За 24 час глубина промерзания кирпича достигает 180 мм, а пенополистирола - 130 мм.

6.jpg
Рис. 3. Движение границы промерзания по толщине С однородной стены из кирпича и пенополистирола с учетом скачкообразного изменения теплоемкости на границе​

Одной из крайне важных характеристик жилых зданий является интервал времени, в течение которого жилой дом может находиться без отопления (плановый эксплуатационный интервал времени, ∆t, например, при аварийном отключении системы теплоснабжения.
В течение этого времени необходимо успеть провести ремонтные работы или провести дренирование систем теплопотребления.
Для определения ∆t используется математическая модель, описывающая процесс нестационарной теплопередачи в наружных ограждающих и внутренних конструкциях, цокольном этаже и чердачном помещении жилого дома с учетом граничных и начальных условий и внутренних источников энергии. Тепловое состояние дома при возможной аварии в зимний период определяется расчетно-экспериментальным методом, который включает в себя совместное решение системы n дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности в частных производных и связывающей их системы (n - 1) обыкновенных дифференциальных уравнений теплового баланса с учетом соответствующих граничных и начальных условий. Например, первая система описывает процесс распределения температуры во времени в наружных стенах дома, а вторая - изменения температуры во времени в цокольной части дома и в других «критических» помещениях. Размерность системы (количество дифференциальных уравнений) определяется сложностью обследуемой строительной конструкции и требуемой точностью получения результатов.

Проведение экспериментальных (контактных и бесконтактных, в т. ч. тепловизионных) обследований с последующим анализом полученных данных по разработанным методикам позволяет определить основные теплотехнические характеристики НОК. На рис. 4 приведена структурная схема комплексного обследования зданий и строительных конструкций. Оно включает три основных этапа:
• регистрация первичной информации с контролируемого объекта в реальных условиях эксплуатации;
• определение теплотехнических характеристик обследуемого объекта;
• подготовка отчетных материалов и заключений с оформлением вкладыша к энергетическому паспорту здания.

7.jpg
Рис. 4. Структурная схема комплексного тепловизионного контроля зданий и строительных конструкций (в летний и зимний периоды)​

На рис. 5, 6 приведены примеры комплексного теплового контроля строительных сооружений. Все методики теплового контроля утверждены соответствующими министерствами и ведомствами и аттестованы Госстандартом РФ. Достоверность и надежность эксплуатации методик подтверждена 4-х летним опытом работы при обследовании более 250 строительных объектов.

8.jpg
Рис. 5. Тепловой контроль газоходов: 1 - внутренняя трещина; 2 - присос воздуха через трещину в кирпичной кладке (разрушение теплоизоляции внутри газохода)​
9.jpg
Рис. 6. Санация старого жилого фонда:
а - до реконструкции, Rпр = 1,0 м2 град/Вт; б - после реконструкции, Rпр = 3,0 м2 град/Вт​
 

admin

Admin
Регистрация
16.04.2012
Сообщения
5,983
Реакции
1,464
Адрес
Омск
Re: Комплексный тепловой контроль зданий строительных сооруж

Будадин О. Н., Абрамова Е. В., Троицкий-Марков Т. Е. Комплексный тепловой контроль зданий и строительных сооружений. − В мире НК. − Март 2004 г. − № 1 (23). Статья любезно предоставлена редакцией журнала «Мир НК» (http://www.ndtworld.com).
 

Prime54

Свой
Регистрация
27.06.2012
Сообщения
32
Реакции
3
Возраст
46
Адрес
г.Новосибирск
Re: Комплексный тепловой контроль зданий строительных сооруж

полезная информация. спасибо. как раз сейчас начинаем в теме энергоаудита двигаться
 
Регистрация
07.09.2012
Сообщения
11
Реакции
3
Возраст
74
Адрес
Санкт-Петербург
Будадин О. Н., Абрамова Е. В., Троицкий-Марков Т. Е. Комплексный тепловой контроль зданий и строительных сооружений. − В мире НК. − Март 2004 г. − № 1 (23)
Опять статья без рисунков + какая-то лажа вместо табл. 1. Прикрепите сюда PDF статьи.
 
Сверху