Оценка теплозащитных свойств ограждающих конструкций


1. Основные положения теплового контроля ограждающих конструкций

Главной эксплуатационной характеристикой здания, которую необходимо оценить в ходе обследования, являются удельные энергозатраты на 1 м2 отапливаемой площади за один отопительный период в годовом цикле, выраженные в кВт*ч/(м2*год). Для решения этой задачи на первом этапе проводят тепловизионное обследование конструкции и выявляют термически однородные зоны. На втором этапе необходимо провести количественную оценку сопротивления теплопередаче этих локальных однородных зон. Сопротивление теплопередаче R0 каждого локального участка ограждающих конструкций состоит из трёх слагаемых (компонент) и вычисляется по формулам:

Сопротивление теплопередаче Тепловой поток

где Rв и Rн – сопротивления теплопередаче соответственно внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции;

Rк – термическое сопротивление однородной зоны ограждающей конструкции;

tв и tн – средние за расчётный период измерений значения температур соответственно внутреннего и наружного воздуха;

τв и τн – средние за расчётный период измерений значения температур соответственно внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции;

qф – средняя за расчётный период измерения фактическая плотность теплового потока.

Наибольший вклад в сопротивление теплопередаче вносит термическое сопротивление Rк однородной зоны ограждающей конструкции (участок 2 на рисунке). Эта компонента является величиной стабильной и поддающейся достаточно точной оценке.

Величина сопротивления теплопередаче внутренней поверхности ограждающей конструкции Rв вносит меньший по сравнению с Rк вклад в суммарное сопротивление теплопередаче (участок 1 на рисунке). Для его оценки существует два варианта: а) экспериментальная оценка значения при фиксированных погодных условиях с последующим пересчётом на требуемые погодные условия в соответствии с Приложением 7 ГОСТ 26254-84; б) оценка на основании усредненных данных таблицы 7 СНиП 23-02.

Наименьший вклад в суммарное значение сопротивления теплопередаче вносит сопротивления теплопередаче наружной поверхности ограждающей конструкции Rн (участок 3 на рисунке). Его величина очень сильно зависит от внешних погодных условий (температуры и влажности окружающего воздуха, силы ветра и т.д.) и получить экспериментальную оценку Rн для годового цикла эксплуатации конструкции достаточно проблематично. Поэтому, как правило, за сопротивление теплопередаче наружной поверхности принимают значение, полученное из усреднённых табличных коэффициентов теплоотдачи (величина, обратная сопротивлению теплопередаче), приведённые в таблице 8 СП 23-101.

Экспериментальное определение описанных выше величин производят следующим образом. Для измерения термического сопротивления Rк исследуемой зоны ограждающей конструкции в одной точке необходимо два датчика температуры поверхности (их размещают по одному с наружной и внутренней стороны конструкции в заданной точке измерения) и датчик плотности теплового потока (размещают с внутренней стороны ограждающей конструкции). Расчёты производят в соответствии с формулой:

Термическое сопротивление

где обозначения соответствуют формулам (1).

Для экспериментальной оценки сопротивлений теплопередаче внутренней (Rв) и наружной (Rн) поверхностей ограждающей конструкции необходимо ещё два датчика температуры среды (внутреннего и наружного воздуха), в соответствии с:

Сопротивление теплопередаче наружной и внутренней поверхностей

где обозначения также соответствуют формулам (1).

Особое внимание следует обратить на длительность процессов измерений. Часто заказчики первый раз сталкивающиеся с практической оценкой теплозащитных свойств ограждающих конструкций и, узнав, что стандартная процедура измерений составляет 15 дней при благоприятных погодных условиях, заявляют, что не могут столько ждать, они выезжают в командировку всего на 1 день и на сами измерения у них есть всего несколько часов. Но длительность процесса измерений зависит в первую очередь не от используемой аппаратуры, а от физики протекающих процессов: необходимо учитывать стабильность температуры наружного воздуха в период испытаний и в предшествующие дни и тепловую инерцию ограждающих конструкций.

Продолжительность измерений в натурных условиях, регламентированная ГОСТ 26254-85 (см. п.5.3), должна составлять не менее 15 суток. При измерениях важно убедиться, что испытуемая конструкция достигла стационарного или близкого к нему теплового режима, только тогда рассчитанные по результатам измерений значения термического сопротивления будут соответствовать реальности, иначе легко получить ошибку и 50, и 100%.

Перед практическим проведением измерений необходимо внимательно изучить ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций» и ГОСТ 26602.1 «Блоки оконные и дверные. Методы определения сопротивления теплопередаче» – в данных нормативных документах в сжатом виде собрано большое количество рекомендаций по выбору участков конструкций для проведения испытаний, расположению датчиков на объекте измерений, непосредственно проведению измерений и последующей обработки результатов.

2. Рекомендуемая аппаратура

Для решения задач экспериментальной оценки термического сопротивления Rк и сопротивлений теплопередаче внутренней Rв и наружной Rн поверхностей ограждающих конструкций нашим предприятием разработан прибор «Теплограф». Прибор состоит из регистрирующего блока и модулей, собирающих информацию с датчиков; регистрирующий блок одновременно может обслуживать от одного до четырёх модулей. На данный момент возможна поставка трёх различных типов модулей: Модуль-01, Модуль-02 и Модуль-07 (одно-, двух- и семиканальных), в зависимости от максимального количества одновременно измеряемых точек термического сопротивления Rк или сопротивления теплопередаче Rо, если необходимо большее количество точек измерений, то возможно наращивание системы подключением нескольких модулей к регистратору одновременно. Одна точка измерения термического сопротивления включает в себя два датчика температуры поверхности (для регистрации температуры снаружи и внутри зоны измерений) и датчик плотности теплового потока (для регистрации теплового потока, проходящего через зону измерений). Кроме того, каждый из модулей может комплектоваться датчиками температуры среды (или датчиками температуры и влажности среды) для регистрации наружной и внутренних температур воздуха (или температур и влажностей соответственно), одноканальный модуль может иметь в своём составе до 2-х таких датчиков, двух- и семиканальные – до 4-х.

Преимуществами прибора «Теплограф» по сравнению с другими приборами, имеющимися на рынке, являются:

  • чёткая ориентация под конкретный класс задач – функциональное назначение каждого датчика строго определено: температура поверхности, температура среды (или температура и влажность среды), плотность теплового потока;
  • гибкая модульная структура, позволяющая в зависимости от сложности решаемых задач выбрать типы и количество подключаемых модулей и, таким образом, заказать оптимальный по стоимости прибор;
  • возможность наряду с температурами и тепловыми потоками фиксировать влажность окружающей среды.

Прибор хорошо зарекомендовал себя на практике: при испытаниях стеновых, оконных и пр. ограждающих конструкций в натурных условиях и климатических камерах, кроме того, его часто используют для проведения всевозможных исследовательских работ и при контроле теплозащиты промышленного оборудования.