Приведенный коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции – средневзвешенный коэффициент теплопередачи теплотехнически неоднородной ограждающей конструкции.

Приведенный коэффициент теплопередачи через наружные ограждающие конструкции здания - величина, численно равная среднему кондуктивному тепловому потоку, приходящемуся на единицу площади совокупности наружных ограждающих конструкций здания при разности внутренней и наружной температур воздуха в один градус Цельсия.

Условный коэффициент теплопередачи здания, учитывающий теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции – условный коэффициент теплопередачи (воздух-воздух) за счет переноса теплоты воздухом, фильтрующим через оболочку здания.

Общий коэффициент теплопередачи здания – величина, равная сумме приведенного и условного коэффициентов теплопередачи здания.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции – величина, обратная приведенному коэффициенту теплопередачи ограждающей конструкции.

Коэффициент теплоусвоения поверхности конструкций – отношение величины амплитуды гармонических колебаний плотности теплового потока, вызванного неравномерностью отдачи теплоты системой отопления, к величине амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности наружного ограждения.

Тепловая инерция ограждающей конструкции – величина, численно равная сумме произведений термических сопротивлений отдельных слоев ограждающей конструкции на коэффициенту теплоусвоения материала этих слоев.

1. Тепловые потери в зданиях

Для определения теплопотери отдельными помещениями и зданием в целом необходимо иметь следующие исходные данные: планы этажей и характерные разрезы по зданию со всеми строительными размерами; выкопировку из генерального плана с обозначением стран света и розы ветров; назначение каждого помещения; место постройки здания (название населенного пункта); конструкции всех наружных ограждений, обоснованные теплотехническим расчетом.

Все отапливаемые помещения здания на планах следует обозначать порядковыми номерами (начиная с №01 и далее — помещения подвала; с № 101 и далее — помещения первого этажа; с № 201 и далее — второго этажа и т. д.). Помещения нумеруют слева направо, причем лестничные клетки обозначают отдельно буквами или римскими цифрами и независимо от этажности здания рассматривают как одно помещение.

Потери теплоты помещениями через ограждающие конструкции, учитываемые при проектировании систем отопления, разделяются условно на основные и добавочные.

Трансмиссионные теплопотери

Плохая заделка окон, подоконной доски, стен, перекрытий может привести к повышенной теплопотере и скоплению конденсата на окнах. В панельных домах основной источник теплопотери - это плохо заделанные стыки панелей. Такой недостаток часто наблюдается в случае, если здание построено из объемных блоков. Процентное соотношение тепловых потерь через ограждающие конструкции в зданиях представлено на рисунке.

Рис. 1. Схема распределения тепловых потерь

через ограждающие конструкции

Энергопотребление здания на 1 кв.м. в настоящее время составляет 1,018 млн. кВт/час, и по новому СНиПу – 1,750 млн. кВт/час с учетом повышения теплоизоляции на 15%.

Новая версия СНиП предполагает снижение толщины стен на 37% по сравнению с действующими нормами. Соответственно, дома, построенные и реконструируемые по проектам, выполненным по актуализированной редакции СНиП, будут требовать больше энергии.

Рис. 2. Объем установки навесных фасадных систем теплоизоляции (НФС) в России

На данный момент энергопотребление здания на 1 кв.м составляет 1,018 млн кВт/час. При принятии новых норм оно составит 1,750 млн кВт/час (учитывая 15%-е повышение требований к теплоизоляции зданий в соответствии с постановлением Правительства РФ).

Стоимость материалов для утепления фасадов по технологии НФС (навесные фасадные системы) составляет от 1500 руб. за кв.м. с облицовкой керамогранитом и от 2500 руб. за кв.м с облицовкой алюмокомповитными панелями.

Рис. 3. Объем утепления фасадов СФТК в России

(системы фасадные теплоизоляционные композиционные с наружными штукатурными слоями)

Традиционные строительные материалы (железобетон, кирпич, дерево) не способны в однослойной ограждающей конструкции обеспечить требуемое значение термического сопротивления. Оно может быть достигнуто лишь в многослойной ограждающей конструкции, где в качестве утеплителя применяется эффективный теплоизоляционный материал.

В соответствии с современными строительными нормами требуемое сопротивление теплопередачи увеличилось в 3 – 3,5 раза по сравнению со старыми нормами. Рост цен на тепловую энергию и коммунальные услуги также выдвигает на передний план жизненно важную потребность в повышении теплозащиты зданий для снижения затрат на отопление в процессе эксплуатации.

По зарубежной статистике, отопление жилых помещений составляет 30% конечного объема потребляемой энергии и является областью наибольших энергозатрат. Однако, вместе с этим, в этой области потенциал энергоэкономии составляет свыше 50% (дома старой и новой постройки) и связан с незначительным капиталовложением.

Одним из основных источников тепловых потерь в здании являются окна. Удельный тепловой поток через двухслойное остекление примерно в 5 раз превышает тепловой поток, проходящий через стены. Но, учитывая, что площадь остекления в обычном доме составляет 15 – 20% от площади стен, можно считать, что тепловые потери через стены превышают потери через оконные проемы. В общем объеме суммарных тепловых потерь всего здания потери тепла через стены – максимальны.

Энергетическая эффективность от утепления фасадов достигается при условии выполнения одновременно работ по замене оконных и балконных блоков, остеклению балконов и лоджий.

При отсутствии теплоизоляции здания, точка росы внутри ограждающей конструкции - стены промерзают. Потери тепла составляют до 80% (рис. 4, а).

При применении внутренней теплоизоляции ограждающая конструкция не может аккумулировать тепло, помещение быстро нагревается и быстро охлаждается. Между внутренней стеной и теплоизолирующем слоем возникает зона конденсации пара. На внутренней стене появляется грибок и плесень. Возможность промерзания стен остается. Потери тепла частично уменьшаются (рис. 4, б).

При применении наружной теплоизоляции точка росы переходит в теплоизолирующий слой, ограждающая конструкция накапливает тепло и температурные колебания в ней минимальны. Потери тепла приблизительно равны 0 (рис. 4, в).

а) б) в)

Рис. 4. Схема здания: а) без теплоизоляции; б) с внутренней теплоизоляцией стен;

в) с наружной теплоизоляцией стен

Одним из способов снижения энергозатрат является применение навесной фасадной системы.

Энергозатраты жилого дома с установленной системой навесного вентилируемого фасада на 30% ниже и составляет 30-70 кВтч/(м²), что соответствует 3-7 л жидкого топлива в год на каждый м². Такое жилье по праву может называться энергоэкономичным.

Для того чтобы устранить теплопотери, рекомендуется на стадии проектирования производить подробные технические расчеты и расчет температурных полей всех узлов сопряжений здания. Для этого используют данные теплограмм (рис. 5). При наличии указанных расчетов, возможно, предсказать слабые места и провести теплотехническую оптимизацию уже на стадии проектирования.

Рис. 5. Температура наружной поверхности исследуемых участков

определяется по полученным теплограммам

2. Тепловизионный контроль ограждающих конструкций

2.1. Термография. Применение тепловизоров Инфракрасная термография

Инфракрасная термография, тепловое изображение или тепловое видео — это научный способ получения термограммы — изображения в инфракрасных лучах, показывающего картину распределения температурных полей. Инфракрасное излучение является низкоэнергетическим и для глаза человека невидимо, поэтому для его изучения созданы специальные приборы - тепловизоры (термографы), позволяющие улавливать это излучение, измерять его и превращать его в видимую для глаза картину. Тепловизоры относятся к оптико-электронным приборам пассивного типа. В них невидимое глазом человека излучение переходит в электрический сигнал, который подвергается усилению и автоматической обработке, а затем преобразуется в видимое изображение теплового поля объекта для его визуальной и количественной оценки.

Современные тепловизоры обнаруживают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (примерно 0,9-14 мкм) и на основе этого излучения создают изображения, позволяющие определить перегретые или переохлаждённые места.

Все объекты с температурой выше абсолютного нуля испускают инфракрасное излучение. Интенсивность теплового излучения тела меняется с изменением его температуры, поэтому термография позволяет фиксировать все нюансы распределения температуры по поверхности тела.

Создание термограмм на основе тепловых изображений нашло широкое применение в различных областях науки, производства и быта. Например, пожарные используют их для обнаружения в условиях задымления людей и установления очагов возгорания. С помощью тепловых изображений в технике, обслуживающей линии электропередач обнаруживают перегрев в местах соединений и части, находящиеся в аварийном состоянии, требующие устранения потенциальной опасности. Когда нарушена теплоизоляция, строители могут видеть утечку тепла и предотвратить неисправности при охлаждении или обогреве системами кондиционирования воздуха.

Отличие инфракрасной съёмки от термографии

Инфракрасное (ИК) излучение является электромагнитным излучением с длиной волны от 0,7 до 300 микрон, что соответствует частоте примерно от 1 до 430 ТГц. Длина волны ИК-излучения больше (а частоты ниже), чем у видимого света.

Суммарная мощность излучения яркого солнечного света - около 1 киловатта на квадратный метр земной поверхности. Из этого количества 527 ватт приходится на ИК-излучение, 445 ватт – на видимый свет, и 32 ватта – на ультрафиолетовое излучение.

Термографические камеры (тепловизоры) чувствительны к излучению в ИК диапазоне электромагнитного спектра (0.9-14 мкм) и создают изображения этого излучения, называемые термограммами. Чувствительность современных тепловизоров позволяет регистрировать разницу температур даже на сотые доли градуса, типовое разрешение современных тепловизоров — 50 mK.

Инфракрасная съёмка излучения соответствует температуре между 250 °C и 500 °C, в то время как диапазон термографии примерно от −50 °C до более, чем 2000 °C. Так, для получения изображения при инфракрасной съёмке, температура объекта должна быть свыше 250 °C или объект должен отражать инфракрасное излучение, исходящее от горячего тела.

Пассивная и активная термография

В пассивной термографии особый интерес представляет повышение или понижение температурного уровня по сравнению с температурой окружающей среды. Пассивный метод термоконтроля (ПМТ) не нуждается во внешнем источнике теплового воздействия. Тепловой контроль с использованием пассивного метода является наиболее распространенным методом контроля и широко применяется практически во всех отраслях современной промышленности. Основное преимущество метода — контроль объектов без вывода из эксплуатации и отсутствие необходимости дополнительных манипуляций связанных с нагревом объекта. Типичные объекты пассивного теплового контроля это строительные конструкции, работающие электроприборы, контакты под напряжением и другие промышленные объекты. Приборы теплового неразрушающего контроля, наиболее часто применяемые при пассивном методе это тепловизоры, пирометры, инфракрасные термометры, измерители тепловых потоков и логгеры данных.

В активной термографии источник энергии должен создавать температурный контраст между интересующим объектом и фоном.

Активный метод теплового контроля применяется, когда во время эксплуатации объект самостоятельно не выделяет тепловое излучение достаточное для проведения ТК. При активном методе теплового контроля, объект нагревается различными внешними источниками. Типичные объекты контролируемые данным методом это многослойные композитные материалы, объекты искусства и другие объекты требующие внешней тепловой нагрузки.

Активный подход необходим во многих случаях, когда исследуемые части находятся в температурном равновесии с окружающей средой.

Значение термографии в строительстве

В настоящее время результаты тепловизионного обследования представляют собой едва ли не самый достоверный источник информации о состоянии строительного объекта. Термографический анализ зарекомендовал себя как надежный способ обнаружения доказательств производственного брака или некачественного проектирования. Термограмма позволяет обнаружить потенциально слабые участки в, казалось бы, надежных стенах, полах и потолках. Тепловизионное обследование помогает не только увидеть проблему, но и установить ее причину, тем самым, указывая на способ решения.

Так, например, благодаря способности металлических конструкций удерживать тепло, тепловизионное обследование позволяет легко обнаружить местонахождение опорных балок, труб, электрических кабелей, дымоходов и определить их состояние.

Наиболее распространенным дефектом в строительстве, является нарушение термоизоляции монтажных швов. Подобные недостатки становятся причиной промерзания стен, а это негативно отражается на уровне комфорта проживания. Но самое неприятное, что такие дефекты тяжело обнаружить визуально. И только с использованием тепловизионного обследования становится ясно, как и где тепло уходит из здания. Поэтому, проведение диагностических работ позволяет своевременно устранить такие неприятные моменты.

Тепловизионный метод – идеальный способ диагностики нарушений теплоизоляции. Подобный принцип обнаружения скрытых недостатков применяется и для других ограждающих конструкций: цокольных этажей, подвалов, кровли и окон.

Среди изъянов в ограждающих конструкциях, увеличивающих теплопотери, основными являются проблемы с окнами.

Их можно подразделить на 2 вида: дефекты стеклопакета и нарушения технологии, допущенные при установке.

Оба вида нарушений диагностируются при помощи термографических камер (рис 6). Термограмма отлично иллюстрирует места утечек тепла в области окон и остекленных участков зданий, возникающих по причине некачественного монтажа или производственных дефектов. Утечки тепла через вентиляционные системы также могу быть локализованы при помощи тепловизионного метода.