Термовизионна проверка, термоконтрол
Комплексно термовизионно обследване, термоконтрол на сгради и строителни конструкции
Задачите за осигуряване на изискванията за енергийна ефективност на сградите и строителните конструкции се решават благодарение на:
- създаване на енергийно ефективни проекти за изграждане на нови сгради и строителни конструкции и реконструкция на експлоатационния фонд в съответствие с приетите нормативни изисквания за тяхното енергопотребление;
- висока култура на производство с използване на съвременни материали и технологии;
- навременна и задължителна диагностика (термоконтрол) на реалното състояние на новопостроени, експлоатирани и реконструирани съоръжения.
Ако първите две условия са изпълнени от проектантските и строителните фирми, то последните трябва да се извършват от независими експертни организации с подходящи правомощия, квалифицирани специалисти и оборудване.
За да се определят енергоспестяващите характеристики и топлинните загуби, обекти в различни индустрии (енергетика, металургия, машиностроене) и жилища могат да бъдат диагностицирани с висока ефективност въз основа на анализа на температурните им полета (термичен контрол). Регистрирането и анализът на температурните промени във времето и върху повърхността позволяват да се открие наличието на дефекти или повреди в контролирания обект, признаци на аварийни ситуации по време на работа, както и да се определят действителните топлинни характеристики на ограждащите конструкции.
Определящите топлотехнически характеристики на качеството на строителството са стойността на намаленото съпротивление на топлопредаване на обвивката на сградата, положението на точката на оросяване, дълбочината на замръзване, периодът от време, през който сградата може да функционира приаварийно спиране на топлоснабдяването и др.
Понастоящем тези характеристики се изчисляват на етапа на проектиране на обект и, съгласно [1–9], трябва да се определят и в реални работни условия.
Трябва да се има предвид, че всеки от структурните елементи на външните ограждащи конструкции на сградите допринася за неговия топлинен баланс, което трябва да се вземе предвид при разработването на проекти за подобряване на енергийната ефективност на външните ограждащи конструкции. Като пример, в табл. 1 са представени данните на Госстрой на България и правителството на Москва за средните топлинни загуби в къщи от масови серии.
Резултатите от изчисленията са с твърде голяма грешка и не отразяват реалните показатели на строителната конструкция, тъй като не отчитат най-важния етап между нейното проектиране и експлоатация - етапът на строителство. На този етап проектните характеристики могат да бъдат значително изкривени както към по-добро, така и към по-лошо, което се потвърждава от данните, дадени в табл. 1. Дългогодишният практически опит в термовизионното обследване на сгради и строителни конструкции показва, че строителните конструкции, пуснати в експлоатация, често не отговарят на съществуващите стандарти, например енергоспестяване. Причината за това са отклонения от проектната документация по време на строителния процес, промени в технологията, подмяна на строителни материали и др., които могат да бъдат установени само на етап теренни проучвания. При по-нататъшна експлоатация поради тази причина характеристиките на обекта могат да се влошат.
Особено внимание заслужава необходимостта от предварителна диагностика преди разработване на проект за ремонт, реконструкция, възстановяване на необходимите характеристики на даден обект с цел установяване на реалното състояние на неговите параметри. Например предиразработването на проект за изолация на фасади на експлоатирани и реставрирани сгради от стария фонд, така наречената "рехабилитация", е необходимо да се извърши задължително цялостно термовизионно изследване на външни ограждащи конструкции, за да се определи тяхната реална устойчивост на топлопредаване и да се определи равнината на замръзване както в сградата като цяло, така и в отделните й части.
Ориз. 2 илюстрира връзката между качеството на конструкцията (топлинни загуби през стените) и стойността на намаленото съпротивление на топлопредаване съгласно MGSN 2.01-99. Например, увеличаването на устойчивостта на топлопредаване на стените до изискваните стандарти на 2-ри етап на енергоспестяване - 3,16 m 2 deg / W в сравнение с обичайните в момента характеристики на топлозащита - 1 m 2 deg / W ще намали загубата на топлина през стените със 70%.
За определяне на действителното състояние на строителните обекти е разработена и въведена в практиката технология за интегриран термичен контрол на сгради и строителни конструкции в реални условия на експлоатация (през летен и зимен период) с определяне на техните характеристики, включително:
- комплексни термовизионни инспекции на строителни конструкции (с определяне на намалената устойчивост на топлопреминаване по стени и прозорци и идентифициране на дефекти по този критерий);
- определяне на позицията на точката на оросяване и координатите на равнината на замръзване;
- определяне на времето за охлаждане на въздуха в сградата при аварийни ситуации;
- откриване на дефекти в строителни конструкции;
- препоръчителна технология за рехабилитация за елиминиране на излишните топлинни загуби като цяло през стени и прозорци и в дефектни зони.
Освен това са разработени и внедрени технологии за термовизионен контрол на качеството на електроенергийното оборудване на строителни конструкции.
Процедурата за определяне на Rpr върху реални сгради се регулира от стандарти, строителни норми и наредби [1, 2, 5]. Описаните в тях процедури обаче се основават на директни измервания на температури и плътности на топлинния поток и са приложими само за ограничени периоди от време (при стационарна ниска външна температура). На практика това е изключително рядко, така че тези технологии не могат да се използват за проучване на сгради по време на масово строителство.
Разработена е технология и комплекс от софтуерни и хардуерни средства за определяне на Rpr на външните ограждащи конструкции на строителни конструкции в реални условия на експлоатация както през есенно-зимния (отопление), така и през летния период [10,11]. След това тази технология, която се основава на решението на обратната задача за термичен контрол в многослойна пространствена област с поддомейни, симулиращи дефекти, при условия на нестационарен процес на топлопредаване [12–14], беше подобрена въз основа на опита от повече от 250 теренни проучвания на сгради.
Получената реална стойност на Rпр с начални и гранични условия, определени експериментално върху обекта на изследване, е в основата на технологията за определяне на точката на оросяване, положението на равнината на замръзване и определяне на топлинното състояние на строителната конструкция при аварийно спиранетоплоснабдяване (с определянето на максимално допустимия интервал от време на изключване).
Анализът на движението на фронта на замръзване (или размразяване) на влагата, съдържаща се във външните ограждащи конструкции, и координатите на точката на оросяване също е от голямо практическо значение, тъй като е пряко свързан с въпросите на издръжливостта и надеждността на външните ограждащи конструкции, формирането на техния реален режим на топлина и влага и устойчивост на топлопредаване. Последният фактор определя енергийната ефективност на сградата. В същото време в зоната на движение на фронта на замръзване се създават изключително неблагоприятни условия на работа поради променливи климатични натоварвания - редуването на замръзване и размразяване постепенно води до намаляване на якостта, разрушаване на топлоизолацията и в крайна сметка до разрушаване на конструкцията.
Анализът на процеса на замръзване се разглежда като задача, при която промяната в агрегатното състояние на водата настъпва при определена температура Tk. Това означава, че има ясна изотермична граница, разделяща зоната на втвърден лед и течност. В този случай се решава система от две уравнения на нестационарна топлопроводимост и в допълнение към граничните условия на повърхността на тялото допълнително се задават условията на топлинния баланс и равенството на температурите на границата на втвърдяване (проблемът на Стефан за преместване на фазовата граница). Като пример, илюстриращ разработения метод, Фиг. 3 показва графика на движението на фронта на замръзване за два вида стени: тухла и пенополистирол. Температурата на външната повърхност на стената се приема за - 20 ° C, а на вътрешната повърхност - + 20 ° C, точката на замръзване на влагата е 0 ° C. За 24час, дълбочината на замръзване на тухла достига 180 мм, а на пенополистирол - 130 мм.
Една от изключително важните характеристики на жилищните сгради е интервалът от време, през който една жилищна сграда може да остане без отопление (планиран интервал от време на работа, Δt), например по време на аварийно спиране на системата за топлоснабдяване.
През това време е необходимо да имате време за извършване на ремонтни дейности или източване на системите за потребление на топлина.
За определяне на Δt се използва математически модел, който описва процеса на нестационарно пренасяне на топлина във външните ограждащи и вътрешни конструкции, сутерена и тавана на жилищна сграда, като се вземат предвид граничните и началните условия и вътрешните източници на енергия. Топлинното състояние на къщата в случай на възможна авария през зимния период се определя чрез изчислителен и експериментален метод, който включва съвместно решение на системата от n диференциални уравнения на нестационарната топлопроводимост в частни производни и системата (n-1) от обикновени диференциални уравнения на топлинния баланс, свързващи ги, като се вземат предвид съответните гранични и начални условия. Например, първата система описва процеса на разпределение на температурата във времето във външните стени на къщата, а втората описва температурните промени във времето в сутерена на къщата и в други "критични" помещения. Размерността на системата (броят на диференциалните уравнения) се определя от сложността на изследваната строителна конструкция и необходимата точност на получаване на резултатите.
Провеждането на експериментални (контактни и безконтактни, включително термовизионни) изследвания с последващ анализ на данните, получени съгласно разработените методи, дава възможност да се определят основните топлинни характеристики на външната ограждаща конструкция. На фиг. 4 показва блокова схема на цялостно проучване на сгради и строителни конструкции. Тя включва три основни стъпки:
- регистриране на първична информация от контролиран обект в реални експлоатационни условия;
- определяне на топлинните характеристики на изследвания обект;
- изготвяне на отчетни материали и заключения с проект на листовка към енергийния паспорт на сградата.