способ оценки фактической величины приведенного

СПОСОБ ОЦЕНКИ ФАКТИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ ПРИВЕДЁННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ
НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ
Н.С ГУРЬЯНОВ, зам. директора ООО "САХАСТРОЙМЕХАНИЗАЦИЯ",
аспирант Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета
Наиболее важным среди энергосберегающих характеристик здания является показатель теплозащиты
наружных ограждающих конструкций, к которому относится приведённое сопротивление теплопередаче.
Способы его определения основаны на лабораторных испытаниях образцов материалов, либо фрагментов
строительных конструкций в климатических камерах, либо исследования проводятся непосредственно в
натурных условиях эксплуатации здания.
Лабораторные исследования являются весьма дорогостоящими и требуют длительного времени, к тому же
их результаты не характеризуют с достаточной достоверностью теплозащитные свойства реального
объекта. Натурные исследования наиболее полно отражают фактические теплотехнические характеристики
наружных ограждающих конструкций, поскольку проводятся в конкретных климатических условиях на
реально существующих объектах.
В качестве государственного стандарта, устанавливающего методы определения сопротивления
теплопередаче наружных ограждающих конструкций, в натурных (эксплуатационных) зимних условиях
используется ГОСТ 26254-84 "Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче
ограждающих конструкций".
Определение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций в натурных условиях эксплуатации
позволяет количественно оценить теплотехнические качества ограждающих конструкций зданий и
сооружений и проверить их соответствие нормативным требованиям, установленным согласно СНиП 11-379, определить реальные потери тепла через наружные ограждающие конструкции.
Методы определения сопротивления теплопередаче в натурных условиях эксплуатации зданий основаны на
создании в ограждающей конструкции условий стационарного теплообмена и измерении температуры
внутреннего и наружного воздуха, температуры поверхностей ограждающей конструкции, а также плотности
теплового потока, проходящего через неё, по которым вычисляют соответствующие искомые величины по
формулам (1-4).
Сопротивление теплопередаче R0 для термически однородной зоны ограждающей конструкции вычисляют
по формуле:
R0i = RBi + RKi + RHi = (tBi - τBi) / qфi + (τBi - τHi) / qфi - (τBi - tHi) / qфi, (1)
где:
RBi и RHi - соответственно сопротивления тепловосприятия и теплоотдаче внутренней и наружной
поверхностей ограждающей конструкции, (м 2 x °С)/Вт;
RKi - термическое сопротивление однородной зоны ограждающей конструкции, (м2 x °С)/Вт;
tBi и tHi - средние за расчётный период измерений значения температур, соответственно, внутреннего и
наружного воздуха, °С;
τBi и τHi - средние за расчетный период измерения значения температур, соответственно, внутренней и
наружной поверхностей ограждающей конструкции, °С;
qфi - средняя за расчётный период измерения фактическая плотность теплового потока, проходящего через
характерную зону, Вт/м2.
Практика проведения натурных исследований показала, что определить температуру наружной поверхности
ограждающей конструкции непосредственно в точках, соответствующих местам установки преобразователя
плотности теплового потока на внутренней поверхности ограждения, в большинстве случаев, невозможно.
Обусловлено это несколькими причинами:
- технически сложно измерить температуру наружной поверхности ограждения бесконтактным термометром
(пирометром) выше второго этажа здания;
- невозможно правильно установить на наружной поверхности ограждающей конструкции точку для замера
температуры, которая соответствует месту установки преобразователя плотности теплового потока на
внутренней поверхности ограждения;
- применение различных фасадных систем отделки зданий ("сайдинг", на весной вентилируемый фасад) не
только сглаживает температурные аномалии, возникающие на наружной поверхности ограждения, но и даёт
значительную погрешность в определении абсолютного значения температуры.
Учитывая эти особенности, ГОСТ 26254-84 рекомендует при невозможности определения температуры
наружной поверхности ограждения, для определения сопротивления теплопередаче R 0, использовать
формулу:
R0 = (tB - tH) / qсризм, (2)
где:
tB, tH- средняя температура, соответственно, внутреннего и наружного воздуха в период испытаний, °С;
qсризм - средняя измеренная плотность теплового потока, проходящего через ограждение, Вт/м 3.
Приведённое сопротивление теплопередаче R пр0 определяют для ограждающих конструкций, имеющих
неоднородные участки (стыки, теплопроводные включения и т. д.) и соответствующую им неравномерность
температуры поверхности, R"P0 вычисляют по формуле:
Rпр0 = F / [&sum(Fi / R0i)], (3)
где:
F - площадь испытываемой ограждающей конструкции, м 2;
&sum(Fi - площадь характерной изотермической зоны, м2;
R0i - сопротивление теплопередаче характерной зоны, (м2 x °С)/Вт, определяемое по формуле (1) или (2).
Допускается сопротивление теплопередаче характерных зон R 0i вычислять по формуле:
R0i = (tB - tH) / αB (tB - τB), (4)
где:
tB, tH, τB - тоже, что в формуле (1),
αB - коэффициент тепловосприятия у внутренней поверхности наружного ограждения, Вт/(м2 x °С).
Таким образом, ГОСТ 26254-84 регламентирует два способа вычисления приведённого сопротивления
теплопередаче наружного ограждения:
1. Контактный способ заключается в определении величины плотности теплового потока, проходящего
через наружное ограждение. В этом случае преобразователи тепловых потоков не менее чем два раза
располагаются в центре термически однородных зон фрагментов ограждающей конструкции, равномерной
по температуре поверхности и, соответственно, имеющей одинаковый цвет на термограмме. Далее,
согласно формулам, приведённым в ГОСТе, исходя из средней зафиксированной температуры наружного и
внутреннего воздуха и средней плотности теплового потока, проходящего через наружное ограждение,
вычисляется приведённое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции.
При расчёте величины приведённого сопротивления теплопередаче основная трудность заключается в
определении площади термически однородных зон фрагментов наружного ограждения, имеющих
одинаковый цвет на термограмме. Трудности возникают и при установке преобразователя теплового потока
на поверхности наружного ограждения, поскольку в большинстве случаев наиболее "холодная" цветовая
зона имеет небольшие размеры и весьма "размытые" границы. Какие-либо рекомендации, касающиеся
данных проблем, в ГОСТ 26254-84 и в другой методической литературе отсутствуют.
2. Бесконтактный способ основан на измерении температуры внутренней поверхности ограждающей
конструкции портативным компьютерным термографом. По рекомендации автора к программному
обеспечению "IRTIS" были добавлены дополнительные функции, позволяющие автоматически вычислять
приведённое сопротивление теплопередаче наружной ограждающей конструкции. При расчёте
используются уравнения (3} и (4), извлечённые из ГОСТ 26254-84. По уравнению (4), исходя из средних
зафиксированных температур наружного и внутреннего воздуха и установленного коэффициента
тепловосприятия у внутренней поверхности ограждающей конструкции, портативный термограф в каждой
точке термограммы определяет сопротивление теплопередаче наружного ограждения. Например,
чувствительность портативного термографа "IRTIS-200" такова, что температура поверхности фиксируется с
точностью до 0,05°С в 65536 точках на одном термоизображении (разрешение кадра 256x256).
В этом случае уравнение (3), принимает следующий вид:
Rпр0 = N / [1&sumN(1 / R0N)], (5)
где:
N - количество точек, из которых состоит термоизображение;
R0N - сопротивление теплопередаче, вычисленное по уравнению (4) в каждой точке термоизображения, (м2 x
°С)/Вт;
1 - размеры одной точки.
Выделяя на термоизображении одну точку, можно определить сопротивление теплопередаче характерной
цветовой зоны. В этом случае уравнение (5) принимает вид
Rпр0 = N / [1&sumN(1 / R0)] = R0, (6)
Например, на внутреннем термоизображении трёхслойной стеновой панели с утеплителем (см. рис. 1)
установлено сопротивление теплопередаче в одной точке цветовой зоны, имеющей красный цвет (точками
Т1-Т4 показана температура внутренней поверхности наружного ограждения).
Рис. 1. Распределение температурных полей по внутренней поверхности трёхслойной керамзитобетонной
стеновой панели с пенополистирольным утеплителем
С учётом уравнения (4) уравнение (5) примет следующий вид
Rпр0 = N / {αB / (tB - tH) x [(tB - &tauB(1)) + (tB - &tauB(2)) + ... + (tB - &tauB(N))]}, (7)
где:
N - разрешение кадра (количество точек на одном термоизображении);
tB, tH, αB -тоже, что в формуле (4);
&tauB(1), &tauB(2), &tauB(N) - температуры поверхности наружного ограждения (определяются портативным
термографом в каждой точке термоизображения), °С.
Методика
определения
приведённого
сопротивления
теплопередаче
наружного
ограждения
автоматизированным бесконтактным способом заключается в следующем (см. рис. 2):
Рис. 2. Последовательность и обработка результатов термографирования автоматизированным
бесконтактным способом
1. Обследуемые ограждающие конструкции разбиваются на участки (например, на рис. 2 их шесть), удобные
для термографирования, с тем, чтобы при последующей обработке можно было воспроизвести целостную
картину наружного ограждения.
2. Последовательная тепловизионная съемка каждого участка даёт изображение, показанное на рис. 2
пунктирной линией с N-ым количеством точек.
3. Выделив на термограмме участок с соответствующим количеством точек (например, на рис. 2, участок
показан зелёным цветом), вводятся исходные данные, необходимые для вычисления приведённого
сопротивления теплопередаче R0(1)ПР: температуры внутреннего и наружного воздуха и коэффициент
тепловосприятия у внутренней поверхности.
4. ЭВМ для каждого участка вычисляет приведённое сопротивление теплопередаче: R0(1)ПР, R0(1)ПР,..., R0(6)ПР
5. Приведённое сопротивление теплопередаче всего наружного ограждения определяется следующим
образом:
[R0(1)ПР + R0(2)ПР + ... + R0(N)ПР] / n, (8)
где:
n - количество участков, удобных для термографирования.
Например, на рис. 3 установлено приведённое сопротивление теплопередаче правой половины наружной
стены (расчётный участок выделен рамкой). При проведении натурных исследований фактических
теплотехнических характеристик наружного ограждения [школа-интернат, с. Иенгра, г, Нерюнгри, Республика
Саха (Якутия)], показанного на рис. 3, зафиксирована средняя температура внутреннего воздуха: 15,6°С,
наружного: - 23,3°С, коэффициент тепловосприятия у внутренней поверхности принят равным 8,7 Вт /(м 2 x
°С).
В заключение стоит заметить, что применение портативного термографа при проведении натурных
исследований даёт возможность не только устанавливать фактический уровень теплозащиты здания, но и
позволяет контролировать тепловое состояние строительных конструкций, выявлять различного рода
нарушения однородности их структуры, приводящие к изменению процессов теплообмена тел с
окружающей средой.
Рис. 3. Распределение температурных полей по внутренней поверхности наружной стены, имеющей
площадь 8 м2
Способ оценки фактической величины приведенного сопротивления теплопередаче наружных
ограждающих конструкций зданий (Н.С. Гурьянов, зам. директора ООО "САХАСТРОЙМЕХАНИЗАЦИЯ", журнал «Строительные материалы,
оборудование, технологии XXI века», № 12(47), 2002)