THERMAL IMAGING SURVEY OF A BUILDING OF THE PEOPLES' FRIENDSHIP UNIVERSITY OF RUSSIA

Cover Page

Abstract


Results of a study of thermal power efficiency performed by thermal insulation of enclosing structures of a building of the Peoples' Friendship University of Russia are presented. As a result of thermal imaging survey, the thermal power efficiency of thermal insulation on the technology of ventilated facade is assessed, as well as the areas with high thermal radiation are identified.


Введение Для повышения эффективности использования тепловой энергии при ото- плении зданий, возведенных по технологиям полносборного домостроения во второй половине ХХ в., необходимо дополнительное утепление их ограждаю- щих конструкций. Одним из важнейших направлений повышения теплоэнерге- тической эффективности ограждающих конструкций является улучшение их теплоизоляции. В настоящее время все более широко применяют утепление на- ружных стен с устройством облицовки на относе (вентилируемого фасада). В связи с реализацией программы теплосбережения в Российском универ- ситете дружбы народов выполнено дополнительное утепление ограждающих конструкций главного здания. Поставлена задача по проверке теплоэнергетиче- ской эффективности выполненного утепления наружных стен здания. В рамках тепловизионного обследования фасада здания определена тепло- энергетическая эффективность выполненного утепления ограждающих конст- рукций и выявлены участки с повышенным тепловым излучением, обусловлен- ным низким качеством выполненных теплоизоляционных работ. Сравнение показателей тепловой эффективности утепленных наружных стен и аналогичных конструкций без дополнительного утепления позволило предложить их объективные сравнения. Показано, что применение вентилируе- мых фасадов на ограждающих конструкциях зданий, возведенных по техноло- гии крупнопанельного домостроения, позволяет существенно повысить их теп- лоэнергетическую эффективность в отопительный период года. Анализ состояния вопроса Теплотехнические свойства ограждающих конструкций оказывают сущест- венное влияние на теплоэнергетическую эффективность создания и поддержа- ния комфортных условий в помещениях зданий. Одним из важнейших направ- лений теплосбережения и эффективности функционирования эксплуатируемых зданий является создание теплоизоляции ограждающих конструкций. По данным [1] «преимущество наружного утепления фасада заключается в следующем: стены надежно защищены от сезонных и суточных температурных колебаний и воздействий осадков, являющихся одной из основных причин их разрушения; точка росы, вынесенная за конструкцию стены, позволяет избе- жать выпадения конденсата». Вентилируемый фасад существенно повышает энергоэффективность зда- ния в среднем на 23-30% [2]. В то же время установлено, что показатели энер- гоэффективности и тепловой защиты зданий с вентилируемыми фасадами су- щественно ниже проектных значений. Это связывают с качеством монтажа ми- нераловатного утеплителя [3]. По данным [4] систематическое воздействие вла- ги на утеплитель может привести к его частичному разрушению. Существует мнение [5], что системы утепления стен с применением вентилируемых фасадов не настолько эффективны, как принято считать. Это связывают, в основном, со свойством старения материала утеплителя. Несмотря на имеющиеся негативные особенности, утепление по технологии вентилируемых фасадов признано эф- фективным и целесообразным [6-8]. Использованию утепления ограждающих конструкций по технологии вен- тилируемого фасада уделяют внимание зарубежные исследователи. В работе [9] представлены результаты исследования утеплителей с вентилируемым фасадом, позволяющим использовать энергию солнца как для обогрева помещений в зимнее время, так и для охлаждения летом, применительно к климатическим условиям. Использование утепления с вентилируемым фасадом позволяет по- лучить экономию энергии до 16,7% [10]. На термическое поведение вентили- руемого фасада оказывают влияние такие факторы, как толщина воздушной прослойки, наличие швов, тип защитного покрытия и др. [11]. Для повышения теплоэнергетической эффективности применяют вентилируемые фасады с двойной облицовкой [12]. Это позволяет использовать их для охлаждения по- мещений в летний период года. Для обеспечения высокой энергоэффективности зданий целесообразно использовать любой из возобновляемых источников энергии. В этом аспекте непрозрачный вентилируемый фасад поглощает сол- нечную энергию и передает ее в систему вентиляции [13]. Анализ источников информации позволяет считать, что дополнительное утепление наружных стен по технологии вентилируемого фасада характеризу- ется, в целом, положительно в аспекте теплоэнергетической эффективности. Проверку эффективности утепления наиболее целесообразно производить с ис- пользованием тепловизионного обследования. Это позволяет получить натур- ные данные о тепловом излучении ограждающих конструкций. Постановка задачи и методика исследования В летний период 2015 г. в Российском университете дружбы народов вы- полнены работы по утеплению наружных стеновых панелей с использованием технологии вентилируемого фасада. Необходимость в утеплении вызвана тем, что во многих помещениях температура внутреннего воздуха в течение отопи- тельного сезона была, как правило, ниже требуемой по комфортным условиям. Особенностью комфортных условий в помещениях Российского университета дружбы народов является то, что многие студенты являются уроженцами стран с тропическим климатом и очень чувствительны даже к незначительному по- нижению температуры воздуха. Наибольшую озабоченность составляла задача обогрева актового зала, для чего используется система воздушного отопления, оснащенная четырьмя калориферами. Высокая теплопроводность стеновых па- нелей обусловила не только низкую температуру внутреннего воздуха даже при одновременной работе на полную мощность всех четырех калориферов, но и образование грибка на внутренних поверхностях стен, особенно в местах сты- ковых соединений панелей. После утепления наружных стен в результате периодического наблюдения и в рамках подготовки к мероприятиям в актовом зале установлено, что в отно- сительно холодные дни (-16° С 23-25 января) температура внутреннего воздуха в разных точках помещения была от 17 до 19° С при периодическом автомати- ческом включении только одного калорифера. Поставлена задача тепловизионного обследования поверхностей наружных стеновых панелей здания Российского университета дружбы народов для оцен- ки теплоэнергетической эффективности, выполненного утепления,и выявления участков с интенсивными тепловыми потерями. Исследование выполнено в три стадии: 1. Моделирование и расчет теплопроводности существующей и модерни- зированной конструкций ограждающих панелей. 2. Экспериментальное исследование теплового излучения с поверхностей стен из керамзитобетонных панелей и вентилируемого фасада. 3. Камеральная обработка результатов измерений и анализ эксперимен- тальных данных. В рамках моделирования параметров теплопроводности выполнено срав- нение расчетных значений коэффициентов теплопроводности стены без допол- нительного утепления (исходная конструкция) и стены с дополнительным утеп- лением по технологии вентилируемого фасада. Расчет выполнен в соответствии с СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий и СП 131.13330.2012. Строитель- ная климатология. Исследование выполнено с использованием тепловизора Therma CAM B 640. Тепловизор предназначен для бесконтактного измерения пространственно- го распределения температуры поверхностей твердых (сыпучих) тел, газовых струй и воды по их собственному тепловому излучению и отображения этого распределения на экране черно-белого или цветного монитора. Тепловизор применяют для контроля состояния объектов и технологических процессов в различных отраслях промышленности, а также при проведении разных иссле- дований. Обследование выполнено в утреннее время от 08 до 10 часов при тем- пературе наружного воздуха -4° С. На момент исследования температурный перепад между внутренним и наружным воздухом составил 20° С. Камеральная обработка результатов измерений заключается в анализе ин- фракрасного изображения обследованных объектов. Результаты измерения ото- бражаются на мониторе прибора, а также сохраняются в памяти. Расшифровка термограмм заключается в идентификации инфракрасного изображения по цве- товой палитре прибора. Расшифровка термограмм позволяет выявить теплопо- тери через материал стеновых панелей, трещины в них, даже не видимые для визуального осмотра, неплотности остекления оконных проемов и т.п. Исполь- зование специального прибора позволило получить объективные показатели тепловой эффективности утепления конструкций здания университета. Результаты и их обсуждение В результате моделирования и расчета теплопроводности установлено, что коэффициент теплопередачи стены исходной конструкции в 2,3 раза выше, чем у стены с дополнительным утеплением. Как показывает практика, фактическая энергоэффективность утепления по технологии вентилируемого фасада сущест- венно ниже проектных значений [3, 4]. Рис. 1. Главный фасад в видимом и инфракрасном спектрах В процессе тепловизионного обследования здания Российского универси- тета дружбы народов установлено, что ограждающие конструкции, снабженные дополнительным теплоизоляционным слоем по технологии вентилируемого фасада излучают тепловую энергию в среднем в 1,3 раза меньше, чем стеновые панели без дополнительного утепления. На рис. 1 представлены фото- и термо- граммы главного фасада здания. Теплоэнергетическая эффективность утепления по технологии вентили- руемого фасада оказалась существенно ниже проектного значения. Это объяс- няется тем, что навесной системе вентилируемого фасада характерна сущест- венная теплотехническая неоднородность, которая обусловлена большим коли- чеством кронштейнов, проходящих через слой утеплителя и являющихся мос- тиками холода [13, 14]. Наибольшие тепловые потери зафиксированы через витражи остекления. Особенно интенсивные тепловые потери через витражи выявлены на первом этаже слева от входа в вестибюль. При этом тепловое излучение с поверхностей стеновых панелей минимально. При анализе термограмм выявлены участки со- единения оконных переплетов со стеновыми панелями, где происходят значи- тельные тепловые потери. Между теплоизоляционным слоем и облицовкой фасада имеется воздуш- ный зазор, составляющий сущность вентиляции. Наличие такого зазора искажа- ет фактическое тепловое излучение и не позволяет в полной мере оценить теп- лоэнергетическую эффективность выполненного утепления. Для устранения эффекта экранирования теплоизоляции выполнена тепловизионная съемка фрагмента бокового фасада, с которого на время обследования снята облицовка. На рис. 2 представлен фрагмент бокового фасада в видимом и инфракрасном спектрах. Рис. 2. Фрагмент бокового фасада в видимом и инфракрасном спектрах Анализ термограммы показывает, что в условиях стационарного режима теплопередачи тепловое излучение с поверхности утепленной стены на 20-25% ниже, чем с участков без дополнительного утепления. Рис. 3. Дворовый фасад здания в видимом и инфракрасном спектрах Анализ термограммы позволил выявить и участки фасада с высоким тепло- вым излучением. Повышенное тепловое излучение обусловлено тем, на некото- рых участках ограждающих конструкций утепление выполнено не качественно. Это приводит к большим теплопотерям, чем на остальных участках стены. Утепление части дворового фасада предусмотрено во вторую очередь. Теп- ловизионное обследование ограждающих конструкций из сборного железобе- тона позволило не только оценить теплопотери, но и сравнить эффективность дополнительной теплоизоляции, установленной на других участках фасада. Анализ термограмм дворового фасада (рис. 3) дает основания считать, что тепловое излучение с поверхностей керамзитобетонных панелей и оконных проемов одинаково. Из термограмм видно, что теплопотери через ограждающие конструкции очень существенны. В результате исследования выявлено существенное тепло- вое излучение с поверхности витража на первом этаже, а также на некоторых участках оконного остекления. Особенно интенсивное тепловое излучение от- мечено по линиям примыкания оконных переплетов к стеновым панелям. Наи- большие теплопотери происходят через стыки между панелями. При этом теп- лопотери через железобетонные конструкции находятся в красном диапазоне изображения. Это существенно выше, чем теплопотери через аналогичные па- нели на утепленной стороне фасада здания. Заключение В результате тепловизионного обследования ограждающих конструкций здания университета установлено: 1) дополнительное утепление ограждающих конструкций из сборных ке- рамзитобетонных панелей позволяет существенно повысить их теплоэнергети- ческую эффективность; 2) наиболее интенсивное тепловое излучение происходит через витражи, остекление окон, примыкания оконных переплетов к стеновым панелям, а так- же через стыки между стеновыми панелями; 3) утепление ограждающих конструкций с применением технологии вен- тилируемого фасада позволяет улучшить комфортные условия в помещениях при одновременно уменьшении затрат на отопление.

A P Svintsov

RUDN University, Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: svintsovap@rambler.ru

доктор технических наук, профессор

T V Scripnic

RUDN University, Moscow, Russia

Email: tvscripnic@rambler.ru

ассистент

B SH Shakirov

RUDN University, Moscow, Russia

Email: shakirov.77@yandex.ru

студент магистратуры

  • Pudovkin A.N. (2014). Vybor sposoba uteplenija naruzhnyh sten kak odin iz sposobov povyshenija jenergojeffektivnosti zdanij i sooruzhenij. Vestnik UGAJeS. Nauka, Obrazovanie, Jekonomika. Serija: Jekonomika, № 1 (7). P. 169—170(in Russian).
  • Ventiliruemyj fasad Odincovskogo zavoda legkih konstrukcij. Construction materials, the equipment, technologies of XXI century. 2011, № 4 (147). P. 24—25(in Russian).
  • Jakubson V. (2008). Ventiliruemye fasady i drugie. Inzhenerno-Stroitel'nyj Zhurnal, № 2. P. 2—3(in Russian).
  • Soloshhenko S.S. (2011). Vlijanie ventiliruemogo zazora na teplofizicheskie harakteristiki sistem naruzhnogo uteplenija fasadov zdanij s primeneniem tonkoslojnoj shtukaturki, Inzhenerno-Stroitel'nyj Zhurnal, № 2. P. 39-41(in Russian).
  • Nemova D.V. (2010). Navesnye ventiliruemye fasady: obzor osnovnyh problem, Inzhenerno-Stroitel'nyj Zhurnal, № 5. P. 7—11(in Russian).
  • Zorin R.N., Sianov I.V. (2010). Analiz sovremennyh sistem ventiliruemyh fasadov, Nauchnyj vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Serija: Vysokie tehnologii. Jekologija.; № 1. P. 139—142(in Russian).
  • Kulikova Ju.S., Gojkalov A.N. (2015). Ocenka sovremennyh sposobov reshenij uteple-nija fasadov zdanij pri ih rekonstrukcii, Nauchnyj vestnik Voronezhskogo gosudar-stvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Serija: Vysokie tehnologii. Jekologija; № 1. P. 348—354(in Russian).
  • Petrichenko M.R., Petrochenko M.V., Javtushenko E.B. (2013). Gidravlicheski optimal'naja ventiliruemaja shchel'. Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. № 2 (37). P. 35—40(in Russian).
  • Alvaro de Gracia, Lidia Navarro, Albert Castell, Luisa F. Cabeza (2013). Numerical study on the thermal performance of a ventilated facade with PCM, Applied Thermal Engineering, Vol. 61, Iss. 2, 3 November 2013. P. 372—380.
  • Alvaro de Gracia, Reza Barzin, Cesar Fernández, Mohammed M. Farid, Luisa F. Cabeza. Control strategies comparison of a ventilated facade with PCM – energy savings, cost reduction and CO2 mitigation, Energy and Buildings, Volume 130, 15 October 2016. P. 821—828.
  • C.Marinosci, G.Semprini, G.L. Morini (2014). Experimental analysis of the summer thermal performances of a naturally ventilated rainscreen façade building, Energy and Buildings, 72. P. 280—287.
  • Aleksandar S. Anđelković, Branka Gvozdenac-Urošević, Miroslav Kljajić, Marko G. Ignjatović (2015). Experimental research of the thermal characteristics of a multi-storey naturally ventilated double skin façade, Energy and Buildings, Vol. 86, January 2015. P. 766—781.
  • Tusnina O.A., Emel'janov A.A., Tusnina V.M. (2013). Teplotehnicheskie svojstva razlichnyh konstruktivnyh sistem navesnyh ventiliruemyh fasadov, Inzhenerno-Stroit. Zhurnal, № 8 (43). P. 54—63(in Russian).
  • Nizovcev M.I., Belyj V.T., Sterljagov A.N. (2015). Novaja teploizoljacionnaja fasadnaja sistema zdanij na osnove panelej s ventiliruemymi kanalami, Izvestija Vysshih Uchebnyh Zavedenij. Stroitel'stvo, № 10 (682). P. 25—32(in Russian).

Views

Abstract - 75

PDF (Russian) - 130


Copyright (c) 2017 СВИНЦОВ А.П., СКРИПНИК Т.В., ШАКИРОВ Б.Ш.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.