ТЕПЛОВИЗИОННОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗДАНИЯ РОССИЙСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ДРУЖБЫ НАРОДОВ

Полный текст

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.

Об авторах

Александр Петрович СВИНЦОВ

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: svintsovap@rambler.ru

доктор технических наук, профессор

Татьяна Виктрвна СКРИПНИК

Российский университет дружбы народов

Email: tvscripnic@rambler.ru

ассистент

БУЛАТ ШАМИЛЕВИЧ ШАКИРОВ

Российский университет дружбы народов

Email: shakirov.77@yandex.ru

студент магистратуры

Список литературы