СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ОГРАЖДАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2006 года по МПК G01N25/00 

Изобретение относится к области обследования наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений и может быть использовано в системе контроля качества производства строительных работ, а также в области энергетики и др.

Известен метод определения теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, включающий регистрацию температуры наружного воздуха за некоторый предшествующий период, мгновенное (в момент проведения тепловизионного обследования) измерение температур и тепловых потоков на внутренней и наружной поверхности ограждения и математическую обработку результатов, в основе которой лежит решение обратной коэффициентной задачи теплообмена вариационным методом [1].

Недостатками этого способа является сложность проведения математической обработки результатов, необходимость наличия информации о конструкции (составе) исследуемого ограждения и неточность расчета погрешности определения теплотехнических характеристик.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций, заключающийся в дистанционном измерении тепловизором полей температур поверхности ограждающей конструкции и вычислении относительного сопротивления теплопередаче [2]. Сопротивление теплопередаче в реперных точках ограждающей конструкции определяют по результатам натурных измерений температур и плотности тепловых потоков в соответствии с ГОСТ 26254-84 [3].

Недостатком известного метода является возможность определения сопротивления теплопередаче лишь при стационарных условиях, которые редко реализуются в реальных климатических условиях, и, поэтому требуется длительный период времени для их обеспечения.

Техническая задача заключается в упрощении способа контроля теплозащитных свойств ограждающей конструкции, сокращении периода обследования и трудозатрат за счет исключения необходимости обеспечения стационарных условий для измерений, при сохранении точности измерений и расширении диапазона условий проведения тепловизионной съемки.

Техническая задача решается таким образом, что в способе контроля теплозащитных свойств ограждающей конструкции, включающем натурные измерения температур и плотности тепловых потоков в реперной точке, определение сопротивления теплопередаче в реперной точке, тепловизионную съемку ограждающей конструкции с последующим определением сопротивления теплопередаче в произвольных точках, согласно изобретению натурные измерения температур и плотности тепловых потоков в реперной точке производят в реальных климатических условиях эксплуатации здания в период не менее двух суток, при этом сопротивление теплопередаче в реперной точке определяют путем обработки результатов натурных измерений с отбраковкой отдельных значений сопротивлений теплопередаче, а сопротивление теплопередаче в произвольных точках определяют по формуле:

где τ_нт - температура наружной поверхности в произвольной точке, °С;

τ_нр - температура наружной поверхности в реперной точке, °С;

t_н - температура наружного воздуха, °С;

R_p - сопротивление теплопередаче в реперной точке, м²·°С/Вт, по которому судят о качестве теплоизоляционных свойств ограждающей конструкции.

Натурные измерения температур и плотности теплового потока производят с интервалом регистрации не более 30 мин.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что натурные измерения температуры и плотности тепловых потоков в реперной точке производят в реальных климатических условиях эксплуатации здания в период не менее двух суток, при этом сопротивление теплопередаче в реперной точке определяют путем обработки результатов натурных измерений с отбраковкой отдельных значений сопротивлений теплопередаче, а сопротивление теплопередаче в произвольных точках определяют по формуле, полученной эмпирическим путем, по которому судят о качестве теплоизоляционных свойств ограждающей конструкции.

Тепловизионную съемку осуществляют при наружной температуре, близкой к среднесуточной. Коэффициенты обеспечивают заданную погрешность в диапазоне 0,3...6,0 м²·°С/Вт.

Предлагаемая последовательность измерений и расчетов по приведенной формуле сопротивления теплопередаче позволяет значительно упростить и ускорить определение теплозащитных свойств ограждающей конструкции за счет сокращения времени измерений, при этом получить характеристику теплозащитных свойств ограждающей конструкции с заданной погрешностью. Кроме того, предлагаемый режим измерений обеспечивает достоверность получения теплозащитных характеристик ограждающих конструкций за счет осуществления измерений в условиях эксплуатации ограждающей конструкции в естественных условиях.

Способ осуществляют следующим образом.

Контроль теплозащитных свойств ограждающей конструкции здания осуществляют предпочтительно в зимний период. На глади ограждения определяют характерную зону - реперную точку. Проводят измерение и регистрацию температуры наружного и внутреннего воздуха в помещении, а также температуры и плотности теплового потока на внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции в реперной точке в течение не менее двух суток.

Расчет сопротивления теплопередаче в реперной точке проводят по результатам измерения температур и плотностей теплового потока для каждого i-го измерения по формуле:

где R_p - сопротивление теплопередаче в реперной точке (м²·°С/Вт),

t_вi, t_нi - значения температур соответственно внутреннего и наружного воздуха (°С),

τ_вi, τ_нi - значения температур соответственно на внутренней и наружной поверхности (°С),

q_i - значение плотности теплового потока (Вт/м²).

За оценку истинного значения сопротивления теплопередаче в реперной точке принимают среднее значение

где n - количество измерений (объем выборки).

Отбраковку отдельных значений R_pi производят при невыполнении условия

где

- выборочное стандартное отклонение для результата отдельного измерения.

Процедуру отбраковки продолжают до тех пор, пока все единичные значения R_pi будут удовлетворять условию отбраковки.

Погрешность определения сопротивления теплопередаче в реперной точке вычисляют по формуле:

где σ_приб - приборная погрешность;

σ_мет - методическая погрешность, определяемая при математическом моделировании нестационарной теплопередачи через ограждающую конструкцию с R₀=R_р и фактическими граничными условиями третьего рода (результатами измерений t_вi, t_тi, τ_вi, τ_нi, q_вi, q_нi).

Если то сопротивление теплопередаче в реперной точке ограждающей конструкции принимается равным . В противном случае необходимо продолжить измерения и выбрать для расчетов следующий период натурного наблюдения.

Тепловизионную съемку ограждающей конструкции проводят после завершения измерений в реперной точке. Чувствительность тепловизионного оборудования должна быть не ниже 0,1°С.

Расчет сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции в произвольных точках проводят по температурным полям, полученным в результате тепловизионной съемки, и результатам расчета сопротивления теплопередаче в реперной точке по формуле:

Для сравнения с нормативными или проектными значениями вычисляют приведенное сопротивление теплопередаче при расчетных (нормируемых) температурных условиях:

где τ_вт - температура внутренней поверхности исследуемого участка, °С;

Приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций рассчитывают по формуле:

где F_т - площадь участка поверхности с сопротивлением R_т, м;

К - количество участков с одинаковым значением сопротивления теплопередаче.

Полученный результат сравнивают с нормируемым значением, таким образом оценивают теплозащитные свойства ограждающей конструкции.

Пример.

Производим контроль теплозащитных свойств ограждающей конструкции здания (наружной стены) в реальных климатических условиях.

По технической документации определяем характерный участок наружной стены (реперную точку), в которой проводим измерения температуры поверхности и тепловых потоков. Кроме того, измеряем температуру воздуха - наружного и внутри здания. Все измерения проводим в течение 2 суток с помощью регистраторов "Терем-3", "Терем-4". Регистрацию измеренных величин производим с интервалом 30 минут.

Результаты измерений в графическом виде представлены на чертеже, где на оси абсцисс - точки измерения с интервалом 30 минут, на оси ординат - температура (°С), плотность теплового потока (Вт/м²), сопротивление теплопередаче (м²°С/Вт).

Кривая 1 - температура внутреннего воздуха внутри помещения t_вi, кривая 2 - температура внутренней поверхности стены в реперной точке τ_вi, кривая 3 - температура наружного воздуха t_нi, кривая 4 - температура наружной поверхности в реперной точке τ_нi, кривая 5 - плотность теплового потока на внутренней поверхности q_i, кривая 6 - сопротивление теплопередаче реперного участка, рассчитанное по формуле

Сопротивление теплопередаче реперного участка, рассчитанное по результатам измерений в течение первых двух суток (точки 0...96), после отбраковки составляет

Приборная погрешность определения сопротивления теплопередаче составила σ_приб=0,12 м²°C/Вт, методическая - σ_мет=0,56 м²°C/Вт.

Суммарная абсолютная погрешность определения сопротивления теплопередаче реперного участка составляет σ_R=0,57 м²°C/Вт.

Относительная погрешность:

Так как относительная погрешность определения сопротивления теплопередаче реперного участка превышает 15%, измерения продолжаются еще 2 суток (на графике - точки 97...192). Расчет, проведенный по следующему периоду натурного наблюдения, дает следующий результат: σ_R=0,240 м²°C/Вт.

Относительная погрешность при этом составляет:

Измерение температур и тепловых потоков прекращается, сопротивление теплопередаче реперного участка принимается равным 2.91 м²°C/Вт.

Тепловизионную съемку проводят через сутки после окончания измерений. Средняя температура наружного воздуха во время тепловизионной съемки составила -9,5°С. По полученным термограммам, используя формулу (6), определяют сопротивления теплопередаче в произвольных точках ограждающей конструкции, по которым судят о теплозащитных свойствах ограждающей конструкции здания.

Натурные испытания длились 4 суток. По их результатам определены теплозащитные характеристики ограждающей конструкции здания.

Приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены составило 2,67 м²°C/Вт при требуемом 3,13 м²°C/Вт.

Источники информации:

1. Будадин О.Н. и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий. Научно-методическое пособие. М.: Наука, 2002.

2. ГОСТ 26629-85 «Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций». 01.07.86 /прототип/.

3. ГОСТ 26254-84 Здания и сооружения «Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций», 01.01.85.

Изобретение относится к области обследования наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений и может быть использовано в системе контроля качества производства строительных работ, а также в области энергетики и др. Сущность: проводят натурные измерения температур и плотности тепловых потоков в реперной точке в реальных климатических условиях эксплуатации здания в период не менее двух суток. Рассчитывают сопротивление теплопередаче в реперной точке путем обработки результатов натурных измерений с отбраковкой отдельных значений сопротивления теплопередаче. Рассчитывают сопротивление теплопередаче в произвольных точках по температурным полям, полученных в результате тепловизионной съемки, и результатам расчета сопротивления теплопередаче в реперной точке. Технический результат: расширение функциональных возможностей и упрощение контроля. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля теплозащитных свойств ограждающей конструкции, включающий натурные измерения температур и плотности тепловых потоков в реперной точке, определение сопротивления теплопередаче в реперной точке, тепловизионную съемку ограждающей конструкции с последующим определением сопротивления теплопередаче в произвольных точках, отличающийся тем, что натурные измерения температур и плотности тепловых потоков в реперной точке производят в реальных климатических условиях эксплуатации здания в период не менее двух суток, при этом сопротивление теплопередаче в реперной точке определяют путем обработки результатов натурных измерений с отбраковкой отдельных значений сопротивлений теплопередаче, а сопротивление теплопередаче в произвольных точках определяют по формуле

где τ_нт - температура наружной поверхности в произвольной точке, °С;

τ_нр - температура наружной поверхности в реперной точке, °С;

t_н - температура наружного воздуха, °С;

R_p- сопротивление теплопередаче в реперной точке, м²·°С/Вт, по которому судят о качестве теплозащитных свойств ограждающей конструкции