ОЦЕНКА ТЕПЛОЗАЩИТЫ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ ИЗ ГАЗОБЕТОННЫХ БЛОКОВ

С. В. Корниенко, канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»;

Н. И. Ватин, доктор техн. наук, профессор, директор Инженерно-строительного института, заведующий кафедрой ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (ФГАОУ ВО СПбПУ);

А. С. Горшков, канд. техн. наук, директор учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем» ФГАОУ ВО СПбПУ, главный технический советник проекта ПРООН-ГЭФ «Энергоэффективность зданий на Северо-Западе России»

Особенности исследуемых зданий

Основной конструктивной особенностью зданий является разделение функций несущих и ограждающих конструкций:

• Несущей основой исследуемых зданий является рамно-связевый сборно-монолитный каркас с плоскими дисками перекрытий, образованными многопустотными плитами. Последние в каждом перекрытии объединены монолитными железобетонными ригелями, скрытыми в плоскости перекрытий и опирающимися на сборные колонны. Для снижения потерь теплоты в холодный период года по наружному контуру ригели имеют перфорацию, выполненную по наиболее эффективной схеме 5/1 в виде отверстий, заполненных термовкладышами из пенополистирола.
• Теплозащитная оболочка состоит из различных видов ограждающих конструкций. Стены выполнены в виде кладки автоклавных газобетонных блоков с внутренней штукатуркой и снаружи облицованы кирпичной кладкой. Стены поэтажно опираются на диски перекрытий. Соединение кирпичной кладки с газобетонными блоками предусмотрено на гибких связях. Окна и балконные двери сделаны из ПВХ-профилей с заполнением однокамерными стеклопакетами. Перекрытие над техническим подпольем и чердачное перекрытие имеют теплоизоляцию.

Для повышения теплозащитных свойств оболочки в узлах сопряжений ограждающих конструкций по проекту предусмотрены термовкладыши из эффективных теплоизоляционных материалов.

СПРАВКА 1

Здания построены в рамках региональной целевой программы по переселению граждан из аварийного и ветхого жилья. Каждое из рассматриваемых зданий трехэтажное двухсекционное, имеет техническое подполье и чердак. Проектным решением для строительства указанных зданий принята типовая серия Б1.020.1–7 («АРКОС–1»), разработанная в Республике Беларусь. Геометрические характеристики зданий: Суммарная площадь ограждающих конструкций равна 2 729 м2, в том числе: наружных стен – 1 077 м2; окон, балконных дверей – 256 м2; чердачного перекрытия – 698 м2; перекрытия над техподпольем – 698 м2. Отапливаемый объем – 6 073 м3. Показатель компактности здания – 0,449 1/м. Коэффициент остекленности фасадов – 0,192. Здания эксплуатируются в условиях умеренно-континентального наружного климата России. Расчетное значение градусо-суток отопительного периода (ГСОП) = 3 925 К•сут./год.

Отопление зданий осуществляется централизованно от котельной (параметры теплоносителя 95/70 °C). Все здания имеют естественную вентиляцию. Приток воздуха обеспечивается через регулируемые створки окон, расположенных в помещениях жилых комнат и кухонь, удаление воздуха – через вытяжные вентиляционные каналы, предусмотренные в кухнях и санузлах. Для снижения в зданиях затрат энергии в технических подпольях установлены индивидуальные тепловые пункты. Инженерные системы зданий оснащены приборами учета тепловой энергии, расхода холодной и горячей воды, электроэнергии и газа.

На момент проведения теплотехнических испытаний продолжительность эксплуатации зданий составляет около 5 лет.

Методы оценки тепловой защиты зданий

Для оценки соответствия уровня тепловой защиты зданий действующим требованиям (см. Справку 2) были проведены натурные теплофизические испытания с применением экологически безопасных методов неразрушающего контроля:

• тепловизионный контроль качества теплоизоляции зданий;
• определение фактического уровня теплозащиты зданий;
• расчетная оценка уровня теплозащиты зданий.

СПРАВКА 2

Теплозащитная оболочка здания согласно СП 50.13330.2012 должна отвечать следующим требованиям: приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций должно быть не меньше нормируемых значений (поэлементные требования); удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование); температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование).

Тепловизионный контроль качества теплоизоляции зданий

Цель тепловизионного контроля качества теплоизоляции рассматриваемых зданий – выявление температурных аномалий и дефектов теплозащитной оболочки зданий в натурных условиях.

Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции зданий основан на дистанционном измерении тепловизором полей температур поверхностей ограждающих конструкций и визуализации температурных аномалий для определения дефектов в виде областей повышенных потерь теплоты, связанных с нарушением теплоизоляции, а также участков внутренней поверхности ограждающих конструкций, температура которых в процессе эксплуатации может опускаться ниже точки росы. Тепловизионный контроль объекта проводился¹ с 14 января по 10 февраля 2015 года. На момент тепловизионного обследования все здания отапливались. Режим теплопередачи через ограждающие конструкции был близок к стационарному. Тепловизионное обследование выполнялось в дневное время при отсутствии ветра, атмосферных осадков, тумана и задымленности. В процессе измерений наружные поверхности оболочки зданий не подвергались воздействию прямого и отраженного солнечного облучения. Тепловизионные измерения проведены тепловизором марки FLIR SC660 (зав. № 404003616) с метрологическими параметрами, соответствующими нормативным требованиям.

В ходе тепловизионного контроля были выполнены:

• осмотр объекта контроля с помощью тепловизора для формирования общей характеристики объекта и выявления участков, подлежащих дальнейшему термографированию;
• обзорное термографирование наружных поверхностей ограждающих конструкций для выявления температурных аномалий;
• детальное термографирование выделенных участков внутренних поверхностей ограждающих конструкций для уточнения температурных аномалий.

В ходе тепловизионного обследования получено 186 откалиброванных термограмм, в том числе по наружной поверхности – 154, что является достаточным для получения статистически достоверных результатов.

Определение фактического уровня теплозащиты зданий

Для определения фактического уровня теплозащиты зданий проведены теплофизические измерения в натурных условиях.

Основной теплозащитной характеристикой ограждающей конструкции является способность ограждения оказывать сопротивление проходящему через него тепловому потоку, количественно характеризуемая сопротивлением теплопередаче Rо, м²•К/Вт.

Метод определения сопротивления теплопередаче в натурных условиях основан на измерении температур внутреннего и наружного воздуха, температур поверхностей ограждающей конструкции, а также плотности теплового потока, проходящего через нее (в условиях, близких к стационарной теплопередаче), по которым вычисляют значение искомой величины.

Определение сопротивления теплопередаче фрагментов ограждающих конструкций было выполнено² в холодный период года при параметрах, указанных выше. Измерения выполнены многоканальным прибором марки ИТП-МГ4.03–10 «Поток» (зав. № 1177) с метрологическими параметрами, соответствующими нормативным требованиям. Измерения в указанных зданиях проведены в жилых помещениях квартир, в которые был обеспечен доступ специалистов. Выбор контрольных точек обусловлен программой измерений, а их количество ограничено возможностью доступа в помещения квартир. Контрольные точки располагались на характерных участках ограждающих конструкций, выявленных в ходе тепловизионного контроля, включая краевые зоны. Измерения производились в течение двух недель с интервалом регистрации параметров в 5 мин. Сопротивление теплопередаче в точке теплозащитной оболочки здания определялось методом усреднения по формуле (1) (см. Расчетные формулы).

Как показано в ГОСТ Р 54853–2011, при подсчете результата после каждого измерения полученные данные асимптотически приближаются к реальному значению теплотехнической характеристики. Асимптотическое значение близко к реальному при выполнении следующих условий:

• температура, теплоемкость и влажность исследуемого фрагмента постоянны в процессе измерений;
• тепломер не подвергается прямому солнечному облучению;
• теплопроводность фрагмента во время испытания постоянна.

Точность измерения теплотехнических характеристик зависит от следующих факторов:

• точности калибрования тепломера и температурных датчиков (около 5 %);
• точности системы регистрации данных (при автоматизированной регистрации данных – близко к нулю);
• случайных отклонений, вызванных небольшими различиями в тепловом контакте между датчиками и поверхностью (около 5 % среднего значения);
• погрешностей эксплуатации тепломера, обусловленных видоизменениями изотерм, вызванных присутствием тепломера (2 - 3 %);
• погрешностей, вызванных колебаниями температур и теплового потока во времени (около ±10 % измеренного значения);
• другими источниками погрешностей (при отсутствии данных – около 5 %).

В скобках приведены значения погрешностей для данного класса измерительных приборов и режимных параметров проведения эксперимента.
Если описанные выше условия выполнены, то суммарную погрешность можно определить как находящуюся между квадратической и арифметической суммой, т. е. между

Δ₁=(5²+0²+5²+3²+10²+5²)^½ = 13,6% и Δ₂= 5+0+5+3+10+5 = 28%.

Расчетная оценка уровня теплозащиты зданий

Расчетная оценка уровня теплозащиты зданий наиболее точно может быть выполнена на основе приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций по результатам расчета двух- и трехмерных температурных полей [3].

Расчетное приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции определяется по формуле (2) [4] (см. Расчетные формулы). Расчетная оценка теплового режима ограждающих конструкций выполнена на основании математического моделирования процесса с применением программно-вычислительного комплекса «Энергоэффективность и тепловая защита зданий (ЭНТЕЗА)» [3], который позволяет на основе расчета трехмерных температурных полей оценить влияние краевых зон на теплозащитные свойства ограждающих конструкций и наметить пути совершенствования элементов оболочки зданий.

Результаты натурных теплофизических испытаний исследованных жилых зданий из газобетонных блоков и их оценка будут представлены в следующем номере журнала «Энергосбережение».

Литература

1. Горшков А. С., Ватин Н. И., Корниенко С. В., Пестряков И. И. Соответствие автоклавного газобетона современным требованиям по тепловой защите зданий // Энергосбережение. 2016. № 2.
2. Горшков А. С., Ватин Н. И., Корниенко С. В., Пестряков И. И. Соответствие автоклавного газобетона современным требованиям по тепловой защите // Энергосбережение. 2016. № 3.
3. Корниенко С. В. Многофакторная оценка теплового режима в элементах оболочки здания // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 8 (52).
4. Корниенко С. В. Повышение энергоэффективности зданий за счет снижения теплопотерь через краевые зоны ограждающих конструкций // Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3.

¹ Согласно ГОСТ Р 54852–2011 «Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций».

² По методике ГОСТ Р 54853–2011 «Здания и сооружения. Метод определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с помощью тепломера».