Теплотехнические обследования ограждающих конструкций

Цель и задачи теплотехнических обследований

3.6.1.1. Теплотехнические требования, предъявляемые к ограждающим конструкциям зданий, регламентируются СНиП II-3 и зависят от вида ограждения (стена, покрытие и др.), нормируемых параметров производственной среды (микроклимата), климатических условий района и функционального назначения здания.

3.6.1.2. Целью теплотехнических обследований ограждающих конструкций является выявление их фактических теплозащитных качеств и их соответствия современным нормативным требованиям, которые в последние годы существенно изменились в связи с проблемой экономии и рационального использования энергетических ресурсов.

3.6.1.3. При определении теплотехнических качеств ограждающих конструкций могут устанавливаться:

- температурные поля на внутренних поверхностях ограждающих конструкций, на участках теплопроводных включений, узлов примыканий внутренних и наружных стен, стыковых соединений с целью выявления зон с пониженной температурой, где возможно образование конденсата на поверхности конструкций;

- характер изменения температурного поля и коэффициент теплотехнической однородности конструкций;

- термическое сопротивление конструкций , м ·°С/Вт, коэффициент теплоотдачи внутренней , м ·°С/Вт, и наружной , м ·°С/Вт, поверхностей;

- динамика влажностного режима конструкций в разные сезоны года, установление зоны конденсации влаги и степени влагонакопления в холодный период года, определение влажностного состояния стыковых соединений;

- воздухопроницаемость ограждающих конструкций.

Измерение температур

3.6.1.4. При обследованиях гражданских и производственных зданий в зависимости от рассматриваемых задач производятся измерения температур газовых и жидкостных сред, сыпучих и твердых тел. Диапазон измерения температур - от минус 70 до +1600 °С.

3.6.1.5. Для измерений используются контактные и бесконтактные термометры. К контактным относятся жидкостные и биометаллические термометры, электрические и полупроводниковые термометры сопротивления, термопары. К бесконтактным термометрам относятся инфракрасные термометры, пиранометры, а также тепловизоры.

3.6.1.6. Для измерения показаний медных термометров сопротивления применяют мосты постоянного тока и коммутационные устройства. Для непрерывной записи температур используются автоматические самописцы.

3.6.1.7. Термопары применяются для измерения температур газовых и жидких сред, сыпучих и твердых тел. Применяются преимущественно хромель-копелевые (ХК), хромель-алюмелевые (ХА) и медь-константановые (ТМК) термопары.

3.6.1.8. При наличии источников излучения термометры необходимо экранировать, обеспечивая около них свободное движение воздуха. Экраны целесообразно выполнять из фольги или из аналогичных материалов.

3.6.1.9. Для изготовления термопар используется термоэлектродная проволока диаметром 0,1-1 мм в хлорвиниловой изоляции (максимальная температура измерения +150 °С). Для измерения более высоких температур используется термоэлектродная проволока диаметром 1-2 мм в термостойкой асбестовой или аналогичной изоляции.

3.6.1.10. Изготовление спаев термопар производится путем пайки или сварки. При сварке необходимо, чтобы дуга загоралась на обоих электродах одновременно. При качественной сварке на конце скрутки образуется шарик диаметром 1-2 мм. Режим сварки подбирается пробным путем.

Подготовленные термопары, предназначенные для измерения температур до 150 °С, напаиваются на медные пластинки диаметром 15 мм толщиной 0,4-0,6 мм.

3.6.1.11. В качестве измерительных (вторичных) приборов при измерениях температур термопарами применяются потенциометры типа ПП-1, КП-59 и самопишущие потенциометры типа ЭПП-09, ПОР и др.

Измерения температур производятся обычно дифференциальными термопарами. Их свободный спай помещается в термос с тающим льдом, который приготавливается из дистиллированной воды. При невозможности приготовить лед свободный спай погружается в сосуд с водой, температура которой в момент измерения определяется с помощью ртутного термометра. При этом определение температуры рабочего спая производится с соответствующей корректировкой величины измеряемой ЭДС.

3.6.1.12. Современные бесконтактные термометры различных модификаций находят широкое применение на практике. Для измерения температур в диапазоне от 700 до 1800 °С применяется оптический пиранометр ОПИР-017, при диапазоне температур от минус 18 до +400 °С применяются бесконтактные термометры типа "Thermopoint 2-4" и другие аналогичные термометры.

3.6.1.13. Измерение температурного поля ограждающих конструкций производится тепловизорами различных модификаций, например тепловизорами марки АТП-44-П (ГОСТ 22629), марки "AGA Thermovision-750" или "Thermovision-470".

Измерение солнечной радиации

3.6.1.14. Цель наблюдения над солнечной радиацией заключается в определении солнечной лучистой энергии, падающей на наружные ограждения и через светопроемы проникающей внутрь помещений.

3.6.1.15. Измерение интенсивности солнечной радиации производится пиранометром Янишевского в комплекте с гальванометром или потенциометром. При замерах суммарной солнечной радиации пиранометр устанавливают без теневого экрана, при замерах же рассеянной радиации - с теневым экраном. Прямая солнечная радиация вычисляется как разность между суммарной и рассеянной радиацией.

При определении интенсивности падающей солнечной радиации на ограждение пиранометр устанавливают на него так, чтобы воспринимаемая поверхность прибора была строго параллельна поверхности ограждения. При отсутствии автоматической записи радиации замеры следует производить через 30 мин в промежутке между восходом и заходом солнца.

3.6.1.16. Радиация, падающая на поверхность ограждения, полностью не поглощается. В зависимости от фактуры и окраски ограждения некоторая часть лучей отражается. Отношение отраженной радиации к падающей, выраженное в процентах, называется альбедо поверхности и измеряется альбедометром П.К.Калитина в комплекте с гальванометром или потенциометром.

При радиационных наблюдениях альбедометр устанавливают таким образом, чтобы рабочая поверхность его была параллельна поверхности ограждения, альбедо которого определяется.

Методика измерений сводится к последовательному измерению величины падающей радиации и отраженной радиации . При измерении падающей радиации воспринимающая поверхность альбедометра должна быть установлена на поверхности ограждения или по возможности на наименьшем расстоянии, а при измерении отраженной радиации - на расстоянии 0,5 м от поверхности ограждения. После замеров падающей радиации альбедометр поворачивают на 180° и производят замер отраженной радиации. Замеры повторяют 3-5 раз с интервалом 5 мин и по ним определяют среднее значение альбедо поверхности.

Для большей точности наблюдения следует проводить при ясном небе и при интенсивном солнечном облучении ограждения.

Измерение тепловых потоков

3.6.1.17. В практике теплотехнических исследований ограждающих конструкций измерения величин тепловых потоков, проходящих через них, позволяет определить теплозащитные свойства обследуемых ограждений.

Для измерения тепловых потоков часто применяют тепломеры, основанные на принципе дополнительной стенки.

3.6.1.18. Если коэффициент теплопроводности дополнительной стенки известен, то для определения теплового потока достаточно измерить разность температур на ее поверхности. Тепловой поток в этом случае определяют по формуле

,

где - теплопроводность дополнительной стенки, Вт/(м·°С);

- толщина стенки, м;

- падение температуры на дополнительной стенке при прохождении теплового потока.

3.6.1.19. Если коэффициент теплопроводности дополнительной стенки не известен, то производят тарировку тепломера при помощи другого тепломера, характеристика которого заранее известна.

3.6.1.20. При стационарных условиях теплопередачи и сравнительно невысоких температурах величина теплового потока определяется на основе измерения термоЭДС при помощи потенциометра

,

где - тарировочный коэффициент тепломера;

- величина измеренной ЭДС.

3.6.1.21. Тепломер, установленный на наружной поверхности ограждающей конструкции, показывает тепловой поток, отдаваемый наружной поверхностью ограждения наружному воздуху, а тепломер, установленный на внутренней поверхности ограждения, показывает тепловой поток, проходящий через внутренние поверхности ограждения.

В стационарных условиях теплопередачи, когда теплосодержание ограждающей конструкции не меняется, тепловой поток, входящий в ограждение, равен тепловому потоку, выходящему из ограждения. В нестационарных условиях теплопередачи, наблюдаемых в натурных условиях, это равенство не соблюдается. Недооценка этого факта может привести к грубым ошибкам при экспериментальном определении термического сопротивления конструкции.

Определение теплозащитных качеств ограждающих конструкций

3.6.1.22. Теплозащитные качества ограждающих конструкций характеризуются приведенным сопротивлением теплопередаче и термическим сопротивлением . Их экспериментальное определение основывается на принципе стационарного режима теплопередачи, при котором тепловой поток, проходящий через любое сечение конструкции, перпендикулярное потоку, постоянен. В этом случае имеет место равенство:

;

;

; ; ,

где - тепловой поток, Вт/м ;

- термическое сопротивление -го слоя конструкции, м ·°С/Вт;

- толщина -го слоя, м;

- коэффициент теплопроводности -го слоя конструкции, Вт/м·°С;

- коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения, Вт/(м ·°С);

- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м ·°С);

- сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения, м ·°С/Вт;

- сопротивление теплоотдаче наружной поверхности ограждения, м ·°С/Вт;

- температура внутренней поверхности, °С;

- температура наружной поверхности, °С.

3.6.1.23. Измеряя величину теплового потока , разность температур внутреннего и наружного воздуха и разность температур внутренней и наружной поверхности ограждения , определяем термическое сопротивление конструкции по формуле

,

где - разность температур внутреннего и наружного воздуха, °С;

- разность температур внутренней и наружной поверхностей ограждения, °С;

- замеренный тепловой поток, Вт/м ·°С/Вт;

- термическое сопротивление тепломера, м ·°С/Вт.

Тепловой поток, замеренный тепломером , несколько отличается от действительного теплового потока , проходящего через ограждающую конструкцию, так как тепломер является добавочным сопротивлением к исследуемому ограждению и, следовательно, замеренный тепловой поток оказывается несколько меньше действительного потока.

Второй член в формуле отражает влияние термического сопротивления тепломера. Величина истинного теплового потока в этом случае определяется из соотношения

.

Сопротивления теплоотдаче и тепловосприятию определяются по формулам:

;

.

Сопротивление теплопередаче конструкций

.

3.6.1.24. При экспериментальном определении величин и конструкции с тепловой инерцией более 1,5 и при явно выраженном нестационарном режиме теплопередачи необходимо учитывать изменения теплосодержания ограждения в период проведения обследования.

При достаточной продолжительности натурных наблюдений (в пределах до 14 дней) влияние изменения теплосодержания ограждения сводится к минимуму, поскольку в этом случае температурная кривая наружного воздуха, как правило, охватывает несколько волн. Однако в тех случаях, когда наблюдения над тепловыми потоками ведутся непродолжительное время (1-2 дня), необходимо учитывать изменение теплосодержания ограждения.

Определение влажностного состояния ограждающих конструкций

3.6.1.25. При натурных обследованиях определение влажности материалов в зависимости от требуемой точности производится различными способами. Наиболее простым и достоверным способом является извлечение из конструкции при помощи шлямбуров пробы материала, помещаемой затем в специальные бюксы. Влажная проба материала непосредственно после извлечения из конструкции взвешивается, а затем высушивается нагреванием в сушильных шкафах до постоянного веса и снова взвешивается.

Массовая (весовая) влажность , %, определяется по формуле

,

где и - масса (вес) пробы соответственно до и после высушивания.

При известной плотности материала , кг/м , объемная влажность вычисляется по формуле

.

3.6.1.26. Сушка отобранных проб производится в термостатах или сушильных шкафах, где температура поддерживается на уровне 105 °С для всех материалов, за исключением органических и гипсовых, для которых температура сушки должна быть не выше 60-70 °С.

3.6.1.27. При взвешивании проб на аналитических весах навеску следует брать массой не менее 2 г, а взвешивание производить с точностью до 0,001 г; при взвешивании на технических весах вес навески должен быть не менее 10 г при точности взвешивания до 0,01 г.

3.6.1.28. После извлечения из конструкций материала пробы немедленно помещают в бюксы и плотно закрывают крышкой во избежание их усушки до первого взвешивания.

В зимнее время пробы в бюксы укладывают на холоде и закрывают плотно крышкой, так как в теплом помещении на них образуется конденсат. Края крышек бюкс смазывают жиром, самоклеящейся лентой или другим паронепроницаемым материалом.

3.6.1.29. Из кирпичных и шлакобетонных конструкций пробы, как правило, отбираются шлямбуром диаметром 8, 10, 12 мм, из деревянных - буром Пресслера.

При слоистых конструкциях пробы следует брать из каждого слоя.

3.6.1.30. В каменных сплошных стенах места взятия проб по сечению конструкции следующие: штукатурка внутренняя, поверхность стены под штукатуркой; в толще стены - через каждые 10-12 см; поверхность стены под наружной штукатуркой; штукатурка наружная. При наличии в стене утеплителя пробы берут и из него.

3.6.1.31. В настоящее время разработан диэлектрометрический метод определения влажности строительных материалов, изделий и конструкций. Он основан на корреляционной зависимости диэлектрической проницаемости материала от содержания влаги в нем при положительных температурах.

3.6.1.32. Измерение влажности производят при помощи электронного влагомера ВСКМ-12 или других влагомеров, отвечающих требованиям ГОСТ 21718.

3.6.1.33. Для проведения измерений влажности материала на его поверхности выбирают чистые ровные участки размером 300x300 мм, на которых не должно быть местных наплывов, вмятин и раковин глубиной более 3 мм и диаметром более 5 мм.

3.6.1.34. Количество участков устанавливают из расчета один участок на 1,5 м поверхности бетона. Температура поверхности бетона должна быть не более 40 °С.

3.6.1.35. Результаты измерений записывают в журнал, который должен содержать следующие данные:

- наименование материала;

- показания влагомера по результатам всех измерений;

- средняя влажность материала.

3.6.1.36. Результаты измерений влажности сопоставляют с требованиями СНиП II-3 или данными, приведенными в таблице 3.9, и на этой основе производят оценку влажностного состояния ограждающих конструкций.

Таблица 3.9 - Нормальная влажность некоторых материалов наружных ограждающих конструкций

N п.п.	Материал	Плотность , кг/м	Влажность материала, %
			массовая	объемная
	Красный кирпич в сплошных стенах		1,5	2,7
	Кирпич красный в стенах с воздушной прослойкой		0,5	0,9
	Кирпич силикатный		2,5	4,8
	Бетон тяжелый		1,5	3,0
	Шлакобетон		3,0	3,9
	Керамзитобетон		6,0	6,0
	Пенобетон в наружных стенах		10,0	7,0
	Пеностекло		3,0	1,1
	Штукатурка известково-песчаная		1,0	1,6
	Шлак топливный в засыпке		3,5	2,6
	Минераловатные плиты		2,0	0,4
	Дерево (сосна)			7,5
	Фибролит цементный			5,2
	Торфоплиты			4,5
	Пенополистирол			0,12

Определение воздухопроницаемости ограждающих конструкций

3.6.1.37. Современные методы экспериментального определения воздухопроницаемости материалов и конструкций основаны на том, что в результате искусственно создаваемого избыточного давления или разрежения через образец материала или конструкции, заключенного в особую обойму, проходит воздушный поток, замеряемый счетчиком; в то же время замеряется избыточное давление или разрежение, поддерживаемое в продолжение испытаний на определенном уровне.

3.6.1.38. Обследование воздухопроницаемости стыковых соединений наружных стеновых панелей производят при помощи приборов типа ИВС-3 или ДСК-3.

3.6.1.39. Испытание на воздухопроницаемость проводят при разности давлений 100, 50, 30, 10, 5 Па, начиная от больших значений. Испытания при каждой разности давлений длятся 5 мин после стабилизации давления. Время отсчитывают по секундомеру, записывают показания манометра и счетчика расхода воздуха через каждую минуту. Температуру отсасываемого воздуха измеряют в начале и по окончании испытаний.

По средним значениям расхода воздуха , кг/м·ч, при разности давлений , Па, строят график зависимости . По графику находят коэффициент воздухопроницаемости стыка , который определяется расходом воздуха в килограммах через 1 м стыка при =10 Па. Воздухопроницаемость должна быть не более величин, приведенных в таблице 3.10.

Таблица 3.10 - Нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций зданий и сооружений (СНиП II-3)

Вид ограждающей конструкции	кг/(м ·ч), не более
Наружные стены, перекрытия и покрытия жилых, общественных, административных зданий и сооружений	0,5
Наружные стены, перекрытия и покрытия производственных зданий и помещений	1,0
Стыки между панелями наружных стен:
жилых зданий	0,5
производственных зданий	1,0
Входные двери в квартиры	2,5
Окна и балконные двери жилых, общественных и бытовых зданий, окна производственных зданий с кондиционированием воздуха	6,0
Окна, двери и ворота производственных зданий	8,0
Зенитные фонари производственных зданий	10,0

3.6.1.40. Для определения воздухопроницаемости оконного заполнения устанавливают обойму, размеры которой должны быть такими, чтобы охватить по периметру всю площадь светопроема. Разрежение под обоймой создают одним или несколькими бытовыми пылесосами. В остальном методика испытаний такая же, как при определении воздухопроницаемости стыков.

Обработка результатов измерений заключается в определении расхода воздуха через площадь окна или через 1 м сопряжения оконного блока со стеной и построении зависимости расхода воздуха от перепада давлений. Площадь окна для вычисления коэффициента воздухопроницаемости принимают равной площади оконного проема с наименьшим размером в свету.

3.6.1.41. Воздухопроницаемость стеновых конструкций проверяют аналогичной установкой, состоящей из рабочей обоймы размером 0,5x0,5 м с тремя штуцерами, защитной обоймы размером 1,2x1,2 м с двумя штуцерами и тремя отверстиями для вывода штуцеров рабочей обоймы. Установка комплектуется также двумя регуляторами, двумя микроманометрами и термопарами. Методика испытания такая же, как при определении воздухопроницаемости стыков.

3.6.1.42. Результаты испытаний сравнивают с данными таблицы 3.10 и на этой основе дают оценку воздухопроницаемости ограждающих конструкций.

В таблице 3.10 приведены нормируемые значения воздухопроницаемости , кг/(м ·ч), ограждающих конструкций зданий и сооружений.