Определение теплопотерь через ограждающие конструкции здания при допуске тепловых энергоустановок в эксплуатацию
А.Н. Сонин, технический директор
АНО «НТЦ Энергосфера»
В соответствии с требованиями правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок, утвержденных приказом Минэнерго России № 115 от 24.03.03 г. и зарегистрированных в Минюсте РФ 02.04.03 г. за № 4358, перед приемкой в эксплуатацию тепловых энергоустановок проводятся приемосдаточные испытания оборудования и пусконаладочные работы отдельных элементов тепловых энергоустановок и системы в целом. Испытания оборудования и пусконаладочные испытания отдельных систем проводятся подрядчиком (генподрядчиком) по проектным схемам после окончания всех строительных и монтажных работ по сдаваемым тепловым энергоустановкам. Перед пуско-наладочными испытаниями проверяется выполнение проектных схем, строительных норм и правил, государственных стандартов, включая стандарты безопасности труда, правил техники безопасности и промышленной санитарии, правил взрыво- и пожаробезопасности, указаний заводов-изготовителей, инструкций по монтажу оборудования и наличия временного допуска к проведению пуско-наладочных работ.
Одним из обязательных условий допуска объекта в постоянную эксплуатацию является представление энергетического паспорта здания по форме ТСН 23-340-2003 с заполненными в нем расчетными и фактическими значениями геометрических и теплоэнергетических показателей.
В соответствии с требованиями п. 2.6.5. ПТЭ ТЭ специализированные организации перед проведением пуско-наладочных работ (ПНР) согласовывают с Управлением по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по г. Санкт-Петербургу методики проведения работ по определению энергетических характеристик и программы ПНР. По результатам работ при представлении документации на допуск тепловой установки в эксплуатацию к ней прикладывают отчет о проведении ПНР, оформленный в соответствии с ГОСТ 21.101-97 и ЕСКД с приложением паспортов тепловой сети (по форме Приложения № 5 ПТЭ ТЭ); паспорта теплового пункта (по форме Приложения № 6 ПТЭ ТЭ); паспорта подкачивающей насосной станции (Приложение № 8 ПТЭ ТЭ); паспорта вентиляционной системы (Приложение № 9 ПТЭ ТЭ); паспорта ГВС и энергетического паспорта здания по форме ТСН 23-340-2003 СПб.
Причем перед допуском в эксплуатацию, проводится анализ того, что фактические показатели не отличаются от расчетных в сторону ухудшения более чем на величину относительной погрешности системы измерения наладчиков по согласованной методике. При фактических показателях, не соответствующих требованиям проекта, тепловые установки в эксплуатацию не допускаются, а собственник тепловой установки получает предписание на устранение недоделок. При представлении в Ростехнадзор утвержденного плана устранения недоделок дается временный допуск на продолжение ПНР не более чем на 6 месяцев.
Описанные процедуры допуска тепловых установок в эксплуатацию направлены на защиту граждан РФ и юридических лиц от получения некачественной продукции и соответствуют требованиям «Правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок» и положениям статей: 470, 475, 518, 720, 721, 722, 723 Гражданского Кодекса, часть 2.
Федеральный закон «Об энергосбережении» является основополагающим документом в области энергосбережения в строительстве. Введенный в 1996 году, Закон впервые потребовал включения в нормативные документы показателей эффективного использования энергии. С 2000 года изменения к СНиП «Строительная теплотехника» установили новые повышенные требования к теплозащите зданий. Госстрой России запретил ввод в эксплуатацию объектов, не отвечающих нормативным требованиям к качеству теплозащиты.
При вводе в эксплуатацию объектов строительства и реконструкции контроль теплозащиты не проводился, экспертизе подвергались только проекты. Объемы строительства стали расти, и устаревшие методы контроля не позволяли оперативно проверять все новые объекты. Необходимо было создать новую систему оперативного контроля основных теплотехнических характеристик ограждающих конструкций.
Наиболее перспективным вариантом стало использование тепловидения при оперативных обследованиях теплозащиты зданий и сооружений. АНО «НТЦ Энергосфера» работает в этой области с 1993 года, обследование строительных объектов всегда было одним из основных направлений работы. С 2000 г. начались проводиться работы по обеспечению контроля качества теплозащиты зданий на стадии их приемки.
Для обеспечения нормативно-методической базы тепловизионных обследований фирмой была разработана «Комплексная методика контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений». Методика прошла экспертизу в НИИСФ и получила положительные отзывы ряда ведущих организаций в области строительства и надзора. В соответствии с предписанием Госстроя было проведено обследование ряда строящихся и эксплуатируемых жилых зданий. Работы проводились в Санкт-Петербурге и других регионах России. Итогом успешного применения методики стало ее утверждение Департаментом государственного энергонадзора и энергосбережения России (в 2001 г.), а также Управлением стандартизации, технического нормирования и сертификации Госстроя России (в 2002 г.).
С введением ТСН 12-316-2002 Санкт-Петербурга «Приемка и ввод в эксплуатацию законченных строительством объектов недвижимости» тепловизионное обследование ограждающих конструкций после окончания строительства, реконструкции или капитального ремонта стало обязательным. Тепловизионный контроль теплозащиты по «Комплексной методике...» может применяться в любом регионе России, так как четко соответствует системе нормативных документов федерального уровня: СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», СП 23%101 «Проектирование тепловой защиты зданий», ГОСТ 30494-96 «Параметры микроклимата в помещениях». теплозащита энергоустановка тепловой тепловидение
Комплексное тепловизионное обследование является обязательным и для составления энергетического паспорта здания в соответствии с ТСН 23-340-2003 Санкт-Петербурга «Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий». Энергетический паспорт предназначен для контроля качества проектирования, строительства и эксплуатации здания. Сверхнормативные потери сказываются уже на этапе эксплуатации, когда бремя оплаты все дорожающих энергоресурсов ложится на плечи собственников. При этом, чем больше дефектов теплозащиты, тем хуже условия проживания в здании и выше оплата за отопление. Энергоэффективность здания становится одним из компонентов формирования имиджа и рыночной стоимости объекта.
Большинство конструктивных, технологических, эксплуатационных и строительных дефектов теплозащиты приводят к искажению температурного поля конструкций и обнаруживаются тепловизором. Хотя тепловизор обладает высокой чувствительностью, для гарантированного выявления всех возможных дефектов ограждений необходим перепад температур между внутренним и наружным воздухом не менее 20°С. Именно поэтому обследования проводятся в течение отопительного периода, когда система отопления функционирует в штатном режиме.
СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» устанавливает ряд показателей тепловой защиты зданий. Одним из них является ограничение температуры внутренних поверхностей ограждающих конструкций при расчетных условиях. На внутренней поверхности непрозрачных ограждающих конструкций не должно быть участков с температурой ниже температуры точки росы. Выполнение этого требования необходимо для предотвращения конденсации на внутренней поверхности конструкций. Кроме этого, устанавливается максимально допустимый перепад между температурой внутреннего воздуха и средней температурой поверхности ограждающих конструкций.
Указанные ограничения служат критериями дефектности конструкций. Преимущественно причиной нарушений являются мостики холода в стеновых панелях; недостаточное утепление стен, перекрытий, покрытий, цокольных этажей; нарушения швов и стыков между сборными конструкциями; несоблюдение технологии при внутреннем утеплении и устройстве пароизоляции.
Опыт обследований показывает, что наибольшее количество дефектов свойственно частным коттеджам, выполненным из брусьев или цилиндрованных бревен. Достаточно часто встречаются проблемы с утеплением и пароизоляцией мансард.
СНиП «Тепловая защита зданий» устанавливает еще один важный показатель тепловой защиты здания -- приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций. Для контроля этого параметра нами проводится комплексное тепловизионное обследование. Такое обследование включает тепловизионную съемку и мониторинг теплового режима помещений и ограждающих конструкций с помощью специализированного измерительного комплекса и комплекта контактных датчиков.
Светопрозрачные конструкции в большинстве удовлетворяют нормам по уровню сопротивления теплопередаче. Дефекты в основном связаны с установкой и регулировкой. Наиболее распространенный дефект светопрозрачных конструкций всех типов -- щели в притворе створок из-за повреждения или отсутствия уплотнителя, плохо отрегулированного положения створок. Недостаточное утепление откосов, примыкание коробки и подоконника к световому проему также являются распространенными дефектами.
Сопротивление теплопередаче (или обратная величина -- трансмиссионный коэффициент теплопередачи) является основным показателем теплозащитных свойств ограждающих конструкций. От его величины зависит потребление тепла для обогрева воздуха внутри здания. Минимальные требуемые значения сопротивления теплопередаче различных элементов ограждающих конструкций установлены строительными нормами (СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», ТСН). Этим нормам должны соответствовать как проекты, так и результаты строительства или реконструкции зданий. Обязательной частью технической документации жилых, общественных и производственных сооружений в настоящее время является теплоэнергетический паспорт, куда необходимо вносить данные о проектном (расчетном) и фактическом значении сопротивления теплопередаче различных элементов ограждающих конструкций (стен, перекрытий, окон, дверей).
Для определения фактической величины сопротивления теплопередаче -- R непосредственными измерениями на здании в натурных условиях (неразрушающим способом) необходимо в течение длительного времени регистрировать температуру воздуха внутри и снаружи ограждающей конструкции и плотность теплового потока через нее. Это вызвано нестационарностью температурного поля оболочки здания, поскольку температура атмосферного воздуха (да и воздуха внутри) и условия теплоотдачи существенно изменяются со временем. Так, тепловой поток с поверхности здания в течение суток может изменяться на 200-300% (и даже менять направление на обратное).
Способ расчета величины R, определенный в ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций» и несколько модернизированный в методиках различных фирм, весьма прост. Сопротивление теплопередачи вычисляют как:
R=?Т/q,
где ?Т -- средний температурный напор (разность температуры воздуха внутри помещения и атмосферного воздуха), °С; q -- средняя плотность теплового потока с поверхности ограждающей конструкции, Вт/м2, за длительный интервал времени.
В указанном ГОСТе и других методиках также большое внимание уделяется измерениям температуры поверхности ограждающей конструкции, скорости ветра, влажности и прочих параметров воздуха, определению коэффициентов теплоотдачи с поверхности.
Необходимая величина среднего температурного напора ?Т определяется условием допустимой относительной погрешности в получаемом значении сопротивления теплопередаче из%за аппаратурной погрешности измерения средней плотности теплового потока дq=?q/q, где ?q-- абсолютная приборная погрешность (Вт/м2). Относительной погрешностью измерения Т можно пренебречь.
Тогда: дR=?q/q=R?q/?Т.
Тогда, чтобы определить R стен современных зданий, необходимо с существенно большей точностью измерять плотность теплового потока.
В ГОСТ 26254-84 в п. 5.3. указано: «Продолжительность измерений в натурных условиях эксплуатации должна составлять не менее 15 суток» и в случае необходимости увеличиваться. В других, «более быстрых» методиках минимальный срок сокращен до нескольких суток.
Расчет в способе «средних значений» строится на том, что за достаточно долгое время все отклонения значений ?Т(t) и q(t) (t-- время) от средних, стационарных величин взаимно компенсируются. Действительно, в том случае если функции ?Т(t) и q(t) являются периодическими, то средние за период значения температурного напора и плотности теплового потока будут равны также их стационарным величинам (для стационарного температурного поля при постоянном температурном напоре, равном ?Т).
На самом деле метеорологические и суточные колебания температуры атмосферного воздуха не являются периодическими. Периодичность процесса теплопередачи нарушают также другие природные явления (солнечная радиация, ветер, испарение и конденсация влаги, изменения температуры воздуха внутри здания).
Реальная нестационарность и непериодичность изменения температурного поля оболочки зданий обуславливает методическую погрешность определения сопротивления теплопередаче, связанную с физическими причинами.
Дело в том, что теплозащитные ограждающие конструкции обладают значительной «тепловой инерцией». Необходимо длительное время для того, чтобы температурное поле преобразовалось под изменившиеся граничные условия (температуру воздуха). Это время релаксации зависит от температуропроводности (теплопроводность делить на плотность и теплоемкость) и толщины ограждающей конструкции.