ПОСОБИЕ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ. 
10. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХКОНСТРУКЦИЙ

ПОСОБИЕ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ. 10. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХКОНСТРУКЦИЙ
Пособие по обследованию строительных конструкций зданий

      Стройка - Главная Написать нам
 
 
ПК Инфоплюс-смета Сварка - документы Бизнес-планы Исследования Тендеры  
 

 

 

 

 

 

 

Случайно выбранные документы:
ПБ 08-623-03 - Правила безопасности при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений на континентальном шельфе

 

 

 

Сварка ->  Строительные конструкции ->  ПОСОБИЕ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ -> 

 

 

 

10. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

 

10.1. Цепь и задачи теплотехнических обследований

 

10.1.1. Теплотехнические требования, предъявляемые к ограждающим конструкциям зданий, регламентируются СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника" и зависят от вида ограждения (стена, покрытие и др.), нормируемых параметров производственной среды (микроклимата), климатических условий района и функционального назначения здания.

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.

10.1.2. Теплотехнические качества ограждающих конструкций характеризуются приведенными сопротивлениями: теплопередаче – R0, м2×°С/Вт, паропроницанию - Rп, м2×ч×Па/мг, и воздухопроницанию - Rвоз, м2×ч/кг. Конструкция полов в помещениях с длительным пребыванием людей, кроме отмеченных показателей, характеризуется также показателем тепловой активности (теплоусвоения).

10.1.3. Основной задачей определения теплотехнических качеств ограждающих конструкций является:

определение температурного 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, установление характера изменения температурного поля и выявление степени теплотехнической неоднородности конструкций;

определение термического сопротивления конструкций Rк, м2×°С/Вт, коэффициент теплоотдачи внутренней aв м2×°С/Вт, и наружной aн, м2×°С/Вт, поверхностей;

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

обследование воздухопроницаемости стеновых конструкций, стыковых соединений и светопрозрачных конструкций.

 

10.2. Измерение температур

 

10.2.1. 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.

10.2.2. 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.

Жидкостные термометры (в основном ртутные и реже спиртовые) применяют для измерения газовых и жидких сред, а также сыпучих тел.

Ртутные термометры применяют при интервалах температур от минус 35 до +600 °С. При необходимости измерения температур ниже минус 35 °С используют спиртовые термометры.

Биометаллические деформационные термометрические датчики используются, как правило, в метеорологических термографах самописцах. Они обладают значительной инерционностью, особенно при измерениях температур газовой среды (5-10 мин).

Измерения температур газовой среды от -35 до +5000 °С рекомендуется производить психрометром Ассмана, производя отсчеты по сухому термометру.

Электрические термометры сопротивления применяют при температуре среды от минус 50 до +180 °С.

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

10.2.4. 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. Пределы применения термопар типа (ХК) от -50 до +600 °С, типа (ХА) от -50 до +1000 °С, типа (ТМК) от -200 до +400 °С.

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

10.2.6. 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.

10.2.7. 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.

10.2.8. 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 (рис. 10.1). 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.

10.2.9. При измерениях термо-ЭДС переносными потенциометрами типа ПП-1, КП-59 применяют однопроводную или двухпроводную (рис. 10.1) схемы включения термопар на один прибор. Однопроводная схема допускается только в случае измерения температур неэлектропроводных тел, например, сухих бетонных и каменных конструкций. При возможности увлажнения таких конструкций однопроводная схема включения термопар в один прибор не допускается.

При измерениях температур необходимо обеспечивать надежный контакт датчика с исследуемым телом. При измерениях температур агрессивных жидкостей и газов датчики и отводящие провода должны быть надежно защищены от коррозии путем окрашивания стойкими в рассматриваемой среде составами или помещением в химически стойкие футляры, обеспечивающие надежный тепловой контакт датчика с исследуемой средой.

10.2.10. 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" (рис. 3.10) и другие аналогичные термометры.

10.2.11. Измерение температурного поля ограждающих конструкций производится, тепловизорами различных модификаций, например, тепловизоры марки АТП-44-П (ГОСТ 22629-85), марки "AGA Thermovision-750" или "Thermovision-470" (рис. 3.11). Температурное поле получают на экране телевизоров в виде черно-белого или цветного изображения, градации яркости или цвета которого соответствуют различным температурам. Тепловизоры снабжены устройством для высвечивания на экране изотермических поверхностей и измерения выходного сигнала, значение которого функционально связано с измеряемой температурой поверхности.

 

 

Рис. 10.1. Схемы включения нескольких дифференциальных термопар на один прибор

А - однопроводная; Б - двухпроводная, 1, 2, 3 - рабочие спаи термопар;4 - свободный спай термопар; а - штепсельный разъем типа ШР; б - соединительные (медные) провода; в - переключатель; г - термостатирующий сосуд; д - переключатель полярности; е - потенциометр типа ПП

 

 

Рис. 10.2. Термометр ЭТП-М

 

Рис. 10.3. Пиранометр

 

10.3. Измерение солнечной радиации

 

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

10.3.2. Измерение интенсивности солнечной радиации производится пиранометром Янишевского (рис. 10.3) 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.

10.3.3. 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 (рис. 10.4) 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 Jпад. и отраженной радиации Jотр. 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.

 

Рис. 10.4. Альбедометр

а - положение приемником вверх; б – то же, вниз; 1 - головка пиранометра; 2 - втулка;

3 - трубка; 4 - муфта; 5 - стержень, по которому скользит груз; 6 - клеммы; 7 - карданный подвес; 8 - рукоятка

 

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

10.3.4. Определение влияния инсоляции на тепловой режим помещения производится путем сравнения показаний измерений температуры воздуха обычным ртутным термометром и шаровым термометром (глоботермометром). Последний представляет собой обычный термометр, шарик которого заключен в полый, зачерненный снаружи медный шар диаметром 150 мм и находится в центре последнего. Шкала термометра выходит из шара наружу. Влияние инсоляции на зачерненную поверхность приводит к тому, что температура внутри шара отличается от температуры воздуха, замеренной обычным термометром, который представляет собой средневзвешенную радиационную температуру.

 

10.4. Измерение тепловых потоков

 

10.4.1. 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. Тепломеры, устроенные по этому принципу, как правило, состоят из трех пластин: двух защитных дисков с наружных сторон и средней рабочей пластины, на которой установлены термопары по двойной архимедовой спирали. Средняя пластина тепломера имеет две зоны - рабочую в центре диска и защитную кольцевую шириной не менее 1/4 части центральной рабочей зоны. В рабочей зоне смонтирована батарея термопар, соединенных последовательно. Термопары батарей расположены с обеих сторон рабочего диска. При прохождении теплового потока через тепломер на обеих сторонах рабочей пластины возникает термо-ЭДС вследствие разности температур на ее поверхностях.

По принципу дополнительной стенки устроены тепломеры З.З. Альперовича (рис. 10.5), тепломеры типа ИТП-2 конструкции ОРГЭС, а также ИТП-12. Специализированный измеритель теплового потока ИТП-12 выполнен в виде портативного переносного прибора (рис. 10.6), состоящего из преобразователя теплового потока и устройства для измерения и преобразования термо-ЭДС в цифровой сигнал, градуированного в Вт/м2.

10.4.2. 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

 

,                                                               (10.1)

 

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

d - толщина стенки, м;

Dt - падение температуры на дополнительной стенке при прохождении теплового потока.

 

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

 

 

Рис. 10.5. Схема устройства тепломера З.З. Альперовича

1 - верхний защитный резиновый диск; 2 - рабочий диск; 3 - нижний защитный резиновый диск; 4 - схема расположения термопар в рабочем диске; 5 – термопары

 

а)

б)

Рис. 10.6. Приборы для измерения тепловых потоков

а) Цифровой прибор типа ИТП-12

б) Тепломер ИТП-2 конструкции ОРГРЭС

 

10.4.4. При стационарных условиях теплопередачи и сравнительно невысоких температурах величина теплового потока определяется на основе измерения термо-ЭДС при помощи потенциометра

 

,                                                               (10.2)

 

где k - тарировочный коэффициент тепломера;

Е - величина измеренной ЕДС.

 

10.4.5. 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, входящий тепловой поток не равняется выходящему из-за изменения теплосодержания ограждения. Недооценка этого факта может привести к грубым ошибкам при экспериментальном определении термического сопротивления конструкции.

 

10.5. Определение теплозащитных качеств ограждающих конструкции

 

10.5.1. Теплозащитные качества ограждающих конструкций характеризуются приведенным сопротивлением теплопередаче R0 и термическим сопротивлением Rk. 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:

 

,                                             (10.3)

 

где ;

 

; ; ;

 

q - тепловой поток, Вт/м2;

Rik - термическое сопротивление i-го слоя конструкции;

li - толщина i-го слоя, м;

li - коэффициент теплопроводности i-го слоя, Вт/м×°С;

aв - коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2×°C);

aн- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м2×°C);

Rв - сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения, м2×°С/Вт;

Rн - сопротивление теплоотдачи наружной поверхности ограждения, м2×°С/Вт;

tв - температура внутренней поверхности, °С;

tн - температура наружной поверхности, °С.

 

Схема размещения датчиков термопар при измерении температур в толще многослойного ограждения показана на рис. 10.7.

 

 

Рис. 10.7. Схема размещения датчиков термопар при измерении температур в толще многослойного ограждения

tн и tн - температура соответственно наружного воздуха и наружной поверхности ограждения, tв и tв - температура соответственно внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения

 

10.5.2. Измеряя величину теплового потока q1, разность температур внутреннего и наружного воздуха Dt разность температур внутренней и наружной поверхности ограждения Dt, по формуле (10.4) определяем термическое сопротивление конструкции

 

,                                                       (10.4)

 

где Dt = tв - tн - разность температур внутреннего и наружного воздуха, °С;

Dt = tв - tн - разность температур внутренней и наружной поверхностей ограждения, °С;

q1 - замеренный тепловой поток, Вт/м2×°C;

R¢ - термическое сопротивление тепломера, м2×°C/Вт.

 

Тепловой поток, замеренный тепломером q1, несколько отличается от действительного теплового потока q, 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 (10.4) отражает влияние термического сопротивления тепломера.

Величина истинного теплового потока в этом случае определяется из соотношения

 

.                                                              (10.5)

 

Сопротивления теплоотдаче Rн и тепловосприятию Rв определяются по формулам

 

; .

 

Сопротивление теплопередаче конструкций

 

.

 

10.5.3. При экспериментальном определении величин R0 и Rk конструкции с тепловой инерцией D 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. С этой целью рекомендуется использовать метод, предложенный К.Ф. Фокиным [I-39].

Следует отметить, что изложенный метод определения теплозащитных качеств ограждений относится к зимним условиям. В летних условиях среднесуточная температура внутреннего и наружного воздуха отличается незначительно и величины сквозных тепловых потоков ничтожно малы

 

10.6. Определение влажностного состояния ограждающих конструкций

 

10.6.1. Одним из важных эксплуатационных показателей ограждающих конструкции является их влажностное состояние.

Увлажнение ограждающих конструкций приводит к ухудшению их теплозащитных качеств, созданию благоприятных условий для развития в них грибков, плесени и прочих биологических процессов, а также к снижению их долговечности.

При обследовании влажностного состояния ограждающих конструкций следует установить причины их увлажнения. В общем случае можно отметить следующие причины:

1. Строительная влага, которая вносится в конструкцию при ее производстве и возведении.

2. Грунтовая влага, которая может проникнуть в ограждение из грунта вследствие капиллярного всасывания. В стенах здания эта влага может подниматься до высоты 2-2,5 м от уровня земли. Для предохранения ограждения от увлажнения в нем устраиваются гидроизоляционные слои, препятствующие доступу влаги из грунта в ограждение.

3. Метеорологическая влага, которая может проникнуть в конструкцию в связи с выпадением атмосферных осадков.

4. Эксплуатационная влага, выделение которой связано с технологическим процессом в производственных зданиях.

5. Гигроскопическая влага, накапливаемая в конструкции вследствие свойства гигроскопичности материала.

6. Конденсация влаги из воздуха, что тесно связано с теплотехническим качеством и тепловым режимом ограждающей конструкции. В подавляющем большинстве случаев конденсация влаги является единственной причиной повышения влажности ограждающих конструкций. Конденсация влаги может происходить как на поверхности ограждения, так и в его толще.

Следует отметить, что отсутствие конденсации влаги на поверхности ограждения не гарантирует ограждение от увлажнения, так как оно может происходить вследствие конденсации водяных паров в толще самого ограждения.

10.6.2. Обеспечение нормального влажностного состояния ограждающих конструкций достигается путем устройства слоя пароизоляции. Требуемое сопротивление паропроницанию ограждающих конструкций определяется расчетом по методике, изложенной СНиП II-3-79*.

10.6.3. 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 - Wв, %, определяется по формуле:

 

,                                                       (10.6)

 

где Р1 и Р2 - масса (вес) пробы соответственно до и после высушивания. При известной плотности материала g, кг/м3, объемная влажность Wоб вычисляется по формуле

 

.                                                            (10.7)

 

10.6.4. 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.

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

10.6.6. 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, самоклеющей лентой или другим паронепроницаемым материалом.

10.6.7. 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.

10.6.8. 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 конструкции стены утеплителя пробы берут и из него.

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

10.6.10. Измерение влажности производят при помощи электронного влагомера ВСКМ-12 или других диэлькометрических влагомеров, отвечающих требованиям ГОСТ 21718-84.

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

Число участков устанавливают из расчета один участок на 1,5 м2 поверхности бетона. Температура поверхности бетона должна быть не более 40 °С.

Подготовку к работе и измерения влагомером производят в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора и в соответствии с требованиями ГОСТ 21718-84.

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

наименование материала;

показания влагомера по результатам всех измерений;

среднюю влажность материала.

10.6.13. Результаты измерений влажности сопоставляют с требованиями СНИП II-3-79* или данными, приведенными в табл. 10.1, и на этой основе производят оценку влажностного состояния ограждающих конструкций.

 

 

Таблица 10.1.

 

Нормальная влажность некоторых материалов в наружных ограждающих конструкциях