Новый номер
Опыт тепловизионного обследования светопрозрачных ограждающих конструкций и методика определения их сопротивления теплопередаче в условиях стройки.

В современных энергоэффективных домах устанавливаются окна с сопротивлением теплопередаче, равным единице или выше. Стоимость такого оконного блока значительно выше обычного. Поэтому измерение и контроль теплотехнических характеристик окон в условиях стройки является очень важным, поскольку теплотехнические характеристики установленных окон вполне могут отличаться от проектных.

На сегодняшний день нет нормативных методов определения сопротивления теплопередаче оконных блоков в условиях стройки. Поэтому принципиальной является разработка дистанционных методик определения теплотехнических характеристик окон. В условиях стройки это возможно только с помощью тепловизионной аппаратуры.

Анализ литературных данных и результатов собственных расчетов температурных полей оконного блока с учетом оптических характеристик строительных стекол в ИК-диапазоне спектра позволяет сформулировать методику по определению сопротивления теплопередаче стеклопакетов с использованием тепловизионной аппаратуры в условиях объекта.

ris 1-2.jpg

Выбор спектрального диапазона работы тепловизионной аппаратуры

При разработке методики необходимо выяснить, в каком спектральном диапазоне тепловизионные измерения светопрозрачных конструкций (СПК) будут иметь минимальную погрешность. Фактически – какой тепловизор нужно использовать.

В настоящее время на рынке продается большое количество тепловизоров различных производителей. Они отличаются рабочим спектральным диапазоном, типом приемника, ценой, страной-изготовителем. Стоимость тепловизоров варьируется в широких диапазонах от нескольких тысяч до сотен тысяч долларов США.

Для тепловизоров, работающих в спектральном диапазоне 8–14 мкм, оконное стекло, подвесная стеклянная изоляция и другие материалы, близкие к стеклу по своему молекулярному составу (например, фарфор), являются зеркалом, переотражения на котором искажают истинное тепловизионное изображение объекта, что приводит к значительным погрешностям при измерении их абсолютных значений температур.

Таким образом, исходя из многолетней практики тепловизионной съемки и знания теоретических основ инфракрасной оптики, можно утверждать, что для контроля светопрозрачных ограждающих конструкций зданий и сооружений, высоковольтного оборудования (вводов, трансформаторов тока и напряжения, подвесной стеклянной изоляции и т.д.) надо использовать тепловизионную аппаратуру, работающую в спектральном диапазоне 3–5 мкм, где отражение от оконного стекла почти на порядок ниже, чем в диапазоне 8–14 мкм.

В качестве примера на рис. 1, 2 приведены два тепловизионных изо бражения окна в спектральных диапазонах 3–5 мкм и 8–14 мкм с тепловизора «ИРТИС-2200С», работающего одновременно в этих диапазонах.

Обработка тепловизионных снимков стеклопакетов известных производителей показала, что распределение температурного поля по высоте окна практически линейное, за исключением мест примыкания стеклопакета к раме. Такое распределение температурного поля хорошо согласуется с результатами расчетов.

Для иллюстрации этого утверждения на рис. 3, 4 приведены температуры по высоте однокамерного стеклопакета и средние температуры по стеклопакету, полученные с помощью тепловизора «ИРТИС-2000».

ris 3-4.jpg

Из рис. 3 видно, что температуры по высоте стеклопакетов меняются незначительно, в пределах десятых долей градуса, за исключением мест, примыкающих к алюминиевой раме. Кроме этого, величина температуры практически одинакова для этих стеклопакетов, поскольку они находятся при одинаковых окружающих температурах. На рис. 4 приведены термограммы стеклопакетов жилого дома.

В этом жилом доме установлены стеклопакеты одного производителя, и, как видно из рис. 4, средняя температура на стеклопакете слегка меняется из-за разной температуры в помещениях.

Обоснование стационарного распределения температуры в стеклопакете при нормальном изменении погодных условий

Термическое сопротивление стеклопакетов должно определяться в стационарных условиях, однако в реальных условиях температура наружного воздуха, скорость и направление ветра меняются со временем. Поэтому необходимо выяснить, за какое время в окнах устанавливается стационарный режим теплообмена.

Будем рассматривать перенос тепла в стеклопакете. Внешние (по отношению к камере) поверхности стекол обмениваются теплом с окружающей средой посредством конвекции и теплового излучения. Внутрикамерные поверхности стекол обмениваются теплом посредством механизма молекулярной теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Стационарный тепловой режим окна устанавливается, если устанавливается стационарное распределение температуры и скорости газа между стеклами и в стеклах. Оценки времени установления стационара для каждого из указанных процессов составляют порядка 100 секунд.

Следовательно, для установления стационарного состояния стеклопакета необходимо время порядка нескольких минут, что значительно меньше характерного времени изменений внешних условий, которое приблизительно равно 1–2 часам. Поэтому можно считать, что температурное поле и поле скоростей газа стеклопакета с большой степенью точности является стационарным. Такую оценку можно сделать и для оконного профиля.

Способ определения термического сопротивления стеклопакета

Тепловой поток от внешнего стекла к наружному воздуху при стационарном режиме теплообмена с большой точностью определяется выражением:

formula1.jpg

Отсюда видно, что поток пропорционален разности температур наружного стекла T1 и наружного воздуха Tout. Если мы имеем эталонное окно в здании, термическое сопротивление которого мы измерили контактным способом с использованием датчиков температуры и тепловых потоков в центральной части стеклопакета, то, измеряя тепловизором температуры наружного стекла других стеклопакетов, можно определить их термическое сопротивление. При этом необходимо знать температуру наружного воздуха.

Если в здании эталонного и исследуемого окна температуры одинаковы, то сопротивление теплопередаче исследуемого окна следует рассчитывать по формуле:

formula2.jpg

где – температура окна с известным R.

Если нет, то сопротивление теплопередаче вычисляется более сложным образом. Сопротивление теплопередаче оконного блока с известным термическим сопротивлением стеклопакета рассчитывается в программном комплексе «ОКНО_пакет» в соответствии с СТБ 939-93 «Окна и балконные двери для зданий и сооружений. Общие технические условия» для расчетных температур и конкретной ограждающей конструкции. Пример такого расчета приведен на рис. 5.

ris 5.jpg


Комментарии

Чтобы оставить комментарий, вам необходимо
войти или зарегистрироваться на сайте