Методика экспертизы состояния теплозащиты крупнопанельных жилых зданий, подлежащих ремонту

На ХХУ1 съезде КПСС перед работниками народного хозяйства нашей страны поставлена задача обеспечить в 1985 году по сравнению с 1980 годом экономию 160−170 млн. тонн условного топлива/1/. На собрании партийно-хозяйственного актива, состоявшемся в г. Киеве 15 мая 1982 г. также отмечено, что с целью наиболее рационального использования топливно-энергетических ресурсов страны необходимо повсеместно искать пути снижения теплопотребления.

Борьба с теплопотерями зданий в жилищно-коммунальном секторе городов, где, по данным АКХ им. К. Д. Памфилова, в настоящее вре мя расходуется около 20% всех потребляемых в стране энергетических ресурсов и 45% всей тепловой энергии/2,3/, является одним из значительных резервов экономии эрергоресурсов. С расширением крупнопанельного и крупноблочного строительства (в г. Москве, Ленинграде и Киеве объем крупнопанельных зданий по данным, приведенным в книге канд. техн. наук М. Д. Бойк (/4/составляет около 70% а, вцелом по стране — примерно 50% всего жилищного строитель ства), потребности жилищного сектора в тепле значительно повысились. Фактические расходы тепла на цели теплоснабжения, как отмечают в обзоре авторы кандидаты техн. наук Н. М. Вавуло, Э. М. Ариевич и Е. Ю. Брайнина, превышают проектные на 25.30% /5/. Повышенный расход топлива и увеличение количества единиц инженерного оборудования (котлов, радиаторов, труб и т. п.) для отопления современных полносборных зданий вызван, в основном, отклонениями показателей теплозащиты от действующих норм, неоправданно большими размерами световых проемов и усугубляется дефектами, допущенными при изготовлении строительных изделий, в процессе строительства и эксплуатации зданий /3,6/.

По мнению д-ра техн. наук, проф. В. Н. Богословского и канд. техн. наук М. Я. Поза, для сокращения теплопотребления уже в ближайшие годы «следует уделять основное внимание повышению термического сопротивления наружных ограждающих конструкций существующих зданий» /7/, так как снижение расходов тепла в новых зданиях слабо отразится на суммарном теплопотреблении всех зданий. Эффективность различных путей снижения энергопотребления в народном хозяйстве оценена в работе д-ра техн. наук, проф. В. А. Дроздова /8/ По данным автора мероприятия по реконструкции зданий, систем отопления и вентиляции являются одним из определяющих факторов в деле экономии энергоресурсов страны.

Согласно /2/ ежегодное строительство жилых зданий по отношению к существующему фонду составляет 5−6%. Поэтому, даже если удастся достичь 10% уменьшения теплопотерь во вновь строящихся домах, то это даст экономию тепла на теплоснабжение всех зданий всего лишь на 0,5%. Для решения вопросов реконструкции, ремонта и улучшения тепловой эффективности существующих жилых зданий, как указывает канд.техн.наук В. К. Соколов /10/, в настоящее время в строительной науке формируется новая самостоятельная отрасль. Объемы работ по реконструкции жилого фонда достаточно наглядно иллюстрируются данными, приведенными канд.техн.наук А.Г.Ройтма-ном, Н. Г. Смоленской и др. /II/, а также канд.экон.наук Е.М.Бле-хом, А. И. Деевой и Е. Я. Соковой /12/. Ежегодный рост капиталовложений на ремонт и реконструкцию, согласно приведенным данным, составляет 10.12%. В 1977 г. доля лиц, получивших жилую площадь в реконструируемых домах, составила в г. Москве 35,9%, а в СССР — 26,4% от всего объема жилой площади, сданной в эксплуатацию. Особенно возрастает количество реконструируемых 5 этажных полносборных жилых домов, эксплуатируемых более 10 лет. Их теплозащита запроектирована по уже устаревшим нормам, действовавшим более.

10 лет назад. В настоящее время только в г. Москве ежегодно рер конструируется около 5 млн. м жилой площади, на что расходуется около 18 млн. руб /12/. Несмотря на рост объемов капитального ремонта жилищного фонда, данные многочисленных натурных наблюдений показывают /12,13/, что после ремонта зданий остаются невыполненными такие виды работ, как реконструкция теплозащиты чердачного перекрытия, стен и других конструкций, обеспечивающих нормальный тепловой режим. В связи с отсутствием квалифицированной экспертизы теплозащиты и мероприятий, предусматривающих ее модернизацию, заложенных в проектах ремонта зданий, их теплопотери остаются почти такими же, как и до ремонта.

С целью снижения расхода энергии, потребляемой на эксплуатационные нужды зданий и доведения их теплозащиты до современных норм теплопотерь в СССР /5,7,2/, а также за рубежом /14/, рекомен дуется дополнительно утеплять наружные ограждения существующих зданий. Это позволяет существенно снизить теплопотери. По данным ЦНИИЭПжилища /15/ цри повышении теплоизоляции наружных стен до уровня экономически целесообразного сопротивления теплопередаче без изменения объемно-пространственной композиции зданий и типоразмеров окон и балконных дверей обеспечивается снижение теплопотерь в зданиях, имеющих 5.9 этажей, на 15.20 $. Однако, с точки зрения утепления зданий старой затройки как отмечает автор /16/, выполнять реконструкцию стен с их утеплением необходимо с учетом фактических значений показателей теплозащиты. Только знание фактических значений показателей, характеризующих состояние теплозащиты, позволяет давать надежный анализ потерь тепловой энергии, прогнозировать возможную экономию и эффективность теплоизоляционных мероприятий. Разработке универсальных показателей теплозащиты зданий и нормированию их величин посвящены работы ЦНИИЭПжилища, в частности, работа /15/, выполненная коллективом авторов под руководством канд.техн.наук И. С. Шаповалова.

Для зданий, подлежащих ремонту, приобретает особое значение методически правильное и надежное получение фактических значений показателей, характеризующих состояние их теплозащиты, а также выбор критериев ее оценки. В зависимости от этого принимаются последующие решения об объеме и характере ремонта теплозащиты, а также толщине слоя дополнительного утепления наружных стен.

Эффективность внедрения мероприятий по улучшению теплотехнических качеств наружных ограждений обуславливается наличием совершенных средств и методик контроля теплотехнических показателей конструкции, которые позволяли бы в короткий срок осуществлять надежную оценку теплозащиты здания вцелом.

По мнению ведущих специалистов АКХ им. К. Д. Памфилова /4,17/, НИИСФ /8/ и НИИСК /18/ Госстроя СССР и др. в области диагностики теплозащиты зданий большие перспективы открывает широкое использование тепловизионной техники, позволяющей оперативно, с высокой точностью и документированием картины теплопотерь проводить массовые теплофизические обследования наружных ограждений. В рекомендациях Всесоюзных совещаний, состоявшихся 27.30 сентября 1982 г. в г. Москве /19/ и 28.30 ноября 1983 г. в г. Челябинске /20/, также подчеркивается необходимость расширения разработок по совершенствованию тепловизионной техники и внедрению теплотехнического контроля тепловой изоляции зданий с ее помощью. Широкое внедрение контроля теплозащиты зданий, подлежащих ремонту, сдерживает отсутствие методических разработок проведения натурных исследований с использованием тепловизионной техники и других, апробированных для этой цели, приборов отечественного производства /18/.

Поэтому, целью данной работы является разработка методики экспертизы теплозащиты зданий, подлежащих ремонту, с использованием приборов отечественного производства для контроля теплотехнических параметров, которая позволяла бы оперативно получать фактические значения показателей теплозащиты с заданной надежностью и минимальной погрешностью.

Для достижения этой цели в диссертации получены следующие результаты, выносимые на защиту:

— показатель теплозащитыусловное сопротивление теплопередаче наружных стен, определяемое с учетом соблюдения норм теплопо-р терь на I мо.п. здания и стен вместе с окнами в зависимости от фактических значений площадей остекления, горизонтальных и вертикальных наружных ограждений, общей площади здания, а также сопротивления теплопередаче окон и расчетной разности температуры внутреннего и наружного воздуха;

— метод выбора состава помещений, подлежащих обследованию, из всей их генеральной совокупности в доме, обеспечивающий с высокой надежностью получение значений теплопотерь с учетом влияния неслучайных (путем использования принципа долевого участия) и случайных (путем применения принципа рандомизации) факторов;

— метод учета влияния на приведенный тепловой поток случайной термической неоднородности наружных ограждений путем измерения теп ловых потоков способом «скользящей точки», дополняющий принцип зонирования, учитывающий конструктивную термическую неоднородность;

— зависимости для вычисления значения допустимой абсолютной погрешности определения приведенного сопротивления теплопередаче наружных ограждений и зависимостей расчета диапазона наружных температур, обеспечивающего проведение экспертизы с соблюдением погрешности ниже ее допустимого значенияпри использовании для измерений приборов ИТП-11;

— теоретически обоснованный и экспериментально доказанный объем измерений теплотехнических параметров при экспертизе теплозащиты зданий, обеспечивающий получение значение фактических показателей теплозащиты зданий с заданной надежностью.

Эти результаты позволили разработать методику оперативной и надежной экспертизы теплозащиты зданий, подлежащих ремонту, с использованием отечественных тепловизионных систем и датчиков контроля теплового потока ИТП-П. Полученные результаты дали также возможность разработать с учетом погрешностей результатов экспертизы, методику выбора минимальной толщины слоя дополнительного утепления наружных стен здания с целью доведения его теплозащиты до уровня современных требований.

Произведенная по разработанной методике экспертиза теплозакрупно щиты жююго^панельного дома серии 1КГ-480−16 по ул. П.Запорожца, 5а, в г. Киеве показала, что характеризующие ее состояние фактические значения показателей на 38,6% ниже требуемых по санитарно-гигиеническим условиям и на 30% ниже норм теплопотерь через вертикальные огравдения. Технико-экономический эффект от доведения теплозащиты одного такого дома до экономически целесообразного уровня составляет 17,3 тыс. руб. в год, а срок окупаемости затрат на устройство дополнительной теплоизоляции наружных стен здания составляет около 3 лет.

Использование разработанного в диссертации показателя теплозащиты (условного сопротивления теплопередаче стен) для оценки тепловой эффективности объемно-планировочных решений зданий, разрабатываемых в ряде проектных организаций, на проектных стадиях и для корректировки типовых проектов позволило получить экономический эффект в размере 25,5 тыс. руб. Предпроектная оперативная оценка тепловой эффективности объемно-планировочного решения зданий при индивидуальном или типовом проектировании с использованием условного сопротивления теплопередаче стен исключает последующую корректировку рабочих чертежей, так как дает возможность принять наиболее эффективное решение еще до их разработки. Это позволяет сократить сроки проектирования и повысить его качество.

Разработанный в диссертации метод выбора диапазона наружных температур, который должен наблюдаться в период экспертизы тепло защиты, использован при испытаниях фрагментов наружных стен в климатических камерах с имитацией условий, приближенных к натурным. Снижение в пределах допустимой погрешности температуры, иммитируемой в холодном отсеке камеры, по сравнению с ее расчетным значением, позволило получить годовую экономию холода около 357 ВДж.

Широкое внедрение методики экспертизы теплозащиты зданий с последующим ее доведением до требуемого уровня позволит улучшить температурно-влажностный режим в помещениях и снизить общие теп-лопотери жилых зданий, подлежащих ремонту, не менее, чем на 15.. 20%.

5. Общие выводы и рекомендации.

1. Анализ данных натурных наблюдений показал, что в эксплуатируемых 10.15 лет крупнопанельных жилых зданиях, подлежащих ремонту, их фактические теплопотери превышают современные нормы теряетс⁷⁴. .84%всего тепла. Это различие на 22.25%, а через стены и окнаЧ/оОусловлено старение норм проектирования, целым рядом скрытых дефектов наружных ограждений их увлажнением в процессе эксплуатации вследствие воздействия атмосферных осадков, бытовых: процессов с повышенным выделением влаги и утечек воды из систем теплоснабжения.

2. Анализ существующих теплотехнических норм, показателей и методик экспертизы теплозащиты зданий показал, что дальнейшее их совершенствование необходимо осуществлять в направлениях: разработки показателя, объединяющего основные показатели теплозащиты и величины, характеризующие ее фактическую структуруразработки надежных методов оперативного получения фактических значений показателей теплозащиты, обеспечивающих определение толщины слоя дополнительного утепления с допустимой погрешностьюобоснования количества теплотехнических параметров, подлежащих контролю, точек их измерения и помещений, подлежащих обследованию, их распределение в здании, а также методов измерений, учитывающих влияние на значение приведенного теплового потока неслучайных (конструктивной термической неоднородности стен, этажа, ориентации и т. п.) и случайных (дефектов, интенсивности и характера бытовых процессов и т. п.) факторов, обусловливающих различие локальных значений теплового потока и условий теплопередачиразработки методики оценки теплозащиты с учетом соблюдения норм теплопотерь через.

2 2 I м стен вместе с окнамиI м общей площади и других показателей, характеризующих ее состояниеповышения оперативности экспертизы путем использования и совершенствования быстродействующей портативной, малогабаритной тепловизионной и другой аппаратурыразработки методики оценки теплозащиты и установления допустимых пределов погрешности результатов экспертизы.

3. Оценку эффективности теплозащиты зданий с учетом их объемно-планировочных решений и конструкций наружных ограждений целесообразно производить с использованием предложенного показателя теплозащиты — требуемого, исходя из соблюдения норм теплопотерь, сопротивления теплопередаче стен и полученных в работе предельных значений коэффициентов остекления. С целью повышения оперативности оценки построены графики и составлены таблицы для всех расчетных климатических условий СССР и конструкций заполнений светопроемов, наиболее широко применяемых в жилищном строительстве.

4. Для принятия корректного решения о толщине минимального слоя дополнительного утепления наружных ограждений с целью повышения их теплозащитных качеств до уровня требуемых норм разработана методика определения величины допустимой погрешности результата экспертизы с учетом предполагаемого вида утеплителя и способа утепления.

5. Для обеспечения погрешности результата в допустимых пределах, экспертизу теплозащиты зданий необходимо производить при диапазоне наблюдаемых наружных температур, Численном по выведенным в работе зависимостямнатурные исследования показали, что для снижения погрешностей целесообразно усовершенствовать прибор

ИТП-II, обеспечив пределы измерений от 10 до 250 Вт/м2 с интервар лом переключений не более 25 Вт/м .

6. Выявлено, что с целью учета конструктивной термической неоднородности наружных ограждений крупнопанельных жилых домов при экспертизе их теплозащиты необходимо измерять тепловые потоки не менее чем в шести зонах: по вертикальному рядовому и угловому стыкам (ширина зоны 400 мм) — по горизонтальному стыку над полом (200 мм от центра стыка) — по периметру световых проемов (200 мм от края откоса) — над световыми проемами (на всю высоту от края откоса до центра горизонтального стыка) — по основному полю (за вычетом вышеперечисленных зон) — по очертаниям, обнаруженным при помощи тепловизора в местах повышенных теплопотерь.

7. При надежности результата экспертизы 0,95 количество измерений тепловых потоков в каждой конструктивной условно термически однородной зоне и количество обследуемых помещений можно принять равным 16, так как экспериментально подтверждена гипотеза о соответствии фактического распределения значений плотности тепловых потоков через наружные ограждения крупнопанельных зданий нормальному закону распределения случайных величин.

8. Учет влияния неслучайных факторов (этажа, ориентации, способа проветривания и т, п.) на плотность приведенного теплового потока через наружные•ограждения при выборке обследуемых помещений необходимо производить путем обеспечения долевого представительства каждого из них в выборке, а влияние на условия теплопередачи случайных факторов (интенсивности и характера бытовых процессов и т. п.) при определении конкретных обследуемых помещений в пределах каждой зоны целесообразно учитывать методом рандомизации.

9. Влияние термической неоднородности ограждений, обусловленной случайными факторами, в пределах каждой, конструктивно однородной зоны, на величину плотности среднего теплового потока можно учесть путем использования при измерениях метода «скользящей точки» .

10. Разработана методика экспертизы теплозащиты зданий, подлежащих ремонту, которая позволяет оперативно получать фактические значения показателей теплозащиты здания в целом с заданной надежностью и обеспечивает определение толщины слоя дополнительного утепления с целью доведения теплозащиты до требуемого уровня, с допустимой погрешностью. Методика внедрена при обследовании теплозащиты крупнопанельных жилых домов с получением экономического эффекта в размере 138,4 тыс. руб. в год.

II. Экспертиза теплозащиты крупнопанельного жилого дома серии 1КГ-480−16 в г. Киеве по разработанной методике показала, что фактический приведенный тепловой поток через стены вместе с окнами превышает нормативный на 22,9%, а приведенное сопротивление теплопередаче стен на 30% ниже требуемого, вычисленного с учетом соблюдения современных норм теплпотерь. Повышение теплозащиты обследованного жилого дома с учетом разработанных рекомендаций позволило снизить затраты на его отопление и получить экономический эффект в размере 17,3 тыс. руб. в год.