Для проверки и контроля соответствия нормативным требованиям фактических значений сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций зданий необходимо проводить экспериментальные исследования. Экспериментальные испытания проводятся в лабораторных или натурных условиях с соблюдением методики. Основным преимуществом натурных испытаний по сравнению с лабораторными является то, что испытательная конструкция находится в реальных условиях эксплуатации длительное время, за которое в ней произошли изменения тепловлажностного состояния. Недостатком данного метода является отсутствие доступа к внутренним частям конструкции (утеплителя) для определения причин уменьшения или увеличения сопротивления теплопередачи.
Рис. 1. Фотография жилого дома, в котором выполнялись экспериментальные исследования.
Для проведения натурных испытаний был выбран 24-этажный каркасно-монолитный жилой дом (рис. 1). Дом был введен в эксплуатацию в 2008 году. Из-за отсутствия возможности выполнить испытания из жилых помещений для исследования было взято плиту перекрытия на отметке +76,200 м, которая разграничивает неотапливаемый технический этаж и квартиры жителей. На жилом этаже находится технический коридор для доступа к машинному помещению лифтов и прокладки коммуникаций.
Именно на потолке этого коридора, который со всех сторон граничит с квартирами, выполнялись экспериментальные исследования. Средняя температура внутреннего воздуха составляла 20,6°С. Сечение и состав исследуемого перекрытия изображен на рис. 2.
Рис. 2. Состав плиты перекрытия.
Экспериментальные исследования проводились с помощью мобильного комплекса для определения энергоэффективных характеристик, тепловизора, пирометра, барометра и анемометра. Комплекс имеет 4 группы преобразователей теплового потока (тепломеров) для определения теплового потока и поверхностной температуры в 4 точках однородной ограждающей конструкции и 12 термопар для определения температуры окружающей среды и вблизи конструкции.
Выбранный участок перекрытия было разбито на 4 зоны (рис. 3, 4) площадью по 0,25м2, в центре каждой были расположены тепломеры и термопары согласно. Так как конструкция находится в установившемся режиме эксплуатации испытания проводились в течение 8:00. Данные записывались с интервалом 15 минут. На основе экспериментальных данных, было определено сопротивление теплопередачи, равное 3,08 м2 °С/Вт. Расчетное сопротивление теплопередачи конструкции равно 3,31 м2 °С/Вт.
Натурные исследования сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций отражают реальную картину состояния теплоизоляционной оболочки здания. В то же время, когда в результате исследований фиксируются отклонения от расчетных теплофизических характеристик конструкции, возникает вопрос определения первопричины этих отклонений и их влияние на конструкцию в течение всего срока эксплуатации. Для этого необходимо иметь возможность доступа к внутренним частям конструкции для проведения дополнительных измерений, взятия проб материалов конструкции и визуального осмотра. В эксплуатируемых зданиях, получить разрешение от владельцев помещений и эксплуатирующей службы для раскрытия конструкций (даже локально) практически невозможно. Поэтому проведение таких испытаний может выполняться до или параллельно с проведением ремонтных работ соответствующих конструкций, либо путем создания экспериментальных зданий или их частей. Уменьшение термического сопротивления конструкции покрытия в результате его эксплуатации в течение 6-7 лет можно объяснить изменениями температурно-влажностного состояния.
Для уменьшения затрат энергии на отопление зданий, улучшения их энергетических показателей и внедрение энергоэффективных мероприятий были введены в действие изменения в ДБН, по которым минимально допустимое значение сопротивления теплопередачи чердачных покрытий и перекрытий неотапливаемых чердаков составляет 4,95 м2 °С/Вт. То есть исследовательская конструкция не удовлетворяет теплотехнические требования современности. В качестве энергоэффективного мероприятия рекомендуется утеплить конструкцию чердачного покрытия.
Рис. 3. Размещение датчиков со стороны внешней части конструкции.
Были проведены исследования с помощью тепловизора, для определения участков покрытия с крупнейшими тепловыми затратами. На рис. 5 приведены термограмма конструкции покрытия, анализируя которую можно сделать вывод, что наиболее интенсивный тепловой обмен происходит по периметру парапетов дома.
Для улучшения энергетических показателей покрытия дома необходимо осуществить его дополнительное утепление. Наиболее рациональным является утепление чердачного перекрытия на участках шириной 1000 мм вдоль всех внешних стен экструдированным пенополистиролом толщиной 150 мм (плотность 20-50 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,035-0,042 Вт/(м°С)), а по всей поверхности чердачного покрытия – жесткой минераловатной плитой толщиной 100 мм (плотность 120-250 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,032-0,038 Вт/(м°С)).