Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций — один из важнейших теплофизических показателей и напрямую влияет на класс энергетической эффективности здания. Этот показатель отражает способность конструкции сопротивляться утеканию тепловой энергии из внутреннего пространства здания наружу. При натурных испытаниях для вычисления значения приведенного сопротивления теплопередаче ограждающая конструкция делится на примерно равные участки, для каждого из которых определяется термическое сопротивление и площадь поверхности.
Чтобы определить термическое сопротивление участков, в центре каждого из них устанавливаются датчики температуры и плотности тепловых потоков, запрограммированные на запись показателей с заранее определенным интервалом времени в течение продолжительного периода (как правило, каждые 10 минут в течение 10 суток). Таким образом, количество снятых показаний получается порядка 1500 на каждый датчик.
Для вычисления значения приведенного сопротивления теплопередаче конструкции используются значения внутренних температур поверхности этой конструкции и температур наружного воздуха, а также значения плотности тепловых потоков, проходящих через неё, за единицу времени.
Приведенное сопротивление теплопередаче, согласно ГОСТ Р 56623-2015, вычисляется по формуле:
(1)
n - число зон, на которые разделен фрагмент в соответствии с установкой датчиков температуры и тепловых потоков; αint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции; αext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода; Fi - площадь i-ого участка ограждающей конструкции, м2; Rik - термическое сопротивление i-ого участка ограждающей конструкции, м2·оС/Вт.
(2)
tiint - температура внутренней поверхности i-ого участка ограждающей конструкции, оС; tiext - температура вблизи наружной поверхности i-ого участка ограждающей конструкции, оС; qi - плотность теплового потока через i-й участок ограждающей конструкции, Вт/м2.
Основная проблема такого подхода заключается в том, что в процессе мониторинга (при условии, что значения температур на внутренней поверхности стены и температур наружного воздуха близки друг к другу) плотность тепловых потоков за определенный период времени может равняться нулю, что влечёт за собой дальнейшее исключение всех снятых показаний со всех приборов из расчёта за тот же период времени, а это, в свою очередь, увеличивает абсолютную погрешность результатов измерений.
По итогам теплофизических испытаний несветопрозрачных ограждающих конструкций за 2018-2019 годы, Отделом экспертиз зданий и сооружений на соответствие теплотехническим и акустическим требованиям ГБУ ЦЭИИС было проведено научное исследование в отношении альтернативного подхода к расчётам приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.
Суть подхода заключается в использовании средней плотности тепловых потоков через всю исследуемую конструкцию и исключении термического сопротивления участков из расчёта, используя всё те же исходные данные. Это позволяет избежать вырезания результатов испытаний в тех случаях, когда плотность тепловых потоков через конструкцию равняется нулю и свести погрешность к минимуму.
Таким образом, в результате исследования, для расчёта приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции была выведена формула:
(3)
n - число зон, на которые разделен фрагмент в соответствии с установкой датчиков температуры и тепловых потоков; αint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции; αext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода; tiint - температура внутренней поверхности i-ого участка ограждающей конструкции, оС; tiext - температура вблизи наружной поверхности i-ого участка ограждающей конструкции, оС; Fi - площадь i-ого участка ограждающей конструкции, м2; Q – средняя плотность тепловых потоков через ограждение, Вт/м2.
(4)
Fi - площадь i-ого участка ограждающей конструкции, м2; qi - плотность теплового потока через i-й участок ограждающей конструкции, Вт/м2.
Впрочем, можно не учитывать общую площадь конструкции, упростив формулу до вида:
(5)
Результаты обоих методов показывают почти абсолютную сходимость в значениях приведенного сопротивления теплопередаче, со средним отклонением менее 1%! Для большей достоверности в качестве примеров для исследования были взяты конструкции из различных материалов с разных домов при отсутствии стационарного режима во время испытаний. Для наглядности результаты представлены с разрядностью в 6 знаков после запятой, на практике же итоговые значения всегда округляются до «сотых».
|
№ п/п |
Объект |
Расчёт через термическое сопротивление |
Расчёт с использованием средней плотности тепловых потоков |
Отклонение, % |
|
1 |
ЮВАО, Нижегородский, Рязанский пр. вл. 2 |
3,407862 |
3,412507 |
0,136 |
|
2 |
СВАО, Бабушкинский, Коминтерна ул. вл. 12 |
1,774104 |
1,775743 |
0,092 |
|
3 |
НАО, Сосенское, вблизи пос. Коммунарка, уч. 29 |
1,77411 |
1,772312 |
-0,101 |
|
4 |
САО, Тимирязевский, Тимирязевская ул. вл. 8 |
2,32115 |
2,321222 |
0,003 |
|
5 |
ЗАО, Очаково-Матвеевское, Аминьевское шоссе |
2,760539 |
2,768788 |
0,298 |
|
6 |
ЮВАО, Рязанский, Рязанский пр. |
1,46859 |
1,469564 |
0,066 |
Ниже приведены графики зависимости и сравнения показателей на примере одного из объектов. При этом абсолютное значение среднего отклонения (Δср) составляет – 0,00164 м2·оС/Вт.
ВАО, Бабушкинский, Коминтерна ул. вл. 12
Конечно же, речь идёт исключительно о единичных просадках плотности тепловых потоков в течение всего периода испытаний, в противном случае эксперимент можно (и нужно) считать провалившимся, потому как такие данные не отражают реальную ситуацию и являются сильно искаженными, поэтому крайне важно анализировать полученную информацию. Как итог имеем альтернативный метод расчёта приведенного сопротивления теплопередаче, позволяющий избежать фильтрование исходных данных. Справедливости ради, стоит отметить, что для конструкций окон и витражей такой альтернативный подход применить не получится – слишком велика разница площадей различных элементов конструкции и их теплофизических свойств, что влечёт за собой огромные потери при усреднении плотности тепловых потоков.
Список использованной литературы:
ГОСТ Р 56623-2015. Национальный стандарт Российской Федерации. Контроль неразрушающий. Метод определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.
Материал подготовил:
Инженер-эксперт Отдела экспертиз зданий и сооружений на соответствие теплотехническим и акустическим требованиям ГБУ "ЦЭИИС" Котельников. Д.Е.