ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВИЗИОННОЙ ТЕХНИКИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ В ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОМ ХОЗЯЙСТВЕ И КРИТЕРИИ ЕЁ ВЫБОРА

Кузьмин М.В., Петроченко И.В., Милованов С.В., Котик Р.Л.

Кузьмин М.В., Член экспертного комитета НП СРО «Гильдия Энергоаудиторов», начальник отдела тепловизионных обследований ООО «ЭнергоСеть», г. Москва., Петроченко И.В., специалист по оптико-электронным системам, ООО «Панатест». , Милованов С.В., заместитель генерального директора ООО «Панатест», г. Москва, Котик Р.Л., начальник СДЭТО ИЦ филиала ОАО «ДРСК» - «Амурские электрические сети», г. Благовещенск.

В 50-х годах XX века было положено начало созданию и развитию различных систем для дистанционной фиксации температур. За прошедшие десятилетия приборы для фиксации инфракрасного диапазона электромагнитного спектра претерпели кардинальные изменения, что позволило их использовать в самых различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, науке, военном деле и медицине. Современный прибор для инфракрасного контроля – тепловизор, представляет собой малогабаритное мобильное устройство для преобразования электромагнитного излучения ИК-диапазона в видимое изображение с последующей фиксацией и обработкой, обладающее значительным периодом автономной работы, приемлемой чувствительностью, разрешением, быстродействием, объёмом памяти и другими параметрами, необходимыми для проведения качественных работ.

На сегодняшний день существует целый ряд современных приборов различных зарубежных и отечественных производителей для дистанционного измерения тепловых полей, отличающихся между собой по всевозможным техническим, эргономическим и экономическим параметрам. Наиболее известные, достаточно давно представленные на рынке России и заслужившие доверие потребителей две давно конкурирующие фирмы - NEC Avio Infrared Technologies Co. Ltd. (Япония-США) и FLIR Systems Inc (Швеция – США). Однако стоит отметить, что в последние годы на рынок инфракрасной техники выходят и другие, новые, производители ИК-техники, представленные, как правило, компаниями, базирующими своё производство по всему миру. Это такие фирмы, как Fluke, Guide, Sat Infrared technologies, заявляющие весьма смелые и многообещающие технические параметры, но, как правило, пока ещё далеко не всегда их выдерживающие, имеющие значительный процент производственного брака. Модели этих производителей базируются на аморфно-силиконовых болометрических матрицах, которые отличаются меньшей стабильностью, как временной, так и геометрической в пределах размера самой матрицы. Текущее временное значение температуры стабилизированного источника АЧТ (абсолютно черного тела) в заданной точке в таких приборах может иметь дрейф до 1,5 - 2ºС в минуту при 25ºС. Такого же порядка погрешность может иметь по диагонали сама матрица. Так же эти производители не могут предоставить конкурентоспособное ведущим мировым «брэндам» программное обеспечение, удобно и наглядно позволяющие обрабатывать большие массивы измерительных данных. Такое программное обеспечение предоставляется потребителю только от FLIR - Build IR SW, (оплачивается отдельно), либо InfReC Analyzer NS9500LT от NEC, входящее в стандартную комплектацию камер G и R серий.

Преодолеть вышеуказанный недостаток аморфносиликоновых приёмников успешнее других удаётся в своих «флагманских» моделях Flir Systems за гораздо большие средства. К сожалению, для потребителя, в метрологических приборах по другому быть и не может. Другой вариант – применять приборы с более стабильными болометрическими приёмниками на основе оксидов ванадия, с более устойчивыми характеристиками, особенно в низкотемпературной области. Пример такой успешной реализации – камеры R300 и G100/120 от NEC Avio Infrared Technologies. Отметим чрезвычайно удобный, гибкий в настройках интерфейс управления камер G100/120, позволяющий уже на стадии работы оператора контролировать температуры, излучающие способности выбранных точек, областей, температурные тренды в реальном времени, отображать изотермы, применять статистические и медианные фильтры, задавать предустановки для различных условий работы. Некоторые модели от Flir Systems тоже имеют наборы из перечисленных возможностей, но это уже, в большей мере на стадии обработки в ПО.

Итак, какие требования на сегодняшний день нужно предъявлять к оборудованию для энергоаудита зданий и сооружений? Прежде всего, это достаточные для диагностики протяженных объектов на значительных расстояниях технические характеристики:

1. пространственное разрешение камеры, определяемое относительным отверстием оптики и размерами одного элемента фотоприёмника (наиболее ходовой размер матрицы 320х240 элементов, QVGA).
2. температурная чувствительность (лучше 0,1ºС) – способность прибора определять минимальные температурные разности, позволяющая правильно учитывать «энергоотдачу» сооружения при малых температурных разностях с окружаюещей средой;
3. температурная устойчивость системы, что весьма важно для российского климата - возможность адекватных измерений при значительных минусовых температурах среды. Характерной устойчивостью к работе в таких жестких условиях обладают лицензионные матрицы производства «Boeing» на основе оксида ванадия (VOх), которыми комплектуются тепловизоры NEС, их, так же, характеризует неординарная метрологическая стабильность. Из приборов, заявленных на сегодняшний день на рынке, лишь эти модели декларируют диапазон измерений температур от - 40ºС, к ним присоединяется серия Р6ХХ от FLIR Systems, по цене в 1,5-2 раза большей.

Далее, следует учитывать:

1. Качество представления метрологической информации и возможность обработки этой информации как самим прибором, так и программным обеспечением.
2. Простоту и удобство средств управления камерой.
3. Цену

Приведём сравнительную таблицу характеристику камер, соответственно установленным выше критериям, согласно заявленным производителями характеристикам.

Повышение эффективности использования электрической, тепловой энергии становится в настоящее время одним из приоритетных направлений науки и техники. В этой связи, особую значимость приобретают современные методики и приборы для диагностики, позволяющие объективно оценивать состояние объектов и их соответствие нормам энергоэффективности. Экономическая обусловленность применения таких технологий для народного хозяйства будет увеличиваться по мере постоянного роста тарифов и цен на энергоносители, вывода из строя выработавших свой ресурс промышленных объектов. Об этом напрямую говорится в Указе Президента Российской Федерации от 4 июня 2008 года за № 889: «.. в 2008 –2009 годах принять меры по техническому регулированию, направленные на повышение энергетической и экологической эффективности таких отраслей экономики, как электроэнергетика, строительство, жилищно-коммунальное хозяйство, транспорт…». Особую роль в этой связи будут иметь возможности, предоставляемые тепловизионным дистанционным контролем для сферы жилищно-коммунального хозяйства.

Возможности применения таких приборов для этой сферы очень широки и позволяют оперативно и с высокой точностью обнаруживать дефекты, устранение которых значительно повысит энергоэффективность, безопасность и комфорт проживания и работы в обслуживаемых зданиях. Ниже рассмотрим наиболее серьезные и часто встречающиеся дефекты.

Перегревы контактных соединений и изоляции внутренней и наружной электропроводки. Опасность этого рода дефектов сложно переоценить и довольно сложно обнаружить без применения приборов инфракрасной техники. Без постоянного и планомерного обслуживания электрооборудования начиная с момента его ввода в эксплуатацию, обнаружить дефекты чаще всего представляется возможным лишь на такой стадии развития, когда дефект сопровождается соответствующим запахом, говорящим о перегреве и повреждении изоляции или авариями. Такие дефекты нередко приводят к массовому выходу из строя различных электроприборов вследствие отгорания нулевого провода, повреждению самого электрооборудования и, как следствие, перебоям в электроснабжении и даже пожарам.

Рис.1. Ячейка 0,4 кВ, перегрев болтового соединения «нулевой» жилы кабеля.

На приведенном рисунке изображена ячейка 0,4 кВ, перегрев болтового соединения «нулевой» жилы кабеля. Согласно РД 34.45-51.300-97 «Объём и нормы испытаний электрооборудования» дефект классифицируется как аварийный, но без использования инфракрасной техники его своевременное выявление не представляется возможным. Однако применение тепловизора позволяет обнаружить такого рода дефекты в считанные минуты.

Второе, наиболее широкое направление использования тепловизоров для инспекционного контроля зданий – обнаружение мест утечек тепла и присосов холодного воздуха, что является неотъемлемой частью энергетического обследования в рамках проведения энергоаудита. Здесь спектр выявляемых проектных, строительных и эксплуатационных недостатков зданий необычайно широк – некачественные керамзито-бетонные панели, некачественная либо износившаяся заделка панельных швов, пропуски пенополистирольной закладки между несущей и прижимной стенами, некачественный монтаж окон и дверей либо использование некачественных изделий, недостаточное либо утратившее свои свойства утепление чердачных помещений и множество других дефектов.

Тепловизионное обследование является мощнейшим инструментом для решения обозначенных выше задач. Энергетический аудит предприятий важное и, несомненно, полезное мероприятие, позволяющее выявить проблемные участки и направления в области энергосбережения. Однако в последнее время стали чаще встречаться руководители, которые пытаются формально подойти к энергетическому обследованию, т.е. получить обязательный энергетический паспорт с минимальными затратами.

Минимилизация затрат сводится к одному - отказу от проведения инструментального обследования, но сами того не понимая руководители уходят от достижения главной цели энергетического обследования - получения объективных данных об объеме используемых энергетических ресурсов (см. статью 15 №261-ФЗ).

Получить объективные (фактические) данные без проведения инструментальных обследований и мониторинга невозможно. Особое недоумение у ряда руководителей вызывает необходимость проведения комплексного тепловизионного обследования зданий и сооружений. Дескать, для чего это нужно и где на законодательном уровне закреплено обязательное проведение комплексного тепловизионного обследования зданий и сооружений в рамках энергоаудита?

Действительно, открытым текстом указаний по поводу проведения обязательного комплексного тепловизионного обследования зданий в ФЗ №261 не приведено, но одним из отчетных документов по результатам энергоаудита предприятия является энергетический паспорт, составляемый в соответствии с приказом Минэнерго №182 от 19.04.2010г.

В вышеуказанном паспорте необходимо заполнить два обязательных приложения №12 и №24 касающиеся зданий и сооружений. В приложении №12 следует указать значения фактической удельной тепловой характеристики здания, строения сооружения за отчетный (базовый год), а в приложении №24 класс энергетической эффективности здания. Фактическое значение удельного потребления тепловой энергии здания определяется в соответствии с требованиями ГОСТ 31168-2003 «Здания жилые. Метод определения удельного потребления тепловой энергии на отопление».

Приведём некоторые выдержки из ГОСТ 31168-2003:

• п. 7.5 При экспериментальном определении сопротивления теплопередаче наружных ограждений (стен, окон, покрытий, чердачных перекрытий и перекрытий пола 1-го этажа) приборы определения приведенного коэффициента теплопередаче, датчики тепловых потоков и температур устанавливают в соответствии с требованиями ГОСТ 31166, ГОСТ 26254 и ГОСТ 26602.1 соответственно. Места теплотехнических неоднородностей рекомендуется выявлять тепловизионным методом по ГОСТ 26629.
• п. 10.3 Класс энергетической эффективности здания следует устанавливать согласно классификации СНиП 23-02б, по величине отклонения (в процентах) фактического значения удельного потребления тепловой энергии qh на отопление здания, от нормируемого значения СНиП 23-02.
• п. 10.4 При выявлении класса Д следует выполнить экспериментальное определение сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций по 7.5 и их воздухопроницаемости по 7.6, вычислить согласно СНиП 23-02 общий коэффициент теплопередачи К_m по этим экспериментальным значениям, сопоставить его с измеренным по 9.10 и выявить причины, по которым испытываемое здание было отнесено к этому классу.

В п.п. 11.2 и 11.4 СНиП 23-02-2003 сказано:

• п. 11.2 Контроль нормируемых показателей тепловой защиты и ее отдельных элементов эксплуатируемых зданий и оценку их энергетической эффективности следует выполнять путем натурных испытаний, и полученные результаты следует фиксировать в энергетическом паспорте. Теплотехнические и энергетические показатели здания определяют по ГОСТ 31166, ГОСТ 31167 и ГОСТ 31168.
• п. 11.4 При приемке зданий в эксплуатацию следует осуществлять: согласно ГОСТ 26629 тепловизионный контроль качества тепловой защиты здания с целью обнаружения скрытых дефектов и их устранения.

Также, согласно статьи 15 «Энергетическое обследование» ФЗ от 23.11.2009 N 261-ФЗ:

«…2. Основными целями энергетического обследования являются:

1. получение объективных данных об объеме используемых энергетических ресурсов;
2. определение показателей энергетической эффективности;
3. определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
4. разработка перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведение их стоимостной оценки.

По результатам энергетического обследования проводившее его лицо составляет энергетический паспорт и передает его лицу, заказавшему проведение энергетического обследования.

Энергетический паспорт, составленный по результатам энергетического обследования, должен содержать информацию:

1. об оснащенности приборами учета используемых энергетических ресурсов;
2. об объеме используемых энергетических ресурсов и о его изменении;
3. о показателях энергетической эффективности;
4. о величине потерь переданных энергетических ресурсов (для организаций, осуществляющих передачу энергетических ресурсов);
5. о потенциале энергосбережения, в том числе об оценке возможной экономии энергетических ресурсов в натуральном выражении;
6. о перечне типовых мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности. …»

Таким образом, можно сделать вывод, что без проведения натурных испытаний в т.ч. без проведения комплексного тепловизионного обследования получить фактические данные и заполнить энергопаспорт не является возможным.

Также существует целый ряд нормативных документов, определяющих обязательное использование тепловизоров при проведении обследований зданий различного назначения: РД ЭО 1.1.2.99.0007-2011, введён в действие

Приказом ОАО "Концерн Росэнергоатом" № 9/1285-П от 12.12.2011. "Типовая инструкция по эксплуатации производственных зданий и сооружений атомных станций"; МДС 13-20.2004 «Комплексная методика по обследованию энергоаудиту реконструируемых зданий»; Разработана Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений ОАО «ЦНИИПромзданий»; СТО 00044807-001-2006 «Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий»; разработан Российским обществом инженеров строительства (РОИС), ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом РОИС от 21 февраля 2006 г. № 8-12 с 1 марта 2006 г. Постановление правительства Москвы от 19.12.2006 г. №1030-ПП; ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния», УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 марта 2010 г. № 37-ст.

Приведем несколько примеров характерных дефектов теплозащиты зданий, которые невозможно выявить без применения тепловизионного обследования:

Рис.2. Температурная аномалия на поверхности наружной стены здания.

Рис.3. «Мостики холода» в сэндвич-панелях.

Рис.4. Нарушение теплоизоляции водогрейного котла.

Комплексное тепловизионное обследование является единственным высокоэффективным методом получения объективной информации о реальном состоянии ограждающих конструкций зданий и сооружений, системы отопления и микроклимата в помещениях в натурных условиях. Оно дает возможность оценить тепловые потери через ограждающие конструкции здания, как на момент проведения обследования, так и при расчетных условиях эксплуатации.

Литература

1. Постановление Правительства Москвы от 11.12.2007 г. № 1078-ПП «О концепции городской целевой программы «Энергосбережение в городе Москве на 2009-2013 гг. и на перспективу до 2020 года» и о первоочередных мероприятиях на 2008 год».
2. РД 13-04-2006 Методические рекомендации о порядке проведения теплового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах. Серия 28. Выпуск 11 /Колл. авт. – Под общей редакцией К.Б. Пуликовского. - М.: ОАО «Научно-технический центр по безопасности в промышленности», 2007.-32 с.
3. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Принят и введен в действие с 1 октября 2003 г. постановлением Госстроя России от 26.06.2003 г. № 113.
4. ГОСТ 26629-85 «Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций». Введен с 01.07.86 Постановлением Государственного комитете СССР по делам строительства от 5 октября 1985г. № 173.
5. Методика «Оперативный тепловизионный контроль качества состояния ограждающих конструкций». Разработчик ООО "ТехЭксерго". Регистрационный код МВИ – ФР.1.32.2003.00889.
6. Методика проведения тепловизионного обследования ограждающих конструкций зданий. Разработчик НИИСФ РАСН. Свидетельство №021/442-2003 об аттестации МВИ.
7. Методика диагностики и энергетических обследований наружных ограждающих конструкций строительных сооружений тепловизионным бесконтактным методом (летний вариант). Свидетельство об аттестации в Госстандарте РФ № 02/442-2002 от 09.08.02 г. /Будадин О.Н., Абрамова Е.В., Сучков В.И. – Технологический институт энергетических обследований, диагностики и неразрушающего контроля «ВЕМО», 2002г., 43 с.