Современные методы тепловизионных обследований нашли применение в различных отраслях промышленности. В электроэнергетике они используются для диагностики электрооборудования и воздушных линий электропередач. Неразрушающий тепловой контроль применяется при энергетических и комплексных обследованиях многоквартирных жилых домов, производственных зданий и установок. Он также используется при трассировке и оценке состояния изоляции трубопроводов теплотрасс.
Одним из важных преимуществ тепловизионных методов является возможность проведения дистанционных (бесконтактных) измерений температуры. Однако результаты измерений могут быть подвержены влиянию различных случайных факторов, таких как материалы, размеры и состояние излучающих поверхностей, угол отклонения и расстояние от объекта до тепловизора, состояние атмосферы (температура, влажность, скорость ветра и солнечная радиация), а также наличие внешних источников излучения. Поэтому в практической деятельности полученные результаты носят в основном качественный характер и позволяют определить места расположения дефектов и принять меры для их устранения [1–3].
С развитием технологий тепловизионных приборов и программного обеспечения для обработки термограмм становится возможным не только качественная оценка состояния объектов, но и количественное определение температуры поверхности в заданной точке.
Одной из важных практических задач теплотехники является наладка и пуск в эксплуатацию систем центрального отопления многоквартирных жилых зданий. Методы регулировки систем водяного двухтрубного отопления, которые применяются при наладке, а также их преимущества и недостатки подробно рассмотрены в работах [4, 5].
Эти методы предполагают наличие проекта системы отопления и возможности проведения технических измерений температуры или расхода теплоносителя во вновь построенных домах. Основные требования к проведению пусконаладочных работ изложены в стандарте ГОСТ Р 59501–2021 [6, 11].
При подготовке к капитальному ремонту здания необходимо провести обследование системы отопления. В этом случае часто отсутствует проектная документация, а также возникают трудности с измерениями в обустроенных квартирах.
Объектом обследования является жилой восьмиэтажный кирпичный дом 1992 года постройки со встроенными офисными помещениями по адресу: г. Самара, ул. Братьев Коростелевых, д. 81 (рис. 1).
Рис. 1. Ситуационный план (а) и фасад восьмиэтажного жилого дома (б)
Поводом к проведению обследования системы отопления послужили жалобы жильцов на плохую работу системы отопления: низкая температура в квартирах с первого по четвёртый этажи (подъезды №1–6) в отопительный период.
Целью работы является выявление фактического состояния системы в плане подготовительных мероприятий по капитальному ремонту системы отопления здания. Были запланированы и проведены следующие работы:
- проведение визуального и инструментального (тепловизионного) обследования жилого здания, предшествовавшего плановому капитальному ремонту системы отопления;
- восстановление утраченной и составление фактической монтажной документации системы отопления подъездов №1–7;
- анализ результатов обследования и разработка рекомендаций по наладке системы отопления жилого здания.
Результаты предварительного обследования МЖД
Многоквартирный жилой дом (МЖД) со встроенными офисными помещениями; число этажей — восемь. Высота этажа — 3 м. Размер окон — 1,2×1,4 м. Наружная несущая стена: толщина — 560 мм, материал стен — кирпич. Общая площадь квартир — 13030,9 м². Площадь помещений общедомовой собственности составляет 2523,1 м². Общее количество квартир — 125 шт. Число жильцов — 224 человека.
Система теплоснабжения — четырёхтрубная, отопление осуществляется по зависимой схеме от четырёх ИТП (Qmax = 0,883 Гкал/ч), горячее водоснабжение — от ЦТП (0,537 Гкал/ч).
Узлы учёта тепловой энергии на ИТП не установлены. Система отопления — однотрубная с верхней разводкой. Расчётная температура наружного воздуха tнвр = −30°C [10]. Расчётная температура воздуха внутри помещений tнв = 18°C [10].
Температурный график тепловой сети, согласно договору на теплоснабжение, составляет 135/70°C со срезкой при 121°C и спрямлением при 70°C. Температурный график системы отопления здания — 95/70°C.
Проектная/исполнительная документация для данного объекта, как и для большинства зданий, была утеряна в ходе многочисленных смен управляющих компаний, а поэтажные планы помещений здания были получены в Бюро технической инвентаризации (БТИ). Поэтому одной из задач в ходе исследования было восстановление проектной схемы системы отопления с расчётом тепловых нагрузок.
Обследование и расчёт элеваторных узлов ИТП
Для проведения анализа работы системы отопления здания сначала необходимо убедиться в правильности работы элеваторных узлов индивидуального теплового пункта (ИТП). Правильность работы элеваторного узла оценивается по коэффициенту смешения. Параметры элеватора (диаметры выходного сечения сопла и камеры смешения) рассчитываются для определённых условий (плотность сетевой воды и объёмные расходы), и расчётный коэффициент смешения элеватора будет достигаться только при этих условиях.
При отклонении значений температур и плотности «прямой» сетевой воды от расчётных величин для элеватора изменятся значения расходов воды через сопло, линию подмешивания и диффузор элеватора. При этом расход воды через диффузор равен расходу воды в местной системе отопления. Таким образом, расчётный режим работы элеватора определяется температурой воды в подающей линии тепловой сети, а значит температурой наружного воздуха.
Расчётный коэффициент смешения элеваторного узла по графику 135/70°C [12]:
Для определения фактического коэффициента смешения узла необходимо знать температуры элеватора Т1, Т2 и Т3, однако стационарные термометры на элеваторных узлах индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) №1–4 после элеватора не предусмотрены, поэтому в дальнейшем используются результаты тепловизионных измерений М1, М2 и М3, как это показано на рис. 2а и в табл. 1.
Рис. 2. Термограммы элеваторного узла ИТП No4 (а) и отопительного прибора МС-140М (б) с указанием контрольных точек измерения температуры поверхности М1, М2 и М3
Коэффициент смешения элеваторного узла, вычисленный по термограмме на рис. 2 от 5 апреля 2016 года, для ИТП №4 составляет:
Относительный расход воды в системе при tнв = 3°C вычислялся по следующему соотношению [12]:
Фактический расход воды в системе отопления при графике 95/70°C составляет величину:
Gф4 = y4Gр4 = 2,833×1,492 = 4,277 т/ч.
Результаты расчёта коэффициентов смешения uт по данным термографирования элеваторных узлов ИТП №1–4 сведены в табл. 1. Результаты расчёта относительных и фактических расходов по ИТП представлены в табл. 2. Расчётный расход воды по объекту на отопление при графике 135/70°C составляет 13,585 т/ч, а по термограммам при графике 95/70°C он равен 24,67 т/ч.
Анализируя табл. 2 можно сделать вывод о том, что коэффициент смешения uф отличается от расчётного uр для всех ИТП.
Для устранения несоответствия необходимо произвести ревизию элеватора: проверить качество обработки камеры смешения, соосность корпуса элеватора с соплом, проконтролировать внутреннюю конусность сопла элеватора, уточнить расстояние от конца сопла до входа в камеру смешения, оптимальное расстояние составляет величину 1,5d или 3,8d (здесь d — диаметр сопла).
Визуальное обследование системы отопления
В ходе обследования было зафиксировано расположение стояков системы отопления и радиаторов, определено количество секций радиаторов, наличие замыкающих участков и запорной арматуры, закрытие декоративными панелями отопительных приборов.
Было выявлено, что собственники квартир в процессе эксплуатации внесли изменения в тепловую схему системы отопления. Так, по ИТП №3 (подъезд №1) из 96 запроектированных чугунных радиаторов МС-140М: было демонтировано 17 шт.; заменены на биметаллические (сталь + алюминий) радиаторы типа Ogint РБС-500–18 шт.; закрыты декоративными панелями — 14 шт.; зашлакованы — 2 шт. Всё вышеперечисленное привело к неравномерному распределению теплоносителя и снижению теплоотдачи отопительных приборов в помещениях.
Для удобства дальнейшей работы приведём все радиаторы к проектному типу МС-140М и нормальному состоянию. Число секций приведённого радиатора Nпр определим следующим образом:
Nпр = NфKпрKyKш,
здесь Nф — количество секций фактического радиатора, шт.; Kпр — коэффициент приведённой мощности, который определяется как
Kпр = qф/qпр,
где qф — фактическая мощность одной секции радиатора, Вт; qпр — мощность одной секции радиатора МС-140М (qпр = 160 Вт или 0,0001376 Гкал/ч), для биметаллического радиатора Ogint РБС-500 мощностью 190 Вт коэффициент приведённой мощности равен 1,1875; Ky — коэффициент установки радиатора, который учитывает расположение отопительного прибора, наличие декоративных панелей и отверстий в панелях [5], при этом наблюдается снижение мощности нагревательного прибора, максимальное значение коэффициента Ку = 1,12–1,2; Kш — коэффициент зашлакованности отопительного прибора, определяемый как:
Kш = 1 — Nш/N,
где N — общее количество секций; Nш — количество зашлакованных секций.
Инструментальное обследование
Инструментальное тепловизионное обследование существующей системы отопления проводилось одновременно с визуальным обследованием с целью фиксации поля температур, выявления дефектов в работе оборудования.
Измерение температуры поверхности конструктивных элементов системы отопления осуществлялось:
- в верхних коллекторах-«лежаках» (за контрольные точки принимались места присоединения стояков к коллектору);
- в нижних коллекторах-«лежаках» (температура специально не измерялась, а принималась равной температуре на выходе из радиаторов первого этажа);
- на последовательно включённых радиаторах (за контрольные точки принимались на входном и выходном патрубке радиатора — рис. 2б);
- на радиаторах, включённых параллельно стояку, на входном и выходном патрубках, а также участке стояка ниже точки присоединения выходного патрубка радиатора;
- температура внутреннего воздуха в помещении определялась по контрольной точке на поверхности предмета, находящегося в помещении на расстоянии более 1 м от наружной стены и пола, в течение длительного времени.
Измерения проводились в сухих отапливаемых помещениях с помощью инфракрасного тепловизора Testo 882, имеющего допустимую погрешность ±2°C в диапазоне температур от −20 до +100°C.
Анализ результатов обследования системы отопления подтвердил неравномерное распределение теплоносителя и снижение теплоотдачи отопительных приборов, размещённых в помещениях. Сводный поэтажный анализ результатов измерений температуры в радиаторах будет представлен ниже.
Обследование системы отопления здания проводилось с 20 марта по 5 апреля, поэтому для приведения измеренных значений температуры к сопоставимым результатам использовались коэффициенты приведения для подающего и обратного трубопроводов:
k1от = T1от.max/T1от.i и
k2от = T2от.max/T2от.i,
где T1от.max и T2от.max — максимальное значение среднесуточной температуры в подающем трубопроводе и соответствующее ему аналогичное значение в обратном на интервале наблюдения; T1от.i и T2от.i — среднесуточные температуры в подающем и обратном трубопроводах в i-е сутки на интервале наблюдения.
Значения коэффициентов приведения на интервале наблюдения представлены в табл. 3. По результатам обследования были составлены схемы разводки по этажам (рис. 3), аксонометрическая схема разводки поэтажной системы отопления подъезда и система нумерации стояков в ИТП. При обследовании верхних левого и правого коллекторов («лежаков») определялись последовательность подключения стояков от подъёмного стояка и температура в точке присоединения.
Рис. 3. Схема разводки системы отопления первого этажа
Для каждого стояка составляется «Ведомость обследования и результатов измерений температуры в контрольных точках», например, для ИТП №3 стояк №1 (ст. 3–1) эта «Ведомость…» включала:
- этаж (начиная с восьмого), номер квартиры;
- количество секций, тип радиатора (чугунный или биметаллический);
- температуры по результатам измерений (T1 — на входе радиатора, T2 — на выходе радиатора, Tв — в помещении);
- количество секций приведённого (чугунного) радиатора;
- расчётные приведённые температуры (T1п = k1отT1 — на входе радиатора, T2п = k2отT2 — на выходе радиатора, перепад ∆Tп = T1п — T2п);
- перепад ∆T = Tв — Tнв;
- схема подключения радиатора (последовательная или параллельная);
- жалобы на работу системы отопления и примечания.
Заключение
В процессе разработки методики оценки фактического состояния системы отопления в плане подготовительных мероприятий по капитальному ремонту многоквартирного жилого здания рассмотрены основные этапы работ: подготовка и проведение визуального и инструментального) обследования жилого здания; восстановление утраченной и составление фактической монтажной документации системы отопления подъездов №1–7; подготовка форм материалов для анализа результатов обследования и разработки рекомендаций по наладке системы отопления жилого здания. Характерной особенностью методики является применение наиболее технологичного метода получения информации о состоянии отопительной систем и оборудования, то есть проведение бесконтактной тепловизионной съёмки поверхности.
Предложенный подход позволяет сделать заключение о качестве эксплуатации системы отопления зданий управляющими компаниями и собственниками квартир, выявить проблемы и разработать мероприятия по их устранению.
