Выявление скрытых дефектов тепловой защиты зданий и определение некоторых термических свойств конструкционных строительных материалов неразрушающим методом тепловидения

Цель. Целью работы является практическая апробация неразрушающего метода тепловидения для выявления скрытых (невидимых) дефектов и качественного анализа тепловой защиты комплекса строительных объектов в городе Вологде, а также исследования некоторых физических (теплофизических) показателей (коэффициентов теплопроводности, термического сопротивления (теплоизоляции) и теплопередачи) конструкционного строительного материала в виде кирпича силикатного.

Метод. Основополагающие законы теорий теплопередачи, теплового неразрушающего контроля, инфракрасной и технической диагностики, действующая отечественная нормативнотехническая и нормативно-правовая документация, натурные эксперименты на реальных объектах и лабораторных образцах.

Результат. Представлены итоги практического определения скрытых дефектов тепловых оболочек комплекса функционирующих в городской среде гражданских и промышленных зданий, теплофизических свойств (коэффициентов теплопроводности, термического сопротивления (теплоизоляции), теплопередачи) современных строительных материалов методами теплового неразрушающего контроля. Определены локации идентифицированных невидимых дефектов тепловой защиты обследуемых строительных объектов и предложены рекомендации по их устранению. Полученные значения теплофизических характеристик для исследуемого конструкционного строительного материала согласуются с данными актуальных нормативных документов.

Вывод. Показаны особенности неразрушающего метода инфракрасной термографии в определении скрытых дефектов теплозащитных оболочек эксплуатируемых зданий различного функционального назначения и комплекса теплофизических параметров современных конструкционных строительных материалов. Экспериментально подтверждена востребованность тепловидения при проведении энергетических и технических обследований строительных объектов, их отдельных структурных элементов, инженерных систем жизнеобеспечения, а также исследований по уточнению, количественной оценке и прогнозированию различных термических свойств строительных материалов и изделий.

1. Основы современной строительной термографии / Е. В. Левин, А. Ю. Окунев, Н. П. Умнякова, И. Л. Шубин; под общ. ред. И. Л. Шубина. – Москва: НИИСФ РААСН. – 2012. – 176 с.

2. Шашков, А. Ф. Инновационные методы обследования зданий и сооружений / А. Ф. Шашков, О. С. Гамаюнова // Высокие технологии в строительном комплексе. – 2022. – № 2. – С. 136-146.

3. Чакин, Е. Ю. Современные тенденции повышения энергоэффективности зданий / Е. Ю. Чакин, О. С. Гамаюнова // Неделя науки ИСИ: Материалы всероссийской конференции в 3-х частях, СанктПетербург, 26-30 апреля 2021 года / Инженерно-строительный институт Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Том Часть 2. – Санкт-Петербург: СанктПетербургский политехнический университет Петра Великого. – 2021. – С. 212-215.

4. Карпов, Д. Ф. Специфика комплексного тепловизионного мониторинга современных гражданских зданий и теплофизических свойств ограждающих конструкций из строительных материалов массового производства / Д. Ф. Карпов, М. В. Павлов, А. Г. Гудков // Вестник ДГТУ. Технические науки. – 2021. – Т. 48. – № 4. – С. 147 – 158. DOI:10.21822/2073-6185-2021-48-4-147-158.

5. Игнатюк, А. С. Информационная система тепловизионного обследования конструкций здания / А. С. Игнатюк, С. Д. Николенко, С. А. Сазонова // Информационные технологии в строительных, социальных и экономических системах. – 2021. – № 2 (24). – С. 88-94.

6. Павлов, М. В. Анализ результатов энергетического обследования общественного здания на примере стоматологической поликлиники / М. В. Павлов, Д. Ф. Карпов, А. Г. Гудков // Научно-технический журнал «Энергосбережение и водоподготовка». – 2022. – № 5 (139). – С. 28-32.

7. Использование тепловизионной съемки для поиска скрытых дефектов / В. А. Шинкевич, Д. А. Гресь, И. И. Еремеев [и др.] Актуальные проблемы военно-научных исследований. – 2020. – № 6 (7). – С. 285-295.

8. Карпов, Д. Ф. Применение активного и пассивного теплового контроля в дефектоскопии строительных материалов и изделий, ограждающих конструкций зданий и сооружений / Д. Ф. Карпов // Строительные материалы и изделия, 2019. – Т. 2. – № 4. – С. 39-44.

9. Развитие и особенности диагностики строительных конструкций с применением тепловизионной съемки / А. И. Бедов, А. И. Габитов, А. С. Салов [и др.] // Строительство и реконструкция. – 2020. – № 1 (87). – С. 59-70. – DOI 10.33979/2073-7416-2020-87-1-59-70.

10. Павлов, М. В. Анализ результатов тепловизионного обследования гражданского здания общественного назначения / М. В. Павлов, Д. Ф. Карпов, А. Г. Гудков // Научно-технический журнал «Энергосбережение и водоподготовка». – 2022. – № 2 (136). – С. 35-39.

11. Султамуратов, Н. Н. Применение метода термографии для определения технического состояния строительных конструкций / Н. Н. Султамуратов, Д. В. Цыгулев // Инновационные подходы в современной науке: сборник статей по материалам XLIV международной научно-практической конференции, Москва, 19 апреля 2019 года. Том 8 (44). – Москва: Общество с ограниченной ответственностью «Интернаука». – 2019. – С. 114-118.

12. Карпов Д.Ф. Активный метод теплового контроля теплопроводности строительных материалов и изделий// Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2019.–№7.–С.57- 62doi:10.34031/article_5d35d0b79c34c5.75173950.

13. Вавилов, В. П. Тепловидение и тепловой контроль для инженеров. Изд. 1-е. Москва: Издательский дом «СПЕКТР». – 2017. – 72 с.

14. Карпов, Д. Ф. Оценка теплозащитных свойств ограждающих конструкций строительных объектов по анализу термограмм / Д. Ф. Карпов, М. В. Павлов // Вестник ДГТУ. Технические науки. – 2021. – Т. 48. – № 2. – С. 92-102. DOI:10.21822/2073-6185-2021-48-2-92-102.

15. Пешков, А. А. Применение современных средств термографии для оценки энергоэффективности строительных объектов / А. А. Пешков, Н. М. Анисимов // Научный вклад молодых исследователей в сохранение традиций и развитие АПК : Сборник научных трудов Международной научнопрактической конференции молодых учёных и студентов, Санкт-Петербург-Пушкин, 31 марта – 01 2016 года. Том Часть I. – Санкт-Петербург-Пушкин: Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. – 2016. – С. 249-252.

16. Карпов, Д. Ф. Алгоритм комплексной диагностики технического состояния строительных конструкций по анализу термограмм // Строительные материалы и изделия. – 2019. – Т. 2. – № 2. – С. 23-28.

17. Власов, А. Б. Оценка тепловых потоков технологического оборудования методом количественной термографии / А. Б. Власов, Ю. В. Шокина, К. Б. Аллояров // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2012. – № 26. – С. 414-421.

18. Карпов, Д. Ф. Эколого-экономические аспекты ресурсосберегающих технологий строительства и эксплуатации энергоэффективных зданий в особых климатических зонах / Д.Ф. Карпов, М.В. Павлов // Проблемы экономического роста и устойчивого развития территорий: материалы VII международной науч.-практ. интернет-конференции, г. Вологда, 11-13 мая 2022 г – Вологда: Вологодский научный центр РАН. – 2022. – С. 375-378.

19. Желнин, М. С. Определение теплофизических констант материала на основе метода инфракрасной термографии / М. С. Желнин, А. Ю. Изюмова, О. А. Плехов // Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций : Сборник материалов, Екатеринбург, 16–20 мая 2016 года. – Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН. – 2016. – С. 306-307.

20. Тепловизионный метод определения расхода воды через отопительный прибор / М. В. Павлов, Д. Ф. Карпов, В. А. Агафонов [и др.] // Научно-технический журнал «Инженерные системы». «АВОК – Северо-Запад». – Санкт-Петербург. – 2017. – № 4. – С. 34-36.

21. Lucchi, E. Applications of the infrared thermography in the energy audit of buildings: A review / E. Lucchi // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2018. – Vol. 82. – Pp. 3077-3090. – DOI 10.1016/j.rser.2017.10.031.

22. Comparative analysis of infrared thermography and CFD modelling for assessing the thermal performance of buildings / C. Morón, D. Ferrández, R. Felices, P. Saiz // Energies. – 2018. – Vol. 11. – No. 3. – P. 638. – DOI 10.3390/en11030638.

23. A model for the improvement of thermal bridges quantitative assessment by infrared thermography / G. Baldinelli, F. Bianchi, A. Rotili [et al.] // Applied Energy. – 2018. – Vol. 211. – Pp. 854-864. – DOI 10.1016/j.apenergy.2017.11.091.

24. Locating hidden elements in walls of cultural heritage buildings by using infrared thermography / H. Glavaš, T. Barić, M. Hadzima-Nyarko, I. H. Buljan. Buildings. 2019;2:32. – DOI 10.3390/buildings9020032.

25. Improving the detection of thermal bridges in buildings via on-site infrared thermography: The potentialities of innovative mathematical tools / S. Sfarra, S. Perilli, A. Cicone [et al.] // Energy and Buildings. – 2019. – Vol. 182. – Pp. 159-171. – DOI 10.1016/j.enbuild.2018.10.017.

26. Heat loss from defects of hinged facade systems of buildings / A. E. Rusanov, A. Kh. Baiburin, D. A. Baiburin, V. Bianco. Magazine of Civil Engineering. 2020;3 (95):57-65. – DOI 10.18720/MCE.95.6.

27. Thermographic methodologies used in infrastructure inspection: A review-Post-processing procedures / I. Garrido, R. Otero, P. Arias, S. Lagüela. Applied Energy. 2020;266:114857. – DOI 10.1016/j.apenergy.2020.114857.

28. Kolesnichenko, S. Detection of dangerous defects and damages of steel building structures by active thermography / S. Kolesnichenko, A. Popadenko, Y. Selyutyn // Materials Science Forum. – 2021. – Vol. 1038 MSF. – Pp. 417-423. – DOI 10.4028/www.scientific.net/MSF.1038.417.

29. Building envelope modeling calibration using aerial thermography / N. Bayomi, S. Nagpal, T. Rakha, J. E. Fernandez / Energy and Buildings. – 2021. – Vol. 233. – P. 110648. – DOI 10.1016/j.enbuild.2020.110648.

30. Golovin, Y. I. Dynamic Thermography for Technical Diagnostics of Materials and Structures / Y. I. Golovin, D. Y. Golovin, A. I. Tyurin // Russian metallurgy (Metally). – 2021. – Vol. 2021. – No. 4. – Pp. 512- 527. – DOI 10.1134/S0036029521040091.

31. Milovanović, B. Principal component thermography for defect detection in concrete / B. Milovanović, M. Gaši, S. Gumbarević // Sensors. – 2020. – Vol. 20. – No. 14. – Pp. 1-21. – DOI 10.3390/s20143891.

32. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022611427. Программа для оценки соответствия теплозащитной оболочки жилого здания нормативным требованиям: № 2022610724: заявл. 25.01.2022: опубл. 25.01.2022. Бюл. № 2 / М. В. Павлов, Д. Ф. Карпов, В. А. Писаренко, С. В. Клопов, В. П. Жукова; правообладатель ВоГУ.

33. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022662093. Программа для оценки относительного сопротивления теплопередаче в различных точках ограждающей конструкции: № 2022660450: заявл. 09.06.2022: опубл. 29.06.2022. Бюл. № 7 / М. В. Павлов, Д. Ф. Карпов; правообладатель ВоГУ.