Разработка методики оперативного инфракрасного контроля и исследование теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Якушкин Иван Павлович

• Якушкин Иван Павлович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Якушкин Иван Павлович

Введение

Глава 1. Анализ проблемы контроля тепловых потерь через ограждения зданий

1.1. Контроль тепловых потерь через ограждающие конструкции -актуальная проблема для систем мониторинга

1.2. Классификация методов контроля тепловых потерь. Характеристика активных методов

1.3. Характеристика пассивных методов контроля тепловых потерь

1.4. Структуризация проблемы контроля тепловых потерь на основе системного анализа

Выводы и постановка задачи

Глава 2. Аналитическое исследование процесса теплопередачи через ограждение здания

2.1 Физико-математические основы процесса теплопередачи через ограждение

2.2 Аналитическое определение теплового потока через ограждение

2.3 Оценка погрешности определения теплового потока

2.4 Определение дополнительных параметров ограждающих конструкций

Выводы

Глава 3. Методика контроля тепловых потерь ограждающими конструкциями зданий

3.1. Алгоритм контроля тепловых потерь через ограждения

3.2. Анализ объекта и подготовка к проведению исследования

3.3. Объединение изображений, полученных на основе тепловизионных измерений

3.4. Создание компьютерных тепловых моделей ограждения

Выводы

Глава 4. Экспериментальная апробация методики контроля тепловых потерь через ограждающие конструкции

4.1. Анализ объекта и подготовка к проведению эксперимента. Описание использованного оборудования

4.2. Объединение тепловизионных изображений внутренней поверхности ограждения

4.3. Создание компьютерных тепловых моделей измеряемого участка

4.4. Сравнение полученных результатов с другими методами

Выводы

Заключение

Список литературы

Приложение 1. Компьютерная программа для ПК

Приложение 2. Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики оперативного инфракрасного контроля и исследование теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий»

Введение

Актуальность проблемы. Одним из основных направлений энергосбережения и повышения энергетической эффективности является разработка и внедрение в практику оперативной и высокоинформативной системы контроля тепловых потерь на всех этапах генерации, передачи и потребления тепловой энергии. Тепловой контроль (ТК), как неотъемлемая часть такой системы, в настоящее время базируется на широком использовании методов инфракрасной (ИК) диагностики. Основными преимуществами методов ИК являются оперативность и отсутствие разрушающих воздействий на объект исследования. Однако, несмотря на развитие и доступность современного парка программно-аппаратных средств ИК, уровень их практического применения в мире и России недостаточен.

В то же время, от теплофизических свойств ограждающих конструкций (ОК) напрямую зависит работа систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в зданиях, что особо важно в условиях отопительного периода, который продолжается на большей части России больше половины календарного года. Эффективное использование тепловой энергии путем снижения потерь тепла в окружающую среду улучшает экологическое состояние природной среды и повышает энергоэффективность зданий.

Основными проблемами исследования энергоэффективности ОК являются:

1. В целом отсутствует комплексный подход к решению задач энергоэффективности генерации, передачи и потребления тепловой энергии;

2. Отсутствуют оперативные, надежные, аттестованные технологии и методики теплового контроля ОК для большинства объектов;

3. Используемые в настоящее время методики оперативного контроля тепловых потерь через ОК объектов являются селективно измерительными и оценочными применительно ко всему объему ОК.

4. Применяемые методы являются статическими и не позволяют прогнозировать дальнейшее состояние тепловой защиты исследуемых объектов.

Таким образом, одной из наиболее актуальных проблем в тепловой дефектоскопии является поиск и создание точных и оперативных методов контроля потерь тепловой энергии и оценки состояния теплофизических свойств наружных ОК, формирующих показатель энергоэффективности как для конкретной ОК, так и для всего объекта в целом.

Актуальность этого вопроса несомненна не только для эксплуатируемых, но и для вновь разрабатываемых строительных, теплоизоляционных, облицовочных материалов и изделий.

Целью диссертационного исследования является разработка и практическая реализация комплексной методики оперативного инфракрасного контроля тепловых потерь ограждающими конструкциями зданий и оценка их теплозащитных свойств с помощью разработанной методики.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:

1. Анализ проблем определения тепловых потерь через ОК и критическая оценка применяемых методов их контроля.

2. Определение параметров и разработка структуры ИК системы оперативного контроля тепловых потерь через ОК.

3. Аналитическое исследование тепловых потерь через ОК посредством адаптации основного закона теплопередачи к реальным условиям эксплуатации зданий.

4. Экспериментальное определение тепловых потерь через ОК методом ИК диагностики и проверка предлагаемых теоретических положений на адекватность.

5. Определение физических размеров исследуемого участка ОК и разработка метода объединения тепловизионных снимков в единую поверхность.

6. Разработка методики оперативного контроля тепловых потерь через ОК зданий на основе систем ИК диагностики и ее апробация в реальных условиях.

7. Установление закономерностей изменения погрешностей тепловых измерений в зависимости от условий эксперимента.

Научная новизна исследования заключается:

1. На основе системного анализа определены информативные и оперативные способы контроля тепловых потерь через ОК зданий.

2. Разработана ИК методика оперативного контроля потерь тепловой энергии через ОК, что значительно сокращает временные затраты на проведение замеров на реальном объекте и позволяет оценивать количество тепловых потерь через ОК здания при значительном увеличении площади исследования.

3. На основе аналитического и статистического анализа погрешностей измерений установлено, что погрешность измерения тепловых потерь по разработанной методике находится в диапазоне ±10%, что соответствует величинам погрешностей методов селективных измерений специализированными приборами ТК.

4. Разработан метод поиска характерных распределений температур в тепловизионном кадре измеряемой ОК для объединения отдельных кадров в единую поверхность ОК. Для автоматического создания тепловизионного кадра единой поверхности ОК разработано специализированное программное обеспечение (ПО). При экспериментальной апробации достигнуто разрешение поверхности в 13045 элементов на 1 м2.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Использование результатов теоретических исследований процесса теплопередачи путем адаптации основного закона теплопередачи к условиям эксплуатации зданий при контроле тепловых потерь через ОК.

2. Разработаны требования к структуре, алгоритмам и составным частям методики контроля тепловых потерь через ОК зданий.

3. Создана оперативная методика контроля потерь тепловой энергии, оценки тепловой защиты и поиска тепловых дефектов ОК зданий с использованием технологий ИК диагностики.

4. Разработана методика автоматического объединения отдельных кадров в единую поверхность путем анализа и поиска характерных распределений температур в тепловизионных кадрах.

5. Осуществлена апробация разработанной методики в условиях эксплуатации зданий и предложены рекомендации по ее практическому применению.

Методология и методы исследований. В работе использован экспериментально-аналитический подход к решению рассматриваемой проблемы в соответствии с существующими положениями науки и практики. Теоретической основой проведенных исследований служат фундаментальные законы теплопередачи в плоскопараллельной стенке. Для решения задач настоящей работы используется системный анализ, компьютерное и статистическое моделирование, а также обработка экспериментальных данных на основе оригинальной компьютерной программы.

Достоверность полученных результатов обеспечивается экспериментальными исследованиями с применением современных аттестованных средств в соответствии с требованиями стандартов в области метрологии, проведением исследований в условиях эксплуатации объектов и сопоставлением экспериментальных данных с результатами аналитических расчетов.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы используются в следующих проектах и процессах:

• при выполнении инициативных исследовательских проектов с промышленными предприятиями.

• в учебный процесс НИУ МИЭТ в качестве основы учебно-методических разработок подготовки магистров по программе «Энергетическая

эффективность производств электронной техники» по дисциплине «Техническое обеспечение энергоаудита».

Результаты внедрения и практического использования результатов подтверждены соответствующими документами.

Личный вклад автора: Все основные результаты диссертации получены лично автором. Главными из них являются:

1. Проведен системный анализ проблемы контроля потерь тепловой энергии через ОК зданий и сооружений.

2. Разработаны требования к структуре, алгоритмам и составным частям системы мониторинга тепловых потерь через ОК зданий.

3. Выполнено аналитическое исследование тепловых потерь посредством адаптация основного закона теплопередачи к условиям эксплуатации зданий.

4. На основе аналитического и статистического анализа погрешностей измерений определены требования к точности измерения температуры воздуха и ОК внутри помещения.

5. Разработан алгоритм и компьютерная программа для объединения отдельных кадров в единую поверхность путем автоматического анализа и поиска характерных распределений по таблицам температур.

6. Разработана методика комплексного контроля тепловых потерь через ОК зданий на основе систем теплового контроля.

7. Проведены исследования погрешностей результатов тепловых измерений в зависимости от входных данных и других параметров измерений в различных условиях.

На защиту выносятся:

1. Методика оперативного ИК контроля тепловых потерь через ОК зданий.

2. Результаты теоретических исследований процесса теплопередачи путем адаптации основного закона теплопередачи к условиям эксплуатации зданий.

3. Результат экспериментального исследования на реальном объекте с использованием разработанной методики оперативного инфракрасного контроля.

4. Алгоритмы и ПО для автоматического объединения тепловизионных снимков в единую поверхность ОК с возможностью графического отображения результата. Результаты применения ПО на реальном объекте.

5. Результаты анализа погрешностей измерений температур и теплового потока через ОК здания.

Апробация работы. Работа в целом и отдельные ее части были представлены и обсуждались на конференциях, коллоквиумах, симпозиумах:

1. 19-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2012», Москва, апрель 2012г.

2. 20-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2013», Москва, апрель 2013г.

3. 21-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2014», Москва, апрель 2014г.

4. XLШ Международная итоговая научно-практическая конференция «Интеграция мировых научных процессов как основа общественного прогресса», Казань, декабрь 2016г.

5. Международная научно-практическая конференция «Инновационные механизмы решения проблем научного развития», Уфа, декабрь 2016г.

6. ХХХ Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты», Новосибирск декабрь 2016г.

7. Публикации. Основные результаты, полученные автором и изложенные в диссертации, опубликованы в 19 работах, в том числе 3 статьях в журналах, входящих в перечень изданий ВАК РФ и в 4 статьях в журналах, входящих в перечень изданий Scopus, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 86 наименований и 2 приложений. Общий объем составляет 120 страниц, в том числе 114 страниц основного текста, 46 рисунков, 19 таблиц.

Глава 1. Анализ проблемы контроля тепловых потерь через

ограждения зданий

1.1. Контроль тепловых потерь через ограждающие конструкции -актуальная проблема для систем мониторинга

Проблема оптимизации потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и снижения воздействия на окружающую среду являются распространенным трендом современности и носят общемировой характер. Российская Федерация, являясь заинтересованной участницей энергоэффективных процедур и подходов к потреблению ТЭР, начала систематическую работу в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности в различных секторах и сферах экономики принятием Федерального закона от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [2]. В 2010 году была утверждена Государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» («ГПЭЭ-2020») [3] распоряжением Правительства Российской Федерации от 27.12.2010 № 2446-р. Одной из главных целей, поставленных в Программе, является снижение к 2020 году энергоемкости ВВП на 40%. В данный момент происходят последние доработки «Энергетической стратегии России на период до 2035 года» («ЭСРФ-2035») [4], где указывается, что «в стране имеется потенциал энергосбережения, достигающий третьей части текущего энергопотребления, и существуют возможности значительного повышения экономической эффективности энергетических проектов».

Для решения этих задач, необходимо обладать объективными данными о реальном количестве и качестве потребляемых топливно-энергетических ресурсов. Такую информацию можно получить, используя в системе мониторинга приборы учета энергоресурсов, установка которых является первым шагом в любых мерах по повышению энергоэффективности. Основной

проблемой систем мониторинга тепловых балансов является количественный учет направлений тепловых потерь здания.

Системы мониторинга позволяют контролировать реальное состояние объекта измерения, в том числе, учитывать количество и качество того или иного ресурса. На основе полученных сведений о состоянии объекта мониторинга становится возможным проводить комплексный анализ систем потребления, что, в перспективе, позволяет эффективно расходовать энергетические ресурсы, а также планировать энергопотребление на перспективу. В общем случае решение задачи оптимизации потребления ресурсов объектом включает ряд этапов:

• Сбор информации об объекте и его моделирование на этой основе. Определение мест нерационального расхода ресурсов, потенциальной оптимизации и повышения эффективности.

• Исследование объекта и контрольные измерения поступивших и потребленных ресурсов, сбор данных на основе измерений - аудит.

• Анализ полученных результатов измерений, включая использование изначально собранных данных. Если необходимо - повторный сбор данных, оптимизация процесса.

• Выводы и определение пути снижения потребления ресурсов, повышение эффективности объекта за счет внедрения оптимизирующих решений

Одним из основных вторичных топливно-энергетических ресурсов, используемых человеком для своих нужд, является тепловая энергия. По данным Федеральной службы государственной статистики (Росстат) в стране за 2014 год потреблено 814,2 миллиона Гкал. При этом только официальные потери тепловой энергии составили 127,5 миллиона Гкал, или 15,7%.

В любом помещении сохраняется тепловой баланс, и для того, чтобы поддерживать температуру и параметры внутреннего воздуха на нужном уровне, необходимо компенсировать все тепловые потери. Согласно [5], на тепловые потери через стены в среднем приходится 32% потерь, на окна и

двери - 29%, на кровлю и кровельные конструкции - 24%, на воздухообмен -9%, на потери через фундамент - около 6% (рисунок 1.1). Компенсация тепловых потерь чаще всего производится за счет отопления - 82%, инсоляции (поступления тепла с солнечным излучением) - 12% и так называемых бытовых теплопоступлений (БТП, от техники различного назначения, ламп, людей и животных) - 6%.

24%

Рисунок 1.1 - Тепловые потери и теплопоступления в зданиях В общем случае, распределение тепловых потерь может варьироваться в зависимости от архитектурно-строительных особенностей и назначения зданий, климато-метерологических условий, состояния окружающей среды, состава и процента остекления ограждающих конструкций и ряда других параметров.

Одной из основных проблем в теплоэнергетике зданий являются определение реальных тепловых балансов и учет потребленной тепловой энергии на нужды отопления, кондиционирования или вентиляции, что связано с отсутствием на подавляющем большинстве объектов систем мониторинга, которые бы позволяли получать реальные данные, в том числе и о потерях

через наружные ограждающие конструкции. Для эффективной работы автоматизированных систем управления микроклиматом, в том числе приточно-вытяжной вентиляции, необходимо учитывать массу факторов. Одним из важнейших направлений является учет потерь тепловой энергии из помещений. Для контроля данного параметра необходимо применять простые и точные инструменты мониторинга, одним из которых является инфракрасная диагностика. Несмотря на надежно установившиеся сегодня тенденции к автоматизации и интеллектуализации, в подавляющем большинстве жилых домов, даже недавно построенных, вентилирование предусмотрено на основе естественной силы движения воздуха. Приток воздуха в здание извне обеспечивается за счет негерметичности оконных проемов, в процессе проветривания, или в процессе засасывания с лестничного марша. Приточная механическая вентиляция в обязательном порядке включается в состав оборудования жилого дома лишь в самых северных областях, где в холодное время года проветривание практически невозможно.

Например, для здания с балансом как на рисунке 1.1, потребляющего 500 Гкал тепловой энергии в год и при средней стоимости 1 Гкал равной 1800 рублей, общее потребление тепла составит 900 тысяч рублей за год. Потери же через стены, окна и двери составят 61%, то есть 549 тысяч рублей, а потери через вентиляционную систему составят 81 тысячу рублей. При возможности контроля кровли здания процент учитываемых потерь возрастет до 94%, таким образом, появляется контролировать практически все затраты на отопление и вентиляцию здания. Таким образом, наличие системы мониторинга тепловых потерь с учетом ветхого состояния жилого и нежилого фонда в стране создает возможности раскрытия серьезного потенциала для энергосбережения, а применение автоматизированных систем отопления и вентиляции позволит значительно повысить энергоэффективность зданий, строений и сооружений.

1.2. Классификация методов контроля тепловых потерь.

Характеристика активных методов

Все методы, которые позволяют учитывать тепловые потери через ограждающие конструкции зданий, делятся на теоретические и экспериментальные. Экспериментальные методы, в свою очередь, делятся на пассивные и активные. Теоретические методы позволяют рассчитать количество тепловой энергии, которое будет терять ограждающая конструкция определенной конфигурации в определенных климатических условиях. Они чаще всего основаны на усредненных климатических условиях для региона и не учитывают временные изменения состояния тепловой защиты ограждающих конструкций, зачастую сложны и громоздки при оценке реальных тепловых потерь [6, 7, 8, 9]. Теоретические методы необходимы при нормировании значений тепловой защиты и оценке тепловых потерь через всю ограждающую оболочку при строительстве новых зданий.

Экспериментальные методы подразделяются на лабораторные измерения и измерения на реальном объекте. При лабораторных исследованиях проводят тепловые испытания типовых образцов ограждений, либо конструкций, собранных на их основе. При этом чаще всего используется активный метод, при котором происходят экспериментальные испытания образца при задаваемом тепловом потоке [10, 11, 12, 13, 14, 15]. При тепловом стимулировании объекта используется искусственный нагрев и поддержание тепловых режимов, в том числе, с использованием специализированных климатических камер. Учитывая достижимые плотности тепловых потоков, а также возможные помехи, практически всегда применяют нагрев в полях излучения или потоках газа.

Наибольшую плотность мощности в зоне стимуляции обеспечивает

оптический метод нагрева с применением ламп и лазеров различного типа.

Чаще всего используются специализированные лампы накаливания, что

позволяет легко регулировать плотность нагрева поверхности испытываемого

образца. К основным преимуществам лазеров относится возможность

15

обеспечения практически любой плотности энергии. Основными же их недостатками является низкий коэффициент полезного действия современных лазеров, значительные габариты и высокая стоимость, что ограничивает их реальное применение для нагрева в данном случае. При этом применяется односторонняя (рисунок 1.2, а) и двухсторонняя процедура контроля исследуемого образца (рисунок 1.2, б).

Образец а) Образец б)

Рисунок 1. 2 - Процедура контроля испытываемого образца а) односторонняя б) двухсторонняя

В ряде случаев возможен нагрев измеряемого образца сверхвысокочастотным излучением - метод электромагнитной инфракрасной термографии. Вблизи объекта исследования располагается специальная тонкая «фототепловая» пленка. При тепловом стимулировании происходит наложение прямого и отраженного от образца излучения, а тепловизор является средством регистрации температурного поля на пленке (рисунок 1.3 а). В лабораторных исследованиях широко используются методы конвекционного нагрева поверхности испытуемого образца, когда при помощи направленного потока горячего газа производят односторонний нагрев поверхности образца (рисунок 1.3, б). Одним из вариантов использования такого метода является быстрое охлаждение образца с помощью паров жидкого азота. Применение данного метода во многом схоже с оптическим методом контроля тепловых потерь.

«Фототепловая» пленка

Образец Образец Тепловая «пушка»

а) б)

Рисунок 1.3 - Методы а) электромагнитной инфракрасной термографии

б) конвекционного нагрева поверхности образца Перечисленные выше активные лабораторные методы контроля тепловых потерь помогают с достаточно высокой точностью рассчитать теплофизические характеристики (ТФХ) исследуемых ограждающих конструкций, а также оценить поток тепловой энергии через поверхность ограждения. Основным недостатком лабораторных методов исследований является:

• усредненная оценка тепловых потерь и ТФХ для материалов стен, значительно отличающихся от характеристик реальных объектов;

• невозможность исследования в климатических камерах здания целиком, что накладывает ощутимую погрешность относительно реального здания;

• недостаточный учет деградации тепловой защиты здания, что приводит к росту потерь через ограждение.

В лабораторных исследованиях также применяют разрушающие и не разрушающие методы. При применении разрушающих методов нарушается целостность оболочки ограждающей конструкции, что приводит к разрушению образца и невозможности его дальнейшего использования. Основу теплового контроля введенных в эксплуатацию объектов составляют неразрушающие методы.

На реальном объекте применение большинства лабораторных методов невозможно, так как затруднено использование различных технологических устройств. Для контроля ТФХ ограждающих конструкций эксплуатируемых зданий можно использовать нагрев поверхности солнечным излучением. Для контроля тепловых потерь данный метод неприменим, так как солнечное излучение вносит существенные изменения в перепад температур между внутренней и наружной поверхностями, что приводит к значительному росту погрешности при определении потерь тепловой энергии.

1.3. Характеристика пассивных методов контроля тепловых потерь

Для исследования реальных объектов наиболее часто применяют пассивный метод теплового контроля, который не нуждается во внешнем источнике теплового воздействия. Тепловое поле в объекте контроля возникает при его эксплуатации в реальной окружающей среде.

Для экспериментального расчета количества тепловых потерь ограждающей конструкцией используют контактные и бесконтактные средства измерения. Для контактных характерна временная установка датчиков. В данный момент для определения ТФХ ограждений, и тепловых потерь через них, используют именно контактные методы [16, 17, 18, 19, 20, 21, 22]. При использовании контактных средств измерения термодатчики взаимодействуют непосредственно с измеряемой поверхностью для определения температурных характеристик в зоне теплового воздействия. Чаще всего для контактных измерений тепловых потерь используются три датчика: датчики температуры на наружной и внутренней поверхности и датчик теплового потока (рисунок 1.4, а).

Датчик температуры

Датчик температуры

Датчик теплового потока

Измерение

Ограждающая Ограждающая

конструкция конструкция

Рисунок 1.4 - Измерение тепловых потерь пассивными методами: а) контактным; а) безконтактным

Основными недостатками данного метода является малое покрытие поверхности стены при проводимых измерениях, то есть измерения производятся только в точках соприкосновения термодатчиков с поверхностью стены. Во всех остальных точках, согласно данным методам, применяются измеренные в одной точке показатели. Применение данных методов позволяет с достаточно высокой точностью рассчитать ТФХ ограждения в исследуемой точке, но не позволяют оперативно и с учетом дефектов и прочих особенностей стен оценить количество тепловых потерь через ограждающие конструкции здания.

В настоящее время наметился рост тепловых бесконтактных методов и измерительных систем на их основе [5, 23, 24, 25, 26, 27]. Отличительной особенностью тепловых бесконтактных методов является контроль тепловых свойств и параметров объекта, при котором не нарушается целостность объекта и он не выводится из эксплуатации. Также отсутствует необходимость непосредственного контакта прибора контроля с поверхностью объекта (рисунок 1.4, б).

При использовании тепловизионных сканирующих систем возможен контроль по всей поверхности ограждающих конструкций. На данный момент

самыми перспективными для решения задачи реального расчета тепловых потерь являются бесконтактные неразрушающие методы инфракрасного (ИК) контроля. Методы неразрушающего теплового контроля позволяют определять качество исследуемых материалов и изделий, обладают высокой оперативностью и широкими функциональными возможностями [5, 16, 28, 29, 30, 31]. В настоящее время бесконтактные ИК методы в основном используются в роли дефектометрических, то есть определяющих место и размер дефектов тепловой защиты.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Якушкин Иван Павлович, 2019 год

Список литературы

1. ГОСТ Р 51380-99 Энергосбережение. Методы подтверждения соответствия показателей энергетической эффективности энергопотребляющей продукции их нормативным значениям. Общие требования. Издание официальное. - М. : Госстандарт России, 1999. - 6 с.

2. Федеральный закон от 23.11.2009 №261-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

3. Государственная программа Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2010 г. № 2446-р.

4. Энергетической стратегии России на период до 2035 года [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.energystrategy.ru/ab ins/source/ES-2035 09 2015.pdf.

5. Вавилов В.П., Инфракрасная термография и тепловой контроль, 2-е издание, дополненное, М.: Издательский дом Спектр 2013 - 544 с.

6. СП 1325800.2015 «Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей» - официальное издание, Минстрой России, 2015.

7. СП 50.13330.2012 «СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий» -официальное издание, утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 30 июня 2012 г. №265.

8. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Теоретические предпосылки для метода расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, научно-технический и производственный журнал «Строительные материалы», декабрь 2010.

9. Лыков A.B., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 535 с.

10. Курепин В.В., Дикалов А.И. Определение теплофизических характеристик методом мгновенного теплового импульса при учете влияния контактных термических сопротивлений, Инженерно-физический журнал, 1981. - Т. 40, № 6, с. 1048.

11. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена, Новосибирск: Наука, 1970, 659 с.

12. Ньюэлл М., Шмидт Ф. Теплопередача при ламинарной естественной конвекции в прямоугольной замкнутой полости, Теплопередача, Труды американского общества инженеров-механиков, Серия С, 1970, № 1.

13. Платунов Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режиме, Л.:Энергия, 1973, 143 с.

14. Г.П. Васильев, В. А. Личман, С. С. Голубев. Результаты определения сопротивления теплопередаче наружных стеновых панелей, Журнал «Авок» №4 2012, с.74

15. Иванов В.В., Карасева Л.В., Сохно И.И. Исследование процессов радиационно-конвективного прогрева ограждающих конструкций. Известия вузов Северо-Кавказский регион. Технические науки, 2003, № 3.

16. Вик Эзикши. Квазистационарное распределение температуры в периодически контактирующих стержнях конечной длины Теплопередача. Труды американского общества инженеров-механиков, 1981, № 1, с. 149.

17. Гаврилов Р.Н., Никифоров Н.Д. Метод определения теплофизических свойств горного массива без нарушения естественной структуры, Инженерно-физический журнал, 1983, № 6, с. 1023.

18. Дмитрович А.Д. Определение теплофизических свойств строительных материалов, Госстройиздат, 1963, 204 с.

19. Фокин В.М., Ковылин А.В., Чернышов В.Н. Энергоэффективные методы определения теплофизических свойств строительных материалов и изделий, М. :Издательский дом «Спектр», 2011, 156 с.

20. Козлов В.П., Липовцев В.Н., Писарик Г.П. Аналитические основы неразрушающих способов комплексного определения теплофизических характеристик материалов. Промышленная теплотехника, 1987, № 2, с. 96.

21. Коротков П.А., Лондон Г.Е. Динамические контактные измерения тепловых величин. Л.: Машиностроение, 1974, 224 с.

22. Кулаков М.В., Макаров Б.И. Измерение температуры поверхности твердых тел. М.: Энергия, 1979, 96 с.

23. Алиев М.И., Гусейнов Р.Э., Араслян Д.Г. Прибор для измерения температуропроводности твердых тел методом светового импульса. Известия АН Аз.ССР. Серия физико-технических и математических наук, 1979, № 3, с. 77.

24. В.А. Архипов, И.К. Жарова, О.С. Татаринцева, В.Т. Кузнецов, В.Д. Гольдин. Измерение коэффициента излучения поверхности конструкционных и теплоизоляционных материалов. Ползуновский вестник 2010, № 4-1, с. 233.

25. Дао Тхай Зиеу, Ковальчук Н.Г., Пытель И.Д. Минимизация погрешности измерения стационарных температур динамическим методом. Известия вузов. Приборостроение, 1985, Т. 28, № 7, с. 92.

26. Егоров Б.Н., Килессо B.C. Комплексное определение теплофизических свойств твердых материалов импульсно-адиабатическим методом. Теплофизические свойства твердых тел, Киев: Наукова думка, 1971, с. 65.

27. В.В. Дыбок, А.Р. Кямяря, Н.В. Лазуренко. Тепловая диагностика ограждающих конструкций зданий и сооружений в натурных условиях. Технико-технологические проблемы сервиса, 2011, №3(17), с.14.

28. Малявина Е.Г., Бибик М.В. Инженерная методика определения приведенных сопротивления теплопередачи наружных стен со стержневыми связями // АВОК. - 2007. - № 3.

29. Фокин В.М., Чернышов В.Н. Неразрушающий контроль теплофизических характеристик строительных материалов: Монография. - М.: Машиностроение-1, 2004. - 212 с.

30. Теоретические основы хладотехники. Тепломассообмен / Под ред. проф. Э.И. Гуйго. - М.: Агропромиздат, 1986. - 320 с.

31. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. - М.: Энергоиздат, 1982. 512 с.

32. Госсорг Ж. ИК термография. М.: Мир, 1988 - 396 с.

33. Ллойд Дж. Системы тепловидения. М.: Мир, 1978 - 410 с.

34. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. - Л.: Энергия, 1976. - 352 с.

35. М. Е. Орлов. Теоретические основы теплотехники. Тепломассообмен : учебное пособие; Ульяновский гос. техн. ун-т. - Ульяновск : УлГТУ, 2013. - 204 с.

36. Аметистов Е.В. Основы теории теплообмена. - М.: Изд-во МЭИ, 2000. - 242 с.

37. Беляев Н.М., Рядно А.А. Методы теории теплопроводности. Ч. 1 и 2. - М.: Высшая школа, 1982. - 671 а

38. Будадин О.Н., Потапов А.И., Когланов В.И. и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий. М.: Наука, 2002. 476 с.

39. Видин Ю.В., Иванов В.В. Расчет температурных полей в твердых телах, нагреваемых конвекцией и радиацией одновременно. - Красноярск, 1965. - 95 с.

40. Зарубин В.С. Инженерные методы решения задач теплопроводности. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 328 с.

41. Ковылин А.В., Фокин В.М. Методика определения коэффициентов теплопроводности, теплоусвоения, тепловой инерции, температуропроводности и объемной теплоемкости строительных и теплоизоляционных материалов методом неразрушающего контроля // Вестник ВолгГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2010. - Вып. 19(38). - С. 112 - 117.

42. Вавилов В.П., Тепловые методы неразрушающего контроля: справочник, М.: Машиностроение, 1991 - 264 с.

43. Вавилов В.П., Маринетти С. Импульсная фазовая термография и тепловая томография на базе преобразования Фурье. - Дефектоскопия, 1999, №2

44. Вавилов В.П., Климов А.Г., Тепловизоры и их применения, М.:Интел универсал. 2002. - 88с.

45. Вавилов В.П., Александров А.Н. Инфракрасная термографическая диагностика в строительстве. - Библиотечка электротехника, Прилож. К журн. «Энергетик». М.: НТФ «Энергопрогресс», 2003. - 76с.

46. Салихов З.Г., Будадин О.Н., Ишметьев Е.Н., Щетинин А.П., Троицкий-Марков Т.Е., Абрамова Е.В. Инженерные основы теплового контроля. Опыт промышленного применения. - М.: ИД МИСиС, 2008,-476 с.

47. Салихов З.Г., Будадин О.Н., Ишметьев Е.Н. и др. Инженерные основы теплового контроля. Опыт промышленного применения. - М.: ИД МИСиС, 2008,-476с.

48. Лыков А.В. Теория теплопроводности. - М.: Высшая школа, 1967. -599 с.

49. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. - М. : Энергия, 1978. -480 с.

50. Лыков А.В. Теоретические основы строительной теплофизики. -Минск: Наука и техника, 1961. - 519 с.

51. Богословский В.Н. Тепловой режим здания. - М.: Стройиздат, 1979.

52. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. - М.: Стройиздат, 1982.

53. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). - М.: Высшая школа, 1982. - 415 с.

54. Пономарев С.В., Мищенко С.В. Методы и устройства для измерения эффективных теплофизических характеристик потоков технологических жидкостей. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 1997. - 249 с.

55. Мищенко, С.В. Контактные термические сопротивления при определении теплофизических свойств различных материалов / С.В. Мищенко, А.А. Чуриков, Г.В. Шишкина. - Тамбов, ТГТУ, 1999. - 26 с. - Деп. в ВИНИТИ г. Москва, № 3891 - В 99 от 29.12.99.

56. Майникова Н.Ф., Мищенко С.В., Жуков Н.П., Рогов И.В. Методы и средства неразрушающего теплового контроля структурных превращений в полимерных материалах: монография. Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. -320 с.

57. Чернышов В.Н. Разработка теоретических основ и алгоритмического обеспечения неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов с метрологическим анализом полученных результатов: Дис. ... д-ра техн. наук. - Л., 1997. - 496 с.

58. Чернышова Т.И., Чернышов В.Н. Методы и средства контроля теплофизических свойств материалов. - М.: Машиностроение. - 2001. - 240 с.

59. Фокин В.М., Ковылин А.В., Чернышов В.Н. Энергоэффективные методы определения теплофизических свойств строительных материалов и изделий. - М.: Издательский дом «Спектр», 2011. - 156 с.

60. Комаров В.Ф., Волкова Л.В., Пирогов В.И. Проблемно-ориентированная методика анализа и решения организационно -экономических задач // ЭКО, 2008, № 7, С. 107 - 109.

61. Литвак Б.Г. Экспертные оценки и принятие решений. - М.: Патент, 1996. - 274 с.

62. Якушкин И.П. Методика и средства инфракрасного контроля тепломеханического оборудования и тепловых сетей. Методы и средства контроля объектов природно-технических геосистем: сборник научных трудов. Под ред. В.И. Каракеяна. - М.: МИЭТ, 2011. - с. 182-186

63. Малявина Е.Г., Теплопотери здания. АВОК-ПРЕСС, 2007 - 144 с.

64. Ильинский В. М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий): учеб. пособие для инженерно-строительных вузов. — М.: Высшая школа, 1974.

65. «Study of thermal processes in envelope structures of heating boiling using methods of infrared diagnostics» опубликована в Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences (RJPBBP-RJPBCS), Volume 6(3), (2015), p. 1914-1924.

66. Вяльцев А.А., Якушкина Е.Н., Якушкин И.П. Методика расчета тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции зданий. Методы и средства контроля объектов природно-технических геосистем: сборник научных трудов. Под ред. В.И. Каракеяна. М.: МИЭТ, 2012., с. 3-9.

67. Якушкин И.П. Исследование тепловых процессов в ограждающих конструкциях зданий. Инфраструктура объектов природно-технических геосистем: сборник научных трудов. Под ред. В.И. Каракеяна. - М.: МИЭТ, 2013., с. 92-95.

68. С. В. Пономарев, С. В. Мищенко, А. Г. Дивин. Теоретические и практические аспекты теплофизических измерений. Рец. В. А. Петров , В. А. Вертоградский ; Тамбов. гос. технич. ун-т. - Тамбов : ТГТУ, 2006.

69. Якушкин И.П. Исследование тепловых процессов в ограждающих конструкциях зданий. Методы анализа и контроля объектов природно-технических геосистем: сборник научных трудов. Под ред. В.И. Каракеяна. -М.: МИЭТ, 2014., с. 136-141.

70. Development of a Module to Measure Losses Through Building Envelopes for the Smart Energy-Saving Ventilation Automatic Control System» опубликована в International Journal of Control Theory and Applications (IJCTA-SP), Volume 9, (2016), p. 381-389.

71. Каракеян В.И., Якушкин И.П. Методика определения теплообмена через ограждающие конструкции зданий и сооружений. Известия вузов. Электроника. Том 21, № 4, 2016 г., с. 390-392.

72. Якушкин И.П. Определение точности оценки теплового потока через ограждающие конструкции. Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия «Естественные и технические науки» (СН(ЕиТН)), №5, 2016 г. - 94 с.

73. Вяльцев А.А., Якушкин И.П. Определение точности оценки тепловых параметров ограждающих конструкций зданий. Научно-практические проблемы безопасности природно-технических комплексов : сборник научных трудов. Под ред. В.И. Каракеяна. - М.: МИЭТ, 2015., с. 3-8.

74. Methodology to Determine Heat Losses as an Element of a Ventilation Automatic Control Energy-Saving System» опубликована в Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences (RJPBBP-RJPBCS), Volume 7(5), (2016), p. 390-396.

75. Angeliki Kylilia, Paris A. Fokaidesa, Petros Christoua, Soteris A. Kalogiroub Infrared thermography (IRT) applications for building diagnostics: A review. // Applied Energy. - 2014 - Vol. 134, P. 531-549.

76. ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. Издание официальное. - М. : Стандартинформ, 2013. - 12 с.

77. ГОСТ Р 54852-2011 Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций. Издание официальное. - М. : Стандартинформ, 2012. - 16 с.

78. Якушкин И.П. Методика определения тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий. Естественные и технические науки (ЕиТН), №5, 2016 г. - с. 95-98.

79. Jin-Yu Zhang, Wei Zhang, Zheng-Wei Yang, Gan Tian. A novel algorithm for fast compression and reconstruction of infrared thermographic sequence based on image segmentation. Infrared Physics & Technology. Volume 67, November 2014, Pages 296-305.

80. Pablo Rodrigues Muniza, Robson da Silva Magalhaesb Shirley Peroni Neves Cania, Clainer Bravin Donadela Non-contact measurement of angle of view between the inspected surface and the thermal imager // Infrared Physics & Technology. - 2015. - Vol.72 P 77-83.

81. Plotnikov Yu.A., Winfree W.P. Automation of the image analysis for thermographic inspection // Proc. SPIE. Vol. 3397. Nondestructive Evaluation of Aging Aircraft, Airports and Aerospace Hardware II, 1998. P. 135-140

82. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 23-01-99*. - М. : ФАУ «ФЦС», 2012. - 120 с.

83. Methodology of calculation of heat losses by envelope structures on an example of a heating boiler» опубликована в Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences (RJPBBP-RJPBCS), Volume 6(3), (2015) , p. 1925-1935.

84. S. Laguela, L. Diaz-Vilarino, J. Martinez, J. Armesto. Automatic thermographic and RGB texture of as-built BIM for energy rehabilitation purposes. Automation in Construction, Volume 31, May 2013, Pages 230-240.

85. ГОСТ Р 54853-2011 Здания и сооружения. Метод определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с помощью тепломера. Издание официальное. - М. : Стандартинформ, 2012. - 36 с.

86. СП 23-101-2004 Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование тепловой защиты зданий. Издание официальное. - М. : ФГУП ЦПП, 2004. - 186 с.

Приложение 1. Компьютерная программа для ПК.

from skimage.io import imread, imsave import numpy as np import matplotlib as m import matplotlib.pyplot as plt

from matplotlib.backends.backend_pdf import PdfPages import io

from math import ceil import time def mse(A, B): if A == [] or A[0] == []:

return 0 else: h = len(A) w = len(A[0]) Sum = 0

for x in range(h): for y in range(w):

Sum += (((A[x][y]) - (B[x][y]))) ** 2 return Sum / (w * h) def idk(table, first_row, last_row, first_col, last_col): intersection_table = [] for row_num in range(first_row, last_row):

intersection_table.append(table[row_num] [first_col: last_col]) return intersection_table def Min_mse(I1, I2, min_int): pi = len(I1) q1 = len(I1[0]) p2 = len(I2) q2 = len(I2[0]) minp = min(p1, p2) minq = min(q1, q2) MinS = min(p1 * q1, p2 * q2)

minim = mse(idk(I1, 0, minp, 0, minq), idk(I2, 0, minp, 0, minq)) optimal_i = 0 optimalj = 0

All = (p1 + p2) * (q1 + q2) for row_step in range(p1 + p2): for col_step in range(q1 + q2): t = row_step * (q1 + q2) + col_step + 1 if int((t * 100) / All) > int(((t - 1) * 100) / All): print(str(int((t * 100) / All)) + '%')

first_row1 = max(0, p1 - row_step) first_row2 = max(0, -(p1 - row_step)) last_row1 = min(p1, p1 + p2 - row_step) last_row2 = min(row_step, p2) first_col1 = max(0, q1 - col_step) first_col2 = max(0, -(q1 - col_step)) last_col1 = min(q1, q1 + q2 - col_step) last_col2 = min(col_step, q2)

if (last_row1 - first_row1) * (last_col1 - first_col1) >= MinS * min_int: current_mse = mse(idk(I1, first_row1, last_row1, first_col1,

last_col1),

idk(I2, first_row2, last_row2, first_col2, last_col2)) if current_mse < minim: minim = current_mse optimal_i = row_step optimal_j = col_step print(optimal_i, optimalj, minim) return optimal_i, optimal_j def M2i(Img1, Img2, min_int): i, j = Min_mse(tables[0], tables[1], min_int) p1 = len(Img1) p2 = len(Img2) q1 = len(Img1[0]) q2 = len(Img2[0]) n = max(i, p1, p2, p1 + p2 - i) m = max(j, q1, q2, q1 + q2 - j) Merged = [] for k in range(n):

Merged.append([0] * m) a1 = max(0, i - p1) b1 = max(0, j - q1) for k in range(p1): for l in range(q1): Merged[a1 + k][b1 + l] = Img1[k][l] a2 = max(p1 - i, 0) b2 = max(q1 - j, 0) n0 = min(i, p1, p2, p1 + p2 - i) m0 = min(j, q1, q2, q1 + q2 - j) Intersection = [] for k in range(n0):

Intersection.append([0] * m0) for k in range(p2): for l in range(q2): if Img2[k][l] != 0: if Merged[a2 + k][b2 + l] == 0:

Merged[a2 + k][b2 + l] = Img2[k][l] else:

inter = (Merged[a2 + k][b2 + l] + Img2[k][l]) / 2 inter = round(inter, 3) Merged[a2 + k][b2 + l] = inter Intersection[k - a1][l - b1] = inter return Merged, Intersection, n, m def attributes(img): n = len(img) m = len(img[0]) maxk = 0 mink=1000 for k in range(n): for l in range(m): if img[k][l] > maxk: maxk = img[k][l] if img[k][l] < mink and img[k][l] != 0: mink = img[k][l] x = np.arange(0, m) y = np.arange(0, n) X, Y = np.meshgrid(x,y) return X, Y, mink, maxk def do_plot(img, X, Y, mink, maxk, title):

plt.pcolor(X, Y, img, cmap = 'hot', vmin = mink, vmax = maxk) plt.title(title) plt.colorbar() T = time.time() tables = {}

print('Enter path to Image 1:') path1 = input() print('Enter path to Image 2:') path2 = input() files = [path1, path2] for i, file_name in enumerate(files): tables [i] = []

with io.open(file_name, 'r', encoding='utf-16') as fd: lines = fd.readlines()[5:] for line in lines:

tables [i] .append(list(map(float, line.replace(',', '.').split() [1:]))) output1 = open(file = 'Intersection.txt', mode = 'w') output2 = open(file = 'Merged.txt', mode = 'w')

Merged, Intersection, n, m = M2i(tables[0], tables[1], 0.025) Npimg1 = np.array(Merged) Npimg2 = np.array(Intersection)

XI, Y1, min1, max1 = attributes(Npimg1) X2, Y2, min2, max2 = attributes(Npimg2) for i in range(len(Intersection)):

output1 .write(str('\t'.join(map(str, Intersection[i])).replace('.', ','))) output1 .write('\n') for i in range(len(Merged)):

output2 .write(str('\t'.join(map(str, Merged[i])).replace('.', ','))) output2.write('\n') pp = PdfPages('Merge12.pdf ) Image1 = np.array(tables[0]) Image2 = np.array(tables[1])

XII, YI1, minI1, maxI1 = attributes(Image1) plt.figure()

do_plot(Image1, XI1, YI1, min1, max1, 'Image1') plt.show()

imgplot = plt.imshow(Image1) pp.savefig()

XI2, YI2, minI2, maxI2 = attributes(Image2) plt.figure()

do_plot(Image2, XI2, YI2, min1, max1, 'Image2') plt.show()

imgplot = plt.imshow(Image2)

pp.savefig()

plt.figure()

do_plot(Npimg1, X1, Y1, min1, max1, 'Image1 jj Image2') plt.show()

imgplot = plt.imshow(Npimg1)

pp.savefig()

plt.figure()

do_plot(Npimg2, X2, Y2, min1, max1, 'Image1 && Image2') plt.show()

imgplot = plt.imshow(Npimg2)

pp.savefig()

pp.close()

print(str(ceil((time.time() - T) / 60)) + ' min')

Приложение 2. Акты внедрения.

Заведующий кафедрой ПЭ

-бЛЬЛ^

Севрюкова Е.А.