тепловизионный контроль в энергетических обследованиях
Петров Д.С., генеральный директор,
Сидельников С.С., ведущий специалист, к.т.н.,
Лездин Д.Ю., инженер-теплофизик,
В соответствии с положением о Государственном энергетическом надзоре в Российской Федерации, основными задачами госэнергонадзора являются:
- осуществление контроля за техническим состоянием и безопасным обслуживанием электрических и теплоиспользующих установок потребителей и энергоснабжающих организаций,
- осуществление контроля за рациональным и эффективным использованием топливно-энергетических ресурсов на предприятиях.
Тепловидение может эффективно использоваться при решении этих основных задач энергонадзора.В основу тепловизионного метода контроля положено свойство тепловизора – инфракрасной термографической системы, бесконтактно регистрировать распределение радиационной температуры на поверхности объектов, находящихся в поле ее зрения. Регистрируемые температурные поля несут информацию о теплопотерях с поверхности объекта и основных характеристиках, определяющих эффективность энергопреобразования (энергопередачи) при функционировании объекта той или иной системы. Использование разработанных нами методов анализа данных тепловизионного обследования, позволяет определять контрольные параметры обследованных объектов, давать заключение о их фактическом состоянии и разрабатывать предложения по повышению энергоэффективности их дальнейшей эксплуатации.
Тепловизионное обследование теплового оборудования
Одним из факторов, обеспечивающих эффективность использования топливно-энергетических ресурсов и определения возможности снижения затрат на топливо- и энергообеспечение теплосиловых и теплопотребляющих установок является контроль теплопотерь и поддержание их на заданном уровне. Тепловизионный метод позволяет контролировать потери тепла на всех этапах производства, транспортировки и потребления тепловой энергии.
Уровень тепловыделений в окружающую среду связан с температурой на поверхности оборудования, например, нарушение теплоизоляции паропровода приводит к местному повышению температуры поверхности в данном участке. Таким образом, регистрируя температурное поле на поверхности оборудования при тепловизионной съемке, мы уже можем качественно характеризовать распределение теплопотерь. Термограмма участка паропровода с повышенными теплопотерями через опоры и дефектами теплоизоляции (отмечены стрелками) показана на рис. 1.
Для получения количественной оценки величины теплопотерь данных тепловизионной съемки (термограмм) недостаточно. Теплопотери с поверхности оборудования в окружающую среду определяются по формуле
Q-α*(t-tB)*S,
где α - коэффициент теплоотдачи поверхности, Вт/(м2 оС),
t - средняя температура поверхности, оС,
tв - температура окружающего воздуха, оС,
S - площадь поверхности, м2.
Определение величины теплопотерь связано с определением всех входящих в уравнение величин, и выполняется в ходе комплексного обследования, включающего как тепловизионную съемку так и контактные измерения.
Результатами тепловизионной съемки являются термограммы обследованных поверхностей оборудования, по которым определяются средние температуры поверхностей. Температура окружающего воздуха измеряется с помощью термометра.
Для определения коэффициента теплоотдачи поверхностей проводится измерение плотностей теплового потока через обследуемые поверхности в отдельных точках. Коэффициент теплоотдачи рассчитывается по полученным экспериментальным данным
α=q/(t-tB),
где q – плотность теплового потока, Вт/м2,
t – температура поверхности в точке измерения, оС.
Представленный подход может применяться при определении теплопотерь различного теплового оборудования, теплотрасс и ограждений зданий, а также для оценки качества тепловой изоляции.
В настоящее время контроль тепловой изоляции оборудования в соответствии с эксплуатационным циркуляром " Организация контроля за состоянием и ремонтом обмуровки и тепловой изоляции оборудования тепловых электростанций в целях снижения потерь тепла и температур поверхности изоляции до нормативных значений" проводится путем измерений температур и теплового потока в одной точке на 6-10 м2 поверхности. Результаты тепловизионных обследований оборудования котельных показывают наличие существенной неоднородности температурного поля на участках поверхности тепловой изоляции такой площади, что особенно характерно для дефектных участков. При произвольном выборе точек контроля существует повышенная вероятность как пропуска существующего локального дефекта тепловой изоляции, так и завышение площади распространения выявленного дефекта. Использование этих данных для оценки теплопотерь приводит к значительным погрешностям.
Тепловизионное обследование лишено указанных недостатков. Формируя картину распределения температур по поверхности обследуемого оборудования, оно позволяет корректно определить среднюю температуру участков поверхности и выбрать точки для контактных измерений вне аномальных участков.
Полученные результаты испытаний тепловой изоляции позволяют путем сравнения их с нормативными или проектными показателями дать оценку качества выполнения или состояния тепловой изоляции, выявить дефектные участки и определить потери тепла через них.
Тепловизионное обследование теплоустановок и тепловых сетей выполняется как при их допуске в эксплуатацию, так и при энергетических обследованиях.
Комплексное тепловизионное обследование оборудования котельных и трубопроводов позволяет:
- определить суммарные потери теплоты через тепловую изоляцию для подсчета КПД основного оборудования;
- определить состояния тепловой изоляции и выполнить ее паспортизацию;
- определить необходимости и объема работ по ремонту теплоизоляции;
- оценить качество тепловой изоляции при приемке после монтажа, ремонта или реконструкции.
На рис. 2 представлена термограмма стенки котла, на которой выделены участки с потерями тепла 15-50% сверх нормы (находящиеся в неудовлетворительном состоянии) и свыше 50% (аварийные). Данные о теплопотерях отдельных участков сведены в результирующую диаграмму.
Достоинства тепловизионного метода контроля теплопотерь делают его незаменимым при обследовании теплового оборудования.
Тепловизионное обследование зданий
Тепловизионное обследование может быть эффективно использовано в ходе энергоаудита зданий, существенно дополняя и уточняя контактные методы и методы интегральной оценки энергопотребления в той или иной системе. Тепловидение позволяет вести экспертизу систем отопления, кондиционирования и вентиляции, электротехнического оборудования, а также ограждающих конструкций (ОК) здания.
Основными задачами, решаемыми с помощью тепловизионного обследования здания в рамках энергоаудита, являются:
- определение теплотехнических качеств ОК;
- определение потерь теплоты через ОК;
- выявление дефектов теплоизоляции ОК;
- выработка рекомендаций по повышению теплозащитных свойств ОК.
Тепловизионное обследование ОК здания выполняется в соответствии с требованиями "Временных методических рекомендаций по проведению тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения" Главгосэнергонадзора России.
Оценка эффективности использования энергоресурсов в ходе энергоаудита здания включает определение потерь теплоты через ОК. Величина теплопотерь через ограждение определяется теплоизолирующей способностью и площадями всех элементов, составляющих ограждающую конструкцию здания, а также зависит от текущих условий теплообмена как внутри, так и снаружи ограждения. Непостоянство условий теплообмена приводит к изменению во времени теплопотерь через ОК здания, в свою очередь, теплозащитные свойства ОК постоянны и, зная их, можно определить потери теплоты через ОК здания для любых заданных условий теплообмена.
При наличии проектной документации на обследуемые элементы ОК производится расчет температурных полей и распределений относительного теплового потока по их поверхностям. Сопоставляя расчетные и фактические распределения и варьируя исходные данные аналитического расчета (по геометрическим и теплофизическим параметрам) определяется набор параметров, наилучшим образом обеспечивающих совпадение сравниваемых распределений. Найденные значения параметров принимаются за фактические для обследованного элемента ОК. Полученные значения приведенного сопротивления теплопередаче элементов ОК сравниваются с проектом и требованиями СНиП II-3-79*.
