1 стр. из 1

Вот уже второй век Россия потребляет на нужды отопления в 3–4 раза больше невосполнимых природных ресурсов, чем зарубежные страны с похожими климатическими условиями. Плохая теплозащита становится причиной потери трети потребляемой тепловой энергии.

Стратегически это угрожает экономической и экологической безопасности страны, не говоря уже о том, что россияне миллиардами своих трудовых рублей оплачивают это безобразие. Почему не работает Закон РФ «Об энергосбережении», почему фактически не контролируется выполнение требований СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», почему в новомодные теплоэнергетические паспорта зданий заносят липовые «фактические значения показателей», нарушая Закон РФ «О защите прав потребителя»? Давайте разберемся.

Достоверность экспериментальных данных о теплопроводности теплоизоляционных материалов, представленных в действующих нормативных документах, вызывала сомнения уже в девяностые годы.

В связи с этим по инициативе и под руководством НИИ строительной физики с 1993 по 1995 гг. было проведено сличение результатов измерений теплопроводности одних и тех же образцов теплоизоляционных материалов отечественными и зарубежными приборами в диапазоне от 0,03 до 0,05 Вт/(м·К) [1]. В работе принимали участие следующие научно-исследовательские организации и фирмы:
 - фирма Holometrix (Кембридж, США),
 - Институт исследований в области строительства (Оттава, Канада),
 - фирма Partek (Паргас, Финляндия),
 - НИИ Теплоизоляции (Вильнюс, Литва),
 - Институт физико-техни-ческих измерений (Хабаровск, Россия),
 - НИИСФ, ЦНИИЭП жилища, НИИ Мосстрой, НИЦ Министерства транспорта, НИЦ «Физтех» (Москва, Россия).

Расхождение между результатами измерений, полученными зарубежными организациями, не превышало 2%, а между отечественными и зарубежными находилось в пределах от 13 до 22%.

По мнению организаторов сличений, причинами столь существенных расхождений являлись:
 - несовершенство отечественных рабочих средств измерений,
 - несовершенство ГОСТ 7076, регламентирующего требования к рабочим средствам измерений,
 - завышение размера единицы, передаваемого рабочим средствам измерений эталонными мерами теплопроводности (меры без должных на то оснований были аттестованы одним из метрологических институтов РФ).

На самом деле, ни один из использованных в сличениях отечественных приборов не прошел государственные приемочные испытания в рассматриваемом диапазоне и, следовательно, не мог считаться легитимным средством измерения. ГОСТ 7076 регламентирует лишь метод измерения. Он, собственно, так и называется: «Метод определения теплопроводности…».

А вот последняя из перечисленных причин обуславливает систематическую ошибку примерно в 15% при определении теплофизических свойств теплоизоляционных материалов во всех организациях стройкомплекса России.

Это послужило предпосылкой для исключения расчетных значений теплопроводности теплоизоляционных материалов из нового СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Во вновь введенном документе отсутствует таблица «Теплотехнические показатели строительных материалов и конструкций» (приложение № 3 СНиП II-3-79*), которой пользовались проектировщики (СНиП II-3-79* признан недействительным с 01.10.03 согласно постановлению Госстроя РФ № 113 от 26.06.03) [2].

По статистическим данным, в 2007 г. в России введено в эксплуатацию 60,4 млн. кв. м жилой площади. Считая, что при возведении зданий хотя бы 1 000 руб./кв. м приходится на теплоизоляционные материалы, получим перерасход по крайней мере 9 млрд. руб. за 1 год. Такова цена недостаточного метрологического обеспечения.

Прежде чем приступить к описанию государственной системы метрологического обеспечения измерений теплопроводности теплоизоляционных материалов, созданной в России за последние годы, рассмотрим, как обеспечивается единство измерений в мире.

Единство измерений является обязательным условием международного товарообмена и подразумевает наличие в каждой стране необходимых средств измерений и испытаний, а также их признания на международном уровне. Международная метрическая конвенция определила формальную структуру, в рамках которой правительства, члены Конвенции, сотрудничают в вопросах, связанных с единицами измерений и эталонами. Конвенция учредила также Международное бюро мер и весов (BIPM) — международный центр метрологии, который в настоящее время с помощью консультативных комитетов по видам измерений работает в тесном сотрудничестве с национальными метрологическими институтами государств — членов Конвенции.

С целью координации действий национальных метрологических институтов по обеспечению единства измерений температуры и теплофизических величин создан Международный консультативный комитет по термометрии (ССТ). На 21-й сессии ССТ (2001 г.) организована рабочая группа для координации усилий по обеспечению единства измерений в области теплофизических свойств (WG9). В ее состав вошли представители десяти национальных метрологических институтов, обладающих общепризнанной наиболее точной аппаратурой, в том числе от ВНИИМ
им. Д. И. Менделеева.

В последние годы разработаны соглашения о взаимном признании как в отношении метрологических услуг, так и в отношении тех органов, которые аккредитуют этот вид деятельности. Соглашения опираются на предположение о эквивалентности национальных эталонов и о надежности связи между национальными эталонными измерениями и соответствующими метрологическими услугами, предоставляемыми в каждой стране. В 1999 г. директора национальных метрологических институтов подписали Договоренность о взаимном признании национальных эталонов и сертификатов по поверке или калибровке, выдаваемых этими институтами [3].

Технической основой Договоренности является ряд ключевых сличений национальных эталонов, подлинность которых устанавливается консультативными комитетами.

Систему обеспечения единства измерений теплопроводности в России возглавляет государственный первичный эталон, который до февраля 2008 г. воспроизводил единицу и передавал ее размер в диапазоне от 0,1 до 20 Вт/(м·К). Хотя, строго говоря, на старом первичном эталоне, согласно ГОСТ 8.140-82, единицу воспроизводили в отдельных точках диапазона с помощью набора однозначных мер, изготовленных из органического стекла, оптических стекол марок ТФ1, ЛК5, КВ, сплава ВТ6 и нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т.

Основной проблемой в области малых значений теплопроводности является отсутствие в природе материалов, пригодных для воспроизведения единицы на эталонном уровне. Теплоизоляционные материалы имеют гетерогенную структуру, в которой кроме кондуктивного имеют место конвективный и радиационный механизмы переноса теплоты. Это ставит под сомнение саму возможность использования теплоизоляционных материалов в качестве эталонных мер.

В 2004 г. во ВНИИМ был изобретен принципиально новый способ воспроизведения единицы теплопроводности в любой точке заданного диапазона [4], для реализации которого потребовалось создать средства измерений нового класса [5]. Их принцип действия состоит в том, что некая система тел в определенных условиях с помощью управляющего воздействия приобретает любую заданную теплопроводность. Другими словами, впервые удалось создать многозначную меру теплопроводности. Комплекс аппаратуры, необходимый для воспроизведения единицы с помощью многозначной меры теплопроводности, по аналогии с термостатом предложено называть теплостатом.

В 2005 г. теплостат А-1 в комплекте с новым набором мер введен в состав действующего первичного эталона с целью опытной эксплуатации в диапазоне от 0,02 до 20 Вт/(м·К).

В феврале 2008 г. государственный первичный эталон утвержден в новом составе.

В эталоне ВНИИМ за счет применения новых технических решений стандартные неопределенности типа А и В1 в 1,5 раза меньше, чем в аппаратуре NIST (национальный метрологический институт США). Эти оценки обсуждены и проанализированы специалистами рабочей группы WG9, которые подтвердили готовность эталонной установки А-1 к ключевым сличениям, начавшимся в 2005 г.

Кроме России в них принимают участие США, Великобритания, Германия, Франция и Китай. В мае 2008 г. на 24 сессии ССТ будут подведены итоги сличений.
С учетом изобретения теплостатов разработана новая концепция воспроизведения единицы и передачи ее размера, которая реализована в диапазоне от 0,02 до 0,2 Вт/(м·К).

Известная концепция, как уже отмечалось, основана на использовании нескольких однозначных мер теплопроводности. Для освоения новых диапазонов она требует проведения длительных исследований свойств новых материалов с целью определения их пригодности для создания однозначных мер теплопроводности.

Согласно новой концепции, воспроизведение единицы и передача ее размера осуществляется в любой точке диапазона с помощью одной многозначной меры, изготовленной из хорошо изученных материалов. Это позволяет сэкономить время и деньги.

Для сравнения. Чтобы освоить диапазон до 0,03 Вт/(м·К), NIST затратил более 40 лет и исследовал несколько сотен материалов. ВНИИМ освоил диапазон до 0,02 Вт/(м·К), где вообще нет материалов, подходящих для однозначных мер теплопроводности, за 4 года.

Предложенная концепция реализуется с помощью государственной поверочной схемы (рис. 1), которая является основой нового межгосударственного стандарта. За его принятие высказались все 10 проголосовавших стран СНГ.

Государственный первичный эталон состоит из комплекса следующих средств измерений, предназначенных для воспроизведения единицы и передачи ее размера методом прямых измерений и компарирования:
 - установка А-1 — в диапазоне от 0,02 до 0,2 Вт/(м·К) при температуре от 250 до 350 К,
 - установка А-2 — в диапазоне от 0,1 до
5 Вт/(м·К) при температуре от 90 до 350 К,
 - установка А-3 — в диапазоне от 5 до
20 Вт/(м·К) при температуре от 300 до 1 100 К,
 - набор однозначных и многозначных мер теплопроводности.

Государственный первичный эталон воспроизводит единицу теплопроводности и передает ее размер со средним квадратическим отклонением результатов в относительной форме (Sо), не превышающим 0,2% при пяти независимых измерениях.

Неисключенная систематическая погрешность в относительной форме (Θо) не превышает 0,6% для установки А-1 и 2% для других установок.

Стандартная неопределенность, оцениваемая по типу А, (uоA) в относительной форме не превышает при пяти независимых измерениях 0,2%.

Стандартная неопределенность, оцениваемая по типу В, (uоB) в относительной форме не превышает 0,3% для установки А-1 и 0,9% для других установок.

Государственный первичный эталон применяют для передачи размера единицы теплопроводности рабочим эталонам методом прямых измерений или сличением с помощью компаратора и рабочим средствам измерений методом прямых измерений.

В качестве рабочих эталонов применяют однозначные и многозначные меры теплопроводности, аттестованные и поверенные в установленном порядке в диапазоне измерений. Однозначные меры теплопроводности внесены в Каталог эталонных материалов ВНИИМ им. Д. И. Менделеева [7].

Доверительные границы относительных погрешностей рабочих эталонов δо при доверительной вероятности 0,95 составляют от 2 до 5%.

Рабочие эталоны применяют для поверки рабочих средств измерений методом прямых измерений.

В качестве рабочих средств измерений применяют приборы для измерений теплопроводности твердых тел в диапазоне от 0,02 до 20 Вт/(м·K) при температуре от 90 до 1 100 K.

Пределы допускаемых основных относительных погрешностей рабочих средств измерений ∆о составляют от 2 до 15%.

Перечень внесенных в государственный реестр зарубежных и отечественных рабочих средств измерений теплопроводности теплоизоляционных материалов, соответственно сертифицированных для применения на территории России и прошедших государственные приемочные испытания (по состоянию на март 2008 г.), представлен в таблице. Результаты экспериментальных исследований теплопроводности теплоизоляционных материалов, полученные с помощью других приборов, не могут быть признаны официальными результатами измерений и законной силы не имеют.

Таким образом, за последние годы в России удалось достичь требуемого единства измерений теплопроводности теплоизоляционных материалов. Значительно сложнее оказалась проблема контроля тепловой защиты зданий и сооружений. Но об этом — в следующей статье.

Литература
1. Гурьев В. В., Жолудов В. С., Петров-Денисов В. Г. «Тепловая изоляция в промышленности. Теория и расчет». — М.: «Стройиздат», 2003.
2. Евсеев Л. «Путь значительной экономии теплоизоляционных материалов. Энергосбережение в строительстве». Официальное издание комитета по инвестиционно-градостроительной политике Ассоциации «Большая Волга». // «Строй-инфо», № 8 (224), 2004 г.
3. «Российская метрологическая энциклопедия». Под ред. Ю. В. Тарбеева. — Санкт-Петербург: «Лики России», 2001 г.
4. Патент 2276781 «Способ определения теплопроводности материалов» / Соколов Н. А.: Опубл. в Б. И. 20 мая 2006 г.
5. Соколов Н. А. «Новый класс приборов: многозначные меры теплопроводности». // «Измерительная техника», № 4, 2006 г., с. 50–52.
6. Соколов Н. А. «Метрологическое обеспечение энергосбережения». — Санкт-Петербург: «МИО», 2005 г.
7. МИ 2590-2006 «ГСИ. Эталонные материалы». Каталог ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» 2006–2007. — Санкт-Петербург: ИК «Синтез», 2006 г.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!