Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 07 okladka

 

       7-8/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 LiSEC SS Konfig 480x120

  

VITRUM Swiat Szkla Web

 

ift 480x105px RFT19 engl 

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

* Wybrane aspekty badań termograficznych w budownictwie
Data dodania: 18.03.12

Zastosowanie termografii w ocenie stanu konstrukcji budowlanych ma szereg zalet, do których przede wszystkim należy zaliczyć fakt, iż jest to metoda nieniszcząca i bezdotykowa.

Umożliwia zatem prowadzenie badań bez naruszenia konstrukcji budynku lub też czasowego usunięcia mieszkańców/użytkowników obiektu. Jednocześnie termografia umożliwia graficzne przedstawienie wyniku z lokalizacją wady usterki a także dokładny pomiar temperatury na dużym obszarze, zatem możliwa jest szybka identyfikacja problemu.

 

Z drugiej strony prowadzenie badań z zastosowaniem kamery termowizyjnej wiąże się z dość wysokim kosztem zakupu aparatury, a także przeszkolenia personelu, gdyż na duży błąd odczytu mogą wpływać nieprawidłowo założone parametry obiektu oraz otoczenia badania.

W artykule przedstawiono wybrane informacje dotyczące termowizji, źródeł błędu pomiaru oraz metod badań prowadzonych w budownictwie.

 

Podstawy termografii
Badanie termowizyjne polega na pomiarze natężenia promieniowania cieplnego, które jest emitowane przez wszystkie powierzchnie o temperaturze ciała wyższej od zera bezwzględnego, czyli 0 K (-273, 15°C). Widmo elektromagnetyczne jest podzielone na pasma, które różnią się metodami generowania i wykrywania promieniowania (rys. 1).

Termografia wykorzystuje pasmo podczerwieni, które jest podzielone na 4 kolejne pasma [2], tj: bliska podczerwień (0,75-3 μm), średnia podczerwień (3-6 μm), daleka podczerwień (6-15 μm) i ekstremalna podczerwień (15-100 μm).

 

Promieniowanie podczerwone zostało odkryte  przez angielskiego astronoma Williama Herschela, który przesuwając termometr w rozszczepionym za pomocą pryzmatu świetle słonecznym zaobserwował stały wzrost temperatury w kierunku barwy czerwonej.

W kolejnych latach naukowcy doprowadzili do opracowania zasad opisu promieniowania (prawo Plancka, Wiena, Stefana-Boltzmanna i in.) problemem było jednak stworzenie odpowiednich detektorów podczerwieni, które zagwarantują dokładny wynik  pomiaru przy jednoczesnej prostocie i wygodzie prowadzenia badań. Pierwsze detektory musiały być wyposażone w układ chłodzenia, obecnie stosowane są detektory mikrobolometryczne stabilizowane za pomocą elementu Peltiera.

 

Najczęstsze źródła błędów pomiaru
W pierwszym etapie badania termowizyjnego należy do programu kamery wprowadzić dane dotyczące: emisyjności badanego obiektu, odległości pomiędzy kamerą a obiektem, temperatury oraz wilgotności powietrza w otoczeniu badania. Z przedstawionych parametrów, emisyjność obiektu jest kluczowym zagadnieniem dla prawidłowego prowadzenia pomiarów termograficznych.

Emisyjność obiektu jest definiowana jako zdolność tego obiektu do wypromieniowania energii promienistej [2]. Wzorem ciała o idealnych własnościach promieniowania jest tzw. ciało doskonale czarne, które choć nie występuje w naturze, to w teorii przyjmuje się, że pochłania całkowicie padające na nie promieniowanie.

 

Pochłanianie to zachodzi we wszystkich kierunkach i dla wszystkich długości fali. Promieniowanie każdego innego ciała jest niższe od promieniowania ciała doskonale czarnego o współczynnik emisyjności (ε).

Wartość współczynnika emisyjności zależy od rodzaju materiału, jego wykończenia, powierzchni, (polerowana, utleniona), geometrii powierzchni, temperatury materiału, długości fali obserwacji oraz kąta obserwacji. Przykładowe wartości współczynników emisyjności przedstawiono w tabeli 1.

 

Rys. 1. Podział widma elektromagnetycznego: 1 – promieniowanie Roentgena, 2 – UV, 3 – światło widzialne, 4 – podczerwień, 5 – mikrofale, 6 – fale radiowe [1]

 

Tabela 1. Tabela emisyjności wybranych materiałów [1]

 

 

W przypadku badania niestandardowej powierzchni, której współczynnik emisyjności nie jest znany, jego wartość można ustalić empirycznie.

Wyznaczenie przybliżonej wartości emisyjności można przeprowadzić w następujący sposób [2]:
- nakleić na badany obiekt materiał o znanej emisyjności lub pomalować go specjalną farbą, zzpodgrzać obiekt do temp wyższej o min 50 K od temperatury otoczenia i wyznaczyć emisyjność obiektu na bazie temperatury obiektu,
- ustawić punkt pomiarowy kamery na obiekcie w miejscu, na który naklejono materiał o znanej emisyjności i określić na nim temperaturę obiektu, a następnie tak zmienić emisyjność badanego  obiektu (poza punktem poprzedniego pomiaru), aby temperatura na nim była równa wartości temperatury na materiale o znanej emisyjności,
- porównać wartości temperatury odczytanej na kamerze termowizyjnej z temperaturą mierzoną stykowo w danym punkcie.

 

Równie istotne, jak ustalenie emisyjności, jest prawidłowe wprowadzenie parametrów otoczenia (temperatura oraz wilgotność powierza) oraz odległości pomiędzy kamerą termowizyjną a badanym obiektem, gdyż tylko w próżni nie występują straty energii promieniowania.

Dla odległości do kilku metrów pomiędzy badanym obiektem a kamerą termowizyjną straty wynikające z przepuszczalności powietrza mogą być przyjmowane jako pomijalnie niskie. Jednakże przy odległości kilkudziesięciu metrów mogą one znacznie wpłynąć na wynik pomiaru [3].

 

Jednocześnie należy unikać prowadzenia pomiarów podczas wiatru o znacznej prędkości (przekraczającej 8 m/s), gdyż wpływa on na ilość ciepła oddawanego konwekcyjnie z badanego elementu do otoczenia.

 

Rys. 3. Wilgoć na dachu budynku [1]

 

Rys. 4. Rozprzestrzenianie wilgoci pod oknem [1]

 

Rys. 5. Przenikanie powietrza pod listwą podłogową [1]

 

Rys. 6. Nieprawidłowo zamontowana izolacja w stropie [1]

 

Termografia aktywna
Metoda badań termograficznych dzieli się na pasywną i aktywną. W metodzie pasywnej badany jest obiekt, którego temperatura nie jest zmieniana przez badacza. W metodzie aktywnej, umożliwiającej wyznaczenie własności cieplnych materiałów jednorodnych, badane ciało jest poddane kontrolowanemu działaniu, stymulowaniu poprzez czynnik zewnętrzny.

Istotą aktywnej termografii jest badanie czasu odpowiedzi cieplnej materiału na zadany bodziec [4].

 

Przykładowo,  po równomiernym nagrzaniu powierzchni materiału impulsem cieplnym, rozkład temperatury na powierzchni nagrzanej zależy od zdolności przewodzenia ciepła poszczególnych materiałów wchodzących  w skład obiektu. Zatem w przypadku braku nieciągłości w częściach obiektu rozkład temperatury na jego powierzchni będzie różny od rozkładu temperatury na powierzchni materiału jednorodnego. Schemat działania termografii aktywnej przedstawiono na rys. 2.

 

 

W zależności od charakteru symulacji i sposobu obróbki sygnału rozróżnia się następujące rodzaje termografii aktywnej:
- impulsowa – nagrzewanie ciała krótkim impulsem cieplnym – analiza rozkładu temperatury na badanej powierzchni w czasie stygnięcia po impulsie. Na tej podstawie można określić głębokość nieszczelności oraz jej wymiary; jednak obserwowane defekty muszą znajdować się przy powierzchni badanego materiału;
- modulacyjna – źródłem ciepła jest harmoniczny strumień ciepła. Zaletą tej metody jest proste wyznaczenia
obrazów amplitudy i przesunięcia fazowego,  wadą jest wymóg przeprowadzania wielu testów dla tej samej częstotliwości. Źródłem stymulacji jest zazwyczaj lampa, której moc zmienia się w sposób harmoniczny. Otrzymuje się w ten sposób pole temperatury na nagrzewanej powierzchni, które może być w czasie rejestrowane przez układ pomiarowy;
- impulsowa fazowo – łączy zalety termografii impulsowej i modulacyjnej. Powierzchnia badanego elementu jest pobudzana impulsem cieplnym a za pomocą kamery rejestruje się rozkład temperatury na jej powierzchni w czasie stygnięcia. Jednocześnie  zarejestrowany sygnał zostaje poddany dalszym obliczeniom wskutek czego otrzymuje się mapy fazowe – faza powierzchni o danej częstotliwości w obszarze powierzchni, w której znajdują się defekty różni się od mapy fazy, w której defekt nie występuje;
- wibracyjna – zmiana temperatury wywoływana jest wibracjami mechanicznymi za pomocą piezoelektrycznego wibratora. Kamerą monitoruje się w sposób ciągły rozkład temperatury na powierzchni badanego elementu. W szczelinach lub w miejscu innych defektów powstaje specyficzne zjawisko rezonansu, które wpływa na wzrost lokalny temperatury w takim obszarze.

 

Możliwości zastosowania termografii w budownictwie W budownictwie obecnie zazwyczaj stosuje się metody termografii pasywnej w celu określenia rozkładu temperatury na powierzchni dużych elementów, jednakże wydaje się, iż metody aktywne znajdą zastosowanie w badaniu materiałów o niewielkich rozmiarach, np. nowych rodzajów materiałów izolacyjnych.

 

Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest:
- określenie występowania mostków termicznych w budynkach,
- dokonanie oceny błędów wykonania izolacji lub jej braku na poszczególnych częściach budynku,
- zlokalizowanie miejsc wystąpienia ew. nieszczelności w instalacji grzewczej lub wodociągowej,
- określenie miejsc zawilgocenia przegród, lokalizacja miejsc nadmiernych strat ciepła w przewodach kominowych,
- wykrycie nieprawidłowości działania urządzeń grzewczych i klimatyzacyjnych,
- ocena strat ciepła przez przegrody, szczelność budynku.

Na rys. 3-6 przedstawiono termogramy przykładowych wad konstrukcji występujących w budynkach.

Normą, w której przedstawione są wytyczne odnośnie prowadzenia badań termograficznych budynków jest PN-EN 13187:2001 Właściwości cieplne budynków. Jakościowa detekcja wad cieplnych w obudowie budynku. Metoda podczerwieni.

W dokumencie tym przytoczono następujące zasady:
- ponieważ głównymi czynnikami zakłócającymi prawidłowy pomiar termograficzne jest obce promieniowanie padające na badany obiekt, bezpośrednie lub dyfuzyjne, które następnie jest odbijane od powierzchni obiektu (źródłem takiego promieniowania jest przede wszystkim słońce), pomiary powinny być prowadzone w ciągu dnia w czasie pełnego zachmurzenia lub też nocą;
- należy także unikać bezpośredniego nasłonecznienia badanej części budynku, gdyż w tym przypadku może nastąpić zwiększenie temperatury powierzchni przegrody; dodatkowymi źródłami błędnych wyników badań termowizyjnych mogą być gorące grzejniki z rurami, lampy skierowane na badaną powierzchnię lub w jej pobliżu, nawiew powietrza skierowany na badaną powierzchnię oraz wpływ wilgoci na powierzchni;
- w czasie badania nieszczelności budynku zaleca się, aby różnica ciśnienia pomiędzy powietrzem w budynku z na zewnątrz była zawarta w zakresie 10÷50 Pa, natomiast przy badaniu nieszczelności izolacji – różnica pomiędzy wartością temperatury wewnątrz i na zewnątrz budynku wynosiła 10÷15oC; wartości te powinny być stałe podczas całego czasu prowadzenia badania;
- raport z przeprowadzonych badań powinien zawierać następujące informacje: opis konstrukcji budynku, rodzaje materiałów, z których wykonano przegrody budynku, orientację budynku względem stron świata i opis otoczenia, termin prowadzenia badań, opis warunków nasłonecznienia zaobserwowany podczas 12 h przed rozpoczęciem badań oraz warunki atmosferyczne podczas badania, temperaturę powietrza wewnątrz budynku oraz wartość różnicy temperatury pomiędzy wnętrzem i otoczeniem budynku podczas badania, różnicę ciśnienia powietrza po stronie zawietrznej i nawietrznej oraz inne parametry mogące mieć wpływ na wynik badania, wykonane termogramy oraz zaznaczenie wykrytych wad, wyniki przeprowadzonej analizy.

 

Podsumowanie
Jak wynika z przedstawionych informacji kamera termowizyjna jest jednym z najbardziej uniwersalnych przyrządów pomiarowych, którego zastosowanie nie ograniczą się jedynie do budownictwa, ale również energetyki, badań środowiskowych oraz medycznych.

Dodatkowo zastosowanie nowych metod aktywnych pomiarów może rozszerzyć zakres wykorzystania termografii m. in. w celu opracowania innowacyjnych sposobów łączenia materiałów izolacyjnych.

 

dr inż. Anna BOGDAN
Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy

 

Literatura
[1] Materiały informacyjne firmy FLIRSystems.
[2] Minikina W., Pomiary termowyzyjne – przyrządy i metody, Wydawnictwa Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004.
[3] Jaworski J., Termografia budynków, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2000.
[4] Oliferuk W., Termografia podczerwieni w nieniszczących badaniach materiałów i urządzeń, Biuro Gamma, Warszawa, 2008

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 2/2012

 

Czytaj także --

Czytaj także

 

 

01 chik
01 chik