Czytaj także -

Aktualne wydanie

2022 10 okladka

Świat Szkła 10/2022

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 ET-Swiat-Szkla-PL-160x600-004

 

 banner konferencja 2022 11c2

 wlasna-instrukcja ift--baner do newslet-2019e

 

 

Termowizja w badaniu jakości okien
Data dodania: 08.11.12

 

Nie ma wątpliwości co do tego, że termowizja stanowi dobre narzędzie w ocenie jakości i montażu okien. Podczas badań tego typu należy jednak wziąć pod uwagę czynniki o charakterze środowiskowym, które wpływają na wynik pomiaru.

 

Termowizja jako narzędzie
Termowizja (termografia) stanowi proces obrazowania w paśmie średniej podczerwieni. Tym sposobem zyskuje się możliwość rejestrowania promieniowania cieplnego, które jest emitowane przez ciało fizyczne w zakresie temperatur spotykanych w warunkach codziennych bez dodatkowego oświetlenia. Kamera termowizyjna jest rodzajem aparatu fotograficznego, pracującego jednakże w paśmie podczerwieni.

 

Każde ciało, które osiąga temperaturę wyższą od temperatury zera bezwzględnego, emituje fale nazywane promieniowaniem podczerwonym lub cieplnym.

 

Intensywność promieniowania jest wprost proporcjonalna do czwartej potęgi temperatury badanego obiektu. Stąd też dokonując pomiaru promieniowania cieplnego określonego obiektu mierzymy jego temperaturę. Przyjmuje się jednak, że model ten nie jest idealny a badane obiekty odbiegają od niego.

 

Kluczowe miejsce zajmuje zatem, uwzględniany w pomiarach, współczynnik emisyjności, dobierany dla konkretnego materiału. Stanowi on miarę zdolności danego ciała do emisji promieniowania cieplnego.

 

W efekcie badania termowizyjnego powstaje termogram, który stanowi przedstawienie promieniowania z jednoczesnym uwzględnieniem rozkładu temperatur badanej powierzchni. Kamery termowizyjne stanowią najbardziej powszechny przyrząd do badania widma promieniowania podczerwonego. Historia termografii sięga początku XIX w. Bez wątpienia jest ona powiązana z badaniami dotyczącymi rozpraszania światła za pomocą pryzmatu. Realizował je angielski astronom William Herschel.

 

Podczas eksperymentu zaobserwował on, że gdy rzutuje się na kartkę papieru barwną wiązkę światła słonecznego, która rozszczepiona jest przez pryzmat, powierzchnia ta ulega bardziej intensywnemu ogrzaniu po stronie czerwonej barwy, a także poza nią. Uczony stwierdził, że umieszczone na powierzchni papieru zbiorniczki termometrów rejestrują różne wartości temperatury w strefie poszczególnych barw i poza nimi. Tym sposobem odkryto istotę promieniowania cieplnego w zakresie podczerwieni.

 

W połowie XX w. rozpoczęto praktyczne stosowanie promieniowania podczerwonego. Początkowo technologię tą wykorzystywano w wojsku. W latach 60. pierwsze urządzenia termowizyjne pojawiły się w użytku cywilnym.

 

Fot. 1. Termowizja odgrywa istotną rolę w procesie kontroli wyrobów gotowych w postaci szkła. Mogą to być
na przykład szyby zespolone montowane w oknach, czy też szyby samochodowe. Analizie można poddać elementy
konstrukcyjne szyb zespolonych i okien (fot. SONEL).

 

Termowizja w budownictwie
Jako zalety stosowania termowizji w budownictwie wymienia się przede wszystkim natychmiastowe uzyskanie wyniku pomiaru. Warto również podkreślić, że badanie ma charakter nieniszczący. Istotną korzyścią jest możliwość wczesnego diagnozowania zagrożeń, w przeciwieństwie do analiz prowadzonych w świetle widzialnym. Przede wszystkim chodzi o wykrywanie wilgoci czy też zagrzybienia. Termowizja pozwala na dokumentowanie stanu technicznego obiektów budowlanych łącznie ze szczegółami, które są nieosiągalne dla innych narzędzi diagnostycznych.

 

Jakie są zatem możliwości termowizji w budownictwie?
Przede wszystkim za pomocą kamer termowizyjnych ocenia się stan izolacji termicznej budynku, łącznie z lokalizowaniem miejsc nieszczelności. Analizie poddaje się szczelności stolarki budowlanej i miejsca, w których może dość do strat ciepła. Na szczególną uwagę zasługuje wykrywanie i lokalizowanie mostków termicznych w przegrodach budowlanych. Z pewnością przydatne okaże się diagnozowanie zawilgoceń i wycieków.

 

Kamery termowizyjne są coraz częściej używane pod kątem oceny zagrożenia zagrzybieniem oraz niepożądanej infiltracji zimnego powietrza przez przegrody. Kluczową rolę odgrywa wykrywanie wad zastosowanych materiałów budowlanych. Termogramy stanowią dobre narzędzie podczas inspekcji przedremontowych oraz przy kontrolowaniu wykonanych napraw i ociepleń. Badaniu poddaje się izolacje ścian chłodni kominowych oraz lokalizuje i wykrywa usterki ogrzewania podłogowego. Termowizja jest istotna przy diagnozowaniu niedrożności w instalacjach grzewczych. Kamery termowizyjne znajdują zastosowanie w procesie wykrywania usterek urządzeń klimatyzacyjnych.

 

Termowizja odgrywa istotną rolę w procesie kontroli wyrobów gotowych w postaci szkła. Mogą to być na przykład szyby zespolone montowane w oknach, czy też szyby samochodowe. Analizie można poddać elementy konstrukcyjne szyb zespolonych i okien. Chodzi przede wszystkim o analizę zastosowanych ramek dystansowych oraz gazu w przestrzeni międzyszybowej. Istotna pozostaje możliwość sprawdzenia okna poprzez badania termoizolacyjności szyb zespolonych z zewnątrz i od wewnątrz w rzeczywistych warunkach użytkowania.

 

Termowizja w badaniu okien
Przeprowadzając badanie termowizyjne okien należy pamiętać o zakłóceniach, które mogą towarzyszyć czynnościom w tym zakresie. Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na ograniczenie w postaci tzw. „zimnego nieba”. Kamera odbiera bowiem promieniowanie cieplne obiektu bez uwzględnienia źródła jego pochodzenia. Może być ono własne lub odbite. Badany obiekt podlega promieniowaniu, którego wartość jest zgodna z temperaturą powietrza otaczającego.

 

Wartość energii, wynikającą z promieniowania odbitego, kamera uwzględnia w obliczeniach temperatury powierzchni. W momencie, gdy obiekt odbija czyste niebo, temperatura promienista jest bardzo niska. Wynosi ona bowiem około -80°C. Tym samym kamera nie otrzymuje składowej odbiciowej, a co za tym idzie, niewłaściwie jest obliczana temperatura. Niejednokrotnie przy interpretacji wyników znaczną uciążliwością jest różna odbijalność poszczególnych elementów okna.

 

Okna stanowią elementy, które cechują się małą pojemnością cieplną. Nie bez znaczenia pozostaje również wrażliwość na warunki promieniste otoczenia. Podczas badań we wnętrzu pomieszczenia nie mogą znajdować się źródła ciepła promieniujące na szyby. Jednak utrudnieniem są również promienie słoneczne. Chodzi zarówno o krótkotrwałe nasłonecznienie, jak i o nagrzanie pochodzące od rozproszonego promieniowania chmur.

 

Jak zatem wyeliminować wpływ wymienionych zakłóceń? Należy mieć na uwadze wykonanie badania podczas pełnego zachmurzenia. Dobrze jest, gdy występują chmury niskie o temperaturze radiacyj nej, która jest niższa od temperatury po wietrza nie więcej niż o kilka stopni. Zwraca się uwagę aby niebo było zachmurzone również podczas badań prowadzonych nocą.

 

Fot. 2. Jako zalety stosowania termowizji w budownictwie wymienia się przede wszystkim natychmiastowe uzyskanie wyniku pomiaru. Warto również podkreślić, że badanie ma charakter nieniszczący. Istotną korzyścią jest możliwość wczesnego diagnozowania zagrożeń, w przeciwieństwie do analiz prowadzonych w świetle widzialnym (fot. SONEL).

 

Fot. 3. Przeprowadzając badanie termowizyjne okien należy pamiętać o zakłóceniach, które mogą towarzyszyć czynnościom w tym zakresie. Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na ograniczenie w postaci tzw. „zimnego
nieba” .

 

Fot. 4. W przypadku analizy kamerą termograficzną szyb zespolonych należy mieć na uwadze obniżenie temperatury w centralnej części szyby podczas badania prowadzonego wewnątrz pomieszczenia (fot. SONEL).

 

Wykrywanie nieszczelności okien
Jak wiadomo, właściwości termoizolacyjne okien nie osiągają takich parametrów, jak ściany w budynku. W nowoczesnych konstrukcjach szklanych zwraca się więc uwagę na dobre własności termiczne okien. Ciepło najczęściej wypływa przez szyby, ramy skrzydeł i ościeżnic, mostki liniowe połączeń elementów okna, infiltrację powietrza przez uszczelki skrzydeł  oraz infiltrację i przewodzenie osadzenia okna w murze. Wszystkie te elementy mogą być wykryte na diagramie termowizyjnym.

 

Podstawę w ocenie okien stanowi wykrywanie nieszczelności. Uwzględnia się przy tym wykrywanie infiltracji zimnego (zewnętrznego) po wietrza po stronie ciepłej (wewnętrznej). Ważne jest przy tym aby  była widoczna różnica temperatur. Niejednokrotnie oczekuje się infiltracji po stronie niższego ciśnienia.

 

Jak wiadomo, szkło cechuje współczynnik emisyjności, który jest niższy od większości materiałów budowlanych i pokryciowych. Biorąc pod uwagę gatunek szkła i stopień zabrudzenia powierzchni w paśmie podczerwieni współczynnik emisyjności wynosi około 0,80 (±0,05).

 

Podaje się, że współczynnik o wartości 0,8 oznacza odbijalność równą 0,2. Tym sposobem istotną cechą szkła jest duża wrażliwość na warunki promieniste z kierunku odbiciowego. Jest to tzw. temperatura odbitego szkła. Aby temperatura powierzchni była prawidłowo określona istotny jest właściwie dobrany promieni sty wpływ otoczenia.

 

Badanie fasad i szyb zespolonych
Współczynniki przenikania ciepła szyb zespolonych najczęściej osiągają wartości 3-4-krotnie wyższe w porównaniu do współczynników przenikania ścian pełnych. Profile cechują się jeszcze gorszymi właściwościami w tym zakresie. Dzięki badaniom termowizyjnym fasad szklanych zyskuje się ocenę izolacyjności cieplnej szyb zespolonych i profili, możliwość wykrycia szyb zespolonych o obniżonej izolacyjności w stosunku do deklarowanej oraz ocenę błędów projektowych i sprawdzenie jakości prac montażowych. Można również przeprowadzić ocenę szczelności fasad.

 

W przypadku analizy kamerą termograficzną szyb zespolonych należy mieć na uwadze obniżenie temperatury w centralnej części szyby podczas badania prowadzonego wewnątrz pomieszczenia. Zjawisko to wynika z tego, że przy obniżeniu temperatury zewnętrznej obniża się również średnia temperatura gazu w szybie zespolonej. Podczas obniżania temperatury objętość maleje a szyby w części środkowej zbliżają się do siebie. Ze względu na to, że ramka jest sztywna tylko szyba ma możliwość ugięcia.

 

Podaje się, że odległość między szybami jest zależnością pomiędzy wartością współczynnika przewodnictwa cieplnego lambda dla argonu, który jest 5 razy niższy w porównaniu do powietrza, a możliwością konwekcji w pakiecie. Odległość między szybami jest dobierana w taki sposób aby konwekcja była zmniejszona przy zachowaniu warstwy zapewniającej maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła. Jeżeli nie ma konwekcji, argon ma własności cieplne zbliżone do styropianu. Stąd też każde zmniejszenie grubości warstwy powoduje zmniejszenie oporu cieplnego. Pocienienie stanowi przyczynę pojawiania się zimnych plam na szybach wypełnionych gazem.

 

Cechy kamer termowizyjnych
Wysoką rozdzielczość kamer przewiduje się nawet w wizjerach. Jest to szczególnie przydatne w miejscach, gdzie podczas badań nie używa się ekranu LCD. W niektórych modelach kamer przewidziano ekran o przekątnej 4,3” a nawet 5,6”. Dzięki nowoczesnym wyświetlaczom zyskuje się ostre i wyraźne obrazy, ułatwiające wychwycenie nawet najmniejszych różnic temperatur. Jest możliwe czytelne wyświetlanie termogramów w czasie pracy na otwartej przestrzeni.

 

Istotna pozostaje szybka identyfikacja wybranych punktów przy użyciu różnych trybów podglądu, dobieranych w zależności od konkretnych warunków. Przydatne rozwiązanie stanowi wyświetlacz dotykowy. To właśnie dzięki niemu można przesuwać funkcje analityczne, zmieniać rozmiary obrazu czy też dostrajać izotermy bez konieczności wchodzenia do głównego menu.

 

Opcjonalnie można zastosować obiektywy szerokokątne i teleobiektywy. Tym sposobem jest możliwe przystosowanie kamer do zmieniających się potrzeb użytkowników. Wyniki pomiarów mogą być kopiowane bezpośrednio z kamery termowizyjnej do pamięci USB. W niektórych modelach przewidziano format plików wideo MPEG-4 w świetle widzialnym i obsługę nieradiometrycznych plików wideo w podczerwieni. Bezpośrednio na ekranie dotykowym można narysować szkic, dodawany do obrazu w podczerwieni. Wbudowany GPS pozwala na geograficzne powiązanie obrazu w podczerwieni z położeniem w terenie.

 

W dostępnych na rynku kamerach termowizyjnych uwzględnia się szereg rozwiązań, zapewniających ergonomię użytkowania urządzenia. Wiele kamer kształtem przypomina pistolety. Składany i obrotowy wyświetlacz, pozwala na nagrywanie obrazu ponad głową użytkownika. Istotną rolę odgrywa także obrotowy uchwyt, który zdecydowanie ułatwia obsługę w trudno dostępnych miejscach. Z myślą o ergonomii przewidziano intuicyjną i hybrydową obsługę. Jest więc możliwe sterowanie kamerą za pomocą joysticka i ekranu dotykowego.

 

Fot. 5. Inny rodzaj zakłóceń

 

Fot. 6. Nowoczesne kamery wyposaża się w czytelny wyświetlacz LCD oraz ergonomiczną obudowę (fot. TESTO).

 

Fot. 7. Podstawę w ocenie okien stanowi wykrywanie nieszczelności. Uwzględnia się przy tym wykrywanie infiltracji zimnego (zewnętrznego) powietrza po stronie ciepłej (wewnętrznej) (fot. TESTO).

 

Dla poprawy ergonomii przewidziano programowalne klawisze szybkiego dostępu. W niektórych modelach są one umieszczone w górnej części kamery. Uzyskuje się więc szybką obsługę najczęściej używanych funkcji. Podczas badań termowizyjnych, w miejscach o ograniczonej przestrzeni, z pewnością przyda się zdalne sterowanie. Specjalnie zaprojektowany pasek na nadgarstek, pozwala na dostosowanie do  obsługi przez osoby zarówno prawo- jak i leworęczne. Warto zwrócić uwagę na wytrzymałość obudowy. Podaje się  bowiem, że niektóre modele są w stanie wytrzymać upadek z wysokości dwóch metrów.

 

Dzięki termowizji zyskuje się analizę pakietów szybowych oraz mostków liniowych szyba–rama skrzydła. Nie bez znaczenia pozostaje analiza własności  termoizolacyjnych profili skrzydła i ościeżnicy. Wykrywając  i oceniając nieszczelności należy uwzględnić różnicę ciśnień pomiędzy występującym pomiędzy wnętrzem budynku a jego zewnętrznym otoczeniem.

 

Kluczową rolę odgrywają również podmuchy wiatru i wysokość na jakiej znajduje się badane okno. Należy podkreślić, że wysokie budynki cechuje różnica ciśnień między dolnymi a górnymi kondygnacjami wytworzona przez ciąg kominowy o wartości nawet 200 Pa.

 

Literatura:
- J. Osiadły: Zastosowanie termowizji w przemyśle szklarskim. Część 5. „Świat Szkła” 5/2009,
- T. Wiśniewski: Zastosowanie termografii w podczerwieni w budownictwie. „Świat Szkła” 9/2006,
- W. Adamczewski: Termowizja w badaniu okien, www.aluplast.com.pl.

 

Damian Żabicki

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 7-8/2012

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
          sec