Termografia podczerwieni to obrazowe przedstawienie rozkładu temperatury na powierzchni materiału. Dlatego możliwe jest określanie różnych właściwości powierzchni elementu i wyciąganie wniosków co do struktury materiału w części wewnętrznej badanego elementu.
Straty ciepła, mostki cieplne lub infiltracja powietrza mogą być obrazowane w tej technice. Jednak ostatnio również pojawiły się raporty z badań termowizyjnych, które ukazują fizyczne metody pomiarowe w złym świetle.
Termografia jest procedurą bezdotykowego pomiaru temperatury powierzchni materiałów. Każde ciało o temperaturze powyżej zera absolutnego (-273,15°C) emituje charakterystyczne promieniowanie. Przyczyną tego zjawiska jest obecny w każdym ciele ruch cząsteczek wchodzących w skład tego ciała. Intensywność tego ruchu zależy od temperatury ciała. Ciepło to promieniowanie, które nie jest widoczne gołym okiem, a jest przypisane do długości fali w zakresie podczerwieni. W dziedzinie wykorzystania termografii do badania budynków, poruszamy się zwykle w zakresie długości fal 3-5 mikronów i 8-14 mikronów.
To, co widzimy w takim termogramie jest wynikiem skomplikowanych obliczeń, które jednak – dzięki nowoczesnej technologii – mogą być wykonane automatycznie przez oprogramowanie kamery. W czasie termograficznego pomiaru w detektorze IR, padająca porcja energii promieniowania jest konwertowana w celu odczytu temperatury. Promieniowanie padające na detektor składa się z trzech części: pierwszej (pożądanej) – właściwego promieniowanie badanego elementu; drugiej – odbitego promieniowania od elementu (nie jest potrzebne) i transmitancji atmosferycznej (nie jest potrzebne). Te trzy parametry muszą być szczegółowo określone przez użytkownika, w przeciwnym razie mogą „pomieszać temperatury” badanego ciała i środowiska, co będzie można zobaczyć w termogramie. Innym ważnym warunkiem wstępnym dla osiągnięcia wysokiej jakości badań termograficznych jest przestrzeganie określonych warunków pomiarowych.
Poprzez różne niejednorodne struktury, takie jak mostki termiczne, przepływ ciepła powoduje różne temperatury na powierzchni ciała, które są następnie wykrywane przez kamery na podczerwień, obliczane i wyświetlane w termogramie. Nowoczesne kamery termowizyjne mogą wykazać różnice temperatury o kilka setnych stopnia. Taka różnica jest niezbędna, zwłaszcza w szczegółowych badaniach z zakresu fizyki budowli. Ponieważ jednak, jak wcześniej wspomniano, promieniowanie padające na detektor kamery składa się z kilku składników, szczegółową analizę sytuacji, w jakiej będą wykonywane badania, trzeba wykonać jeszcze przed pomiarami. Aby otrzymać miarodajne wyniki badań termograficznych, potrzebna jest różnica temperatur 15 K, w celu wychwycenia istotnych wad i usterek w detalach architektonicznych. Ponadto, określenie głównych czynników środowiskowych wpływających na badania termowizyjne ma zasadnicze znaczenie dla jakości tych badań.
Popularne motywy: Często widzi się obrazy powłoki zewnętrznej budynku (fasady od zewnątrz). Pokazują one wiele szczegółów, ale najważniejsze kwestie ujawniają tylko badania termograficzne od wewnątrz.
Czas pomiaru (pora dnia) muszą być tak dobrane, aby możliwa była wcześniejsza ekspozycja np. ściany budynku na światło słoneczne nie miała wpływu na wynik pomiaru. Również, podczas pomiaru, nie może wiać silny wiatr, padać deszcz lub występować mgła. Innym czynnikiem jest sam wykonawca badań termograficznych. Wykonanie wysokiej jakości termogramów wymaga pogłębionej wiedzy z zakresu budownictwa.
Z jednej strony badacz powinien potrafić ocenić czynniki architektoniczne, konstrukcyjne, a szczególnie dotyczące fizyki budowli. Dlatego wiedza inżynierska dotycząca ustrojów budowlanych jest niezbędna. Z drugiej strony badacz musi mieć wiedzę z zakresu fizyki, a szczególnie optyki by potrafić interpretować czynniki dotyczące pomiarów, znać technikę termowizyjną a szczególnie właściwości kamery termowizyjnej oraz mieć doświadczenie we właściwym wykonywaniu i interpretowaniu termogramów.
W przeciwnym razie termogram nie jest niczym więcej niż „kolorowym obrazkiem”. Ostatnim wymogiem jest dobór odpowiedniej kamery z odpowiednim oprogramowaniem. To powinien być wysokiej klasy system obrazowania termicznego, który może pokazać minimalną rozdzielczość 320x240 pikseli przy rozdzielczości termicznej <0,1 K. Zakłada się, że renomowani producenci kamer termowizyjnych udostępniają odpowiednie oprogramowanie do pomiarów termicznych i obliczeń, a także do stworzenia raportu termograficznego.
Mostki termiczne w narożu okna balkonowego: Nieszczelności w „obszarze montażu” porte-fenêtre (balkonu francuskiego)
Badania termograficzne okien
Efekt wykraplania się kondensatu pary wodnej można zaobserwować w miejscach infiltracji (przedmuchów) zimnego powietrza, zwłaszcza w miejscach połączenia okna z otaczającymi komponentami (np. ościeżem) lub w obszarach styku skrzydeł okiennych z ościeżnicą lub innymi elementami konstrukcji okna. Ponieważ okno jest najczęściej jednym z „najsłabszych ogniw” w zewnętrznej elewacji – przynajmniej w zakresie termoizolacyjności – to kładziemy większy nacisk na badania okien, ponieważ pozostała nieprzezroczysta zazwyczaj część fasady charakteryzuje się najczęściej dobrą izolacyjnością i szczelnością.
Powietrze zaś (z zawartą w nim wilgocią), co wynika z reguł fizycznych, zawsze przemieszcza się ze strefy gorącej do zimnej, oraz z obszaru większego ciśnienia pary wodnej (czyli o większej wilgotności) do obszaru z mniejszym ciśnieniem. Najnowsze systemy okienne pozwalają stosunkowo łatwo sterować infiltracją powietrza, np. za pomocą klamki okiennej sterować okuciami okiennymi i, w zależności od potrzeb, uzyskiwać okno szczelne lub okno rozszczelnione. Jednak praktyka pokazuje, że nadal są problemy ze szczelnością połączeń między oknem a przyległymi elementami otworu okiennego – wiele firm wykonuje te połączenia niezgodnie z przyjętymi zasadami sztuki budowlanej.
Jest to szczególnie widoczne w przypadku badań termograficznych we wnętrzach. Doświadczenie pokazuje, że w przybliżeniu dwie trzecie obrazów termicznych w domu jest wykonywanych w obszarze okna, a zwłaszcza w strefie montażowej (połączenia okna z murem). W badaniach termograficznych okien można sprawdzić poziom ich szczelności, a w nielicznych rodzajach badań (w przypadku zamontowanego już okna) możemy uzyskać informacje na temat różnicy ciśnień przy której dany element zachowuje jeszcze szczelność (np. w badaniach szczelności budynku pasywnego z zastosowaniem specjalnego wentylatora montowanego w drzwiach wejściowych). W niektórych przypadkach do wywołania określonej różnicy ciśnień można użyć wyciągu kuchennego w okapie. Techniczna ocena właściwości dotyczących izolacyjności termicznej ram okiennych i szyb zespolonych jest możliwa przy zastosowaniu metod termograficznych.
W takich przypadkach zalecane są badania termograficzne od strony pomieszczenia. Ponadto wymagana jest bardzo dokładna analiza emisyjności. Panuje przekonanie, że powierzchnia szkła wykazuje większą refleksyjność niż większości materiałów budowlanych, wyłącznie ze względu na strukturę powierzchni materiału. Szkło więcej emituje lub odbija ponieważ ma bardzo „gładką” powierzchnię dla „padającego” promieniowania. W przypadku innych materiałów, takich jak tynk, z powodu „pofałdowanej” struktury powierzchni promieniowanie jest rozproszone.
Mostek termiczny przy dolnej krawędzi okna: Czy okno jest uszczelnione zgodnie z zasadami sztuki budowlanej
Nieprawidłowo prowadzone badania termograficzne mogą wprowadzać w błąd
Prawidłowość wykonania fasady budynku może zostać zbadana w celu zapewnienia zgodności z projektem budowlanym. Pomiar rzeczywistej konstrukcji, opracowanie wyników pomiarów i ostateczne stworzenie termograficznej opinii wymagają znacznej ilości czasu. Jest to złożona metoda, która wymaga skomplikowanych pomiarów cząstkowych oraz dużego doświadczenia badacza.
Przez tak zwane „działania termograficzne”, prowadzone głównie przez niektórych „konsultantów energetycznych”, niestety, coraz więcej konsumentów jest wprowadzanych w błąd. Głównie przez oszczędzanie na badaniach, w takich „tanich termogramach” nie są wykrywane nieprawidłowości w budynku, a w konsekwencji nie są wskazywane prawidłowe środki zaradcze.
Dlatego należy wziąć pod uwagę zlecanie badań termograficznych tylko badaczom z odpowiednim doświadczeniem i rekomendacjami.
Benjamin Standecker
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
więcej informacj: Świat Szkła 1/2013
