Zewnętrzne systemy ociepleń stają się coraz bardziej popularne na europejskim rynku budowlanym. Wraz z powstaniem bardziej rygorystycznych wymagań certyfikacji energetycznej oraz przepisów w zakresie efektywności energetycznej budynków, konstruktorzy zwracają coraz większą uwagę na dokładne i efektywne stosowanie tych systemów. Niestety wiele metrów kwadratowych zewnętrznych systemów izolacji cieplnej w nowych lub istniejących budynkach zostały zainstalowane bez użycia najlepszych praktyk. W celu lepszego zrozumienia nieprawidłowości w systemach izolacji, jak również charakterystyki cieplnej produktów izolacyjnych, konsorcjum firm, w tym włoskie Stowarzyszenie Izolacji Cieplnej i Akustycznej (Association for Thermal and Acoustic Insulation - ANIT), przeprowadziło projekt badawczy z użyciem kamer termowizyjnych FLIR Systems.

Badania mające na celu uznanie nieprawidłowości w systemach izolacji oraz ich montażu zostały przeprowadzone przez ANIT i dwóch członków tej organizacji, a mianowicie firm: Caparol oraz FLIR Systems. Badanie było koordynowane przez Tep srl, przedsiębiorstwo usług inżynieryjnych, koncentrując się na badaniach nieniszczących efektywności energetycznej budynków.

Budowanie na próbę

W celu badania zjawisk cieplnych charakteryzujących instalację zewnętrznych systemów ociepleń, zbudowano egzemplarz testowy, pokryty z trzech stron płytą izolacji cieplnej (EPS z dodatkiem grafitu). W górnej części próbki ściany pokryte były w taki sposób, że posiadały typowe błędy wykonawcze. Dolna część była odpowiednio wykonana, z lub bez kołków EPS.

Aktywna analiza termograficzna

Próbka ściany monitorowana i analizowana była podczas cyklu ładowania i rozładowania przez energię słoneczną. Jej okresowe obrazy termiczne były rejestrowane i przechowywane. Dzięki aktywnej termografii, ładowanie odbywało się przez promieniowanie słoneczne i wywierało wpływ na powierzchnię próbki testowej. Podczas fazy rozładowania określana była struktura, w której gromadzona jest energia, a następnie monitorowano uwalnianie energii w cieniu. Do tego badania ANIT zdecydował się na użycie kamery termowizyjnej FLIR T640 , która okazała się być najlepiej dostosowana do tego typu badania.

 Rys.1 Wzór układu testowego przed pokryciem.

Przenikanie ciepła w różnych warunkach

Aby prawidłowo zrozumieć to, co wydarzyło się w różnych przypadkach wskazanych na obrazie termograficznym, należy przeanalizować i poznać ewentualne anomalia, dotyczące wymiany ciepła w zmiennych warunkach na powierzchni izolacji.

Przy przepływie ciepła w zmiennych warunkach (tj. zmiennych temperaturach powierzchni) odporność termiczna przewodności właściwej i grubość każdego z tych materiałów nie są wystarczające do określenia właściwości termicznych różnych warstw. W rzeczywistości, należy również wziąć pod uwagę gęstość i ciepło właściwe materiałów. Parametry, które charakteryzują materiały w warunkach zmiennych połączonych z promieniowaniem struktury powierzchni zewnętrznej izolacji cieplnej są nazywane efektywnością termiczną.

Efektywność termiczna jest miarą zdolności cieplnej penetracji energii. Istotna jest: temperatura powierzchni zewnętrznej izolacji cieplnej, którą poddaje się silnemu wpływowi promieniowania słonecznego. Następnie bada się w jaki sposób materiał z poziomu powierzchni prowadzi ciepło do kolejnych warstw materiału w połączeniu ze zdolnością materiału do gromadzenia ciepła. Efektywność w tym kontekście wyraża się, jako łatwość materiału do ogrzewania, za pomocą promieniowania słonecznego wewnątrz: im niższa wartość, tym mniejsza jest ilość energii potrzebnej do ogrzewania materiału.

Próbka badawcza składa się z kilku materiałów o różnych wartościach efektywności cieplnej:

Klej do izolacji (EFR. = 906), EPS z dodatkiem grafitu (eff = 27) i PCV - z kołkami (eff = 530).

Wykres 1 przedstawiający różnice temperatur, które występują na górnej części próbki podczas obciążeń termicznych, w których są obecne i celowe błędy instalacyjne.

Wykres 2 temperatury prezentujący górną część próbki pokazuje, że nie ma materiału izolacyjnego o małej przewodności cieplnej, o ograniczonej pojemności cieplnej, kleju i kołków PVC, które mają wysoką przewodność cieplną oraz większą pojemność cieplną. Z uwagi na energię zmagazynowaną w wyniku promieniowania słonecznego izolacja chłodzi się szybciej, ponieważ ilość zmagazynowanej energii jest mniejsza to znaczy, że ma objętościowo mniejszą pojemność cieplną.

Analiza próbki

Analiza właściwości materiałów wykazuje różne zachowanie pod względem energii ładowania spowodowanego promieniowaniem i późniejsze opróżnienia energii wskutek cienia.

a) po naświetleniu promieniowaniem słonecznym stymulacja ogrzeje powierzchnię. PCW i klej, mają większą efektywność niż EPS, więc będą one początkowo chłodniejsze niż SWW i EPS ogrzeje się łatwiej. Kołki i odcinki klejone będą najzimniejszym punktem powierzchni.

b) Następnie badana próbka jest schładzana w cieniu. PVC i klej mają większą objętościową wydajność ciepła, dzięki temu te materiały zgromadziły więcej energii cieplnej, a tym samym będą początkowo cieplejsze niż EPS. Materiał EPS szybciej ostygnie; kołki i spoiny klejone będzią najgorętszymi punktami na powierzchni.

Analiza termiczna jasno określa, że istnieją dwa rodzaje warstw powierzchniowych:

materiał izolacyjny o małej przewodności cieplnej i ograniczonej pojemności cieplnej, klej i kołki PCV posiadające wyższą przewodność cieplną oraz większą pojemność cieplną. Podczas wykonywania analizy zdjęć termograficznych, osoba wykonująca pomiar musi być świadoma tego, co jest identyfikowane jako anomalia powierzchni: konieczne jest, aby zrozumieć, zewnętrzny system izolacji cieplnej, a to jak stwierdzono w odpowiednich warunkach środowiskowych, może być uważane jako wada.

Kamera FLIR T640bx

ANIT zdecydował się na wykorzystaniekamery termowizyjnej FLIR T640bx z powodu różnych wymagań technicznych. Badanie próbki wymaga możliwości zbadania luki temperatury blisko 0,5 ° C, do rejestrowania i kontrolowania powierzchni automatycznej zmiany temperatury podczas upływu czasu. Potrzebny aparat również musi być w stanie generować wysokiej jakości obrazy wideo, które mogłyby aktywnie badać zachowania termiczne powierzchni.

Kamera FLIR T640bx idealnie się do tego nadaje. T640bx to wysokiej klasy kamera termowizyjna z wbudowaną wizualną kamerą o rozdzielczości 5MP, opcją wymiennych obiektywów, auto-focusem i dużym 4,3" ekranem dotykowym LCD. Łączy w sobie doskonałą ergonomię z najwyższą jakością obrazu, zapewniając wyrazistość i dokładność oraz rozbudowane możliwości komunikacyjne.

Rys.4 T640bx to wysokiej klasy kamera termowizyjna z wbudowaną kamerą o rozdzielczości 5MP światła widzialnego.

Kamera termowizyjna opiera się na rejestrowaniu promieniowania podczerwonego, które jest niewidzialne dla ludzkiego oka. Każdy obiekt, którego temperatura jest wyższa od zera bezwzględnego czyli od temperatury 0 K (-273,15°C) jest źródłem ciepła i emituje promieniowanie podczerwone. Nawet ciała, które wydają się nam bardzo zimne, takie jak kry lodu na Antarktydzie, również są źródłem tego promieniowania.

Rys. 1 Zdjęcie wykonane kamerą termowizyjną, które daje nam możliwość rozpoznania miejsc cieplejszych bądź zimniejszych.

Kamera ta lokalizuje i określa wielkość występowania promieniowania podczerwonego emitowanego przez dany obiekt. Efektem badania są zdjęcia zwane termografami - obraz cieplny w postaci mapy pokazującej rozkład temperatur, w której każdy piksel posiada swoją wartość temperatury.
Kamera termowizja jest więc rodzajem termometru działającego na odległość, który ma możliwość przedstawienia naszym oczom znacznie więcej, aniżeli jesteśmy w stanie zobaczyć.

Analizę budynku kamerą termowizyjną można wykonać zarówno od zewnątrz budynku, jak i od środka poszczególnych jego pomieszczeń. W obu przypadkach będziemy mogli dostrzec mostki termiczne czyli „dziury”, przez które ucieka cenne ciepło. Gdy wykonujemy pomiar w ogrzewanym pomieszczeniu miejsca ucieczki ciepła są na termogramach pokazywane, jako miejsca zimniejsze i zazwyczaj mają kolor ciemny - niebieski, zgodnie ze skalą temperatur.

Natomiast jeśli pomiary wykonywane są na zewnątrz budynku lub w pomieszczeniach nieogrzewanych ma miejsce odwrotna sytuacja. Wówczas wadliwość izolacji termicznej lub wpływ wilgoci jest pokazywany jako miejsca cieplejsze i jednocześnie – jaśniejsze na zdjęciach.

Rys. 2 Skala temperatur na termogramie mieści się w przedziale od 26.05°C – 6.84°C (barwa jasna oznacza miejsca posiadające wysoką temperaturę, barwa ciemna – niska temperatura).

Możliwości wykorzystania kamery termowizyjnej:
- sprawdzenie poprawności wykonania izolacyjności termicznej fundamentów domu
- wykrywania wad ogrzewania podłogowego i niedrożność tradycyjnej instalacji grzewczej
- lokalizacji miejsc, które ukrywają pod tynkiem: zamurowane okna, wyloty kominów wentylacyjnych
- kamerę termowizyjną można między innymi wykorzystać do ustalenia czy ramy stolarki okiennej i drzwiowej są poprawnie osadzone na ościeżach – tak,
by nie dochodziło do ucieczki ciepła
- można ją stosować do określania strat zimna - w przypadku klimatyzacji
- wykrywania pęknięć lub przerwy w uszczelnieniach budynku
- lokalizacji wilgoci przenikającej przez spoiny i pęknięcia w dachach, sufitach i ścianach, która pozostaje w nich uwięziona, co powoduje gnicie
struktury budynku i powstawanie pleśni
- kamery termowizyjne doskonale nadają się do badania jakości wykonania izolacji cieplnej, oraz zbadania czy zastosowane materiały
w pełni odpowiadają za izolację cieplną
- wykrywanie miejsc nawiewu zimnego powietrza przez gniazdka elektryczne, oraz kratki wentylacyjne
- ocena, w jakim stopniu potrzebny jest remont budynku

Skorygowanie tych błędów i wad w sposób znaczący zwiększa sprawność energetyczną oraz strukturalną integralność budynku.

Szczególnie ważne są miejsca niewidoczne po zakończeniu budowy, które mogą mieć znaczący wpływ na koszty eksploatacji budynku.

Rys.3 Otwory okienne i drzwiowe źle uszczelnione są miejscami największej straty ciepła w budynku

Regularne kontrole struktur za pomocą kamery termowizyjnej od wewnątrz i od zewnątrz pomagają szybko zlokalizować miejsca, gdzie występują mostki termiczne. Oczywiste jest także, że znając źródło i przyczynę strat ciepła – zdecydowanie łatwiej jest z nimi walczyć i starannie zaplanować działania zmierzające do ograniczenia strat energii cieplnej.

Przedsiębiorstwa specjalizujące się w badaniach termowizyjnych budynków mieszkalnych starają się propagować wśród deweloperów, wykonawców i osób indywidualnych ideę kontroli wykonywanych prac przy użyciu kamery termowizyjnej. Staramy się uświadamiać wszystkim, że takie badania przed zakończeniem prac pomagają wwyeliminować wiele niedociągnięć. Sprawdzenie budynku pozwala na usunięcie ewentualnych błędów, w momencie gdy jest jeszcze czas na wprowadzenie poprawek. Pamiętajmy, że badania termowizyjne są wsparciem dla budownictwa.

Patrycja Surówka

Każdego dnia miliony podróżujących korzysta z metra w Delhi. Delhi Metro Rail Corporation (DMRC) uważa, że wszystkie koleje przybywają na czas do miejsca przeznaczenia. "Być zorientowanym na usługi i dbać o swoich klientów" - tak chodzi właśnie o DMRC. Aby utrzymać stałe działanie sieci metra, DMRC korzysta z kamer termowizyjnych FLIR. 
 

Metro Delhi jest systemem szybkiego tranzytu obsługującego miasta Delhi, Gurgaon, Noida i Ghaziabad w Indiach. Sieć składa się z siedmiu linii o łącznej długości 189,63 km z 142 stacjami, z których 35 jest podziemnych. Stanowi kombinację linii na poziomie terenu, wznoszonych oraz podziemnych i wykorzystuje zarówno szeroki rozstaw torów, jak i standardowych rozmiarów pojazdy szynowe. Metro Delhi jest budowane i obsługiwane przez Delhi Metro Rail Corporation (DMRC). Z metra dziennie korzysta średnio 1,8 miliona podróżujących, a DMRC codziennie obsługuje około 2700 przejazdów pomiędzy godziną 6:00 a 23:00, w odstępie 2 minut i 30 sekund pomiędzy kolejnymi pociągami w czasie największej częstotliwości.  

Przewidywanie konieczności konserwacji przy użyciu obrazowania termicznego

Ta duża i intensywnie używana sieć musi być utrzymana w dobrym stanie, aby zapobiec zużyciu sieci w wyniku intensywnego użytkowania, powodując tym samym zamieszanie dla milionów podróżujących. Dlatego też personel obsługi technicznej wykorzystuje kamery termowizyjne w ramach przewidywania prac konserwacyjnych. Mówiąc ogólnie, wszystkie urządzenia elektroniczne i podzespoły nagrzewają się, zanim ulegną awarii. Te potencjalne problemy będą wyraźnie widoczne na obrazie termicznym. Dzięki wczesnemu wykryciu tego wzrostu temperatury za pomocą kamer termowizyjnych FLIR pracownicy techniczni mogą zaplanować naprawy i uniknąć kosztownych awarii i przestojów. W tym celu wszystkie elementy sieci kolejowej są regularnie kontrolowane przez załogę obsługi technicznej za pomocą kamery termowizyjnej FLIR E50. Te okresowe inspekcje odgrywają kluczową rolę w programie profilaktycznym DMRC.  

Instalacja kamery termowizyjnej

Gdy niedawno pojawiły się problemy z siecią metra, co spowodowało ogromne opóźnienia, DMRC podejrzewał, że problem spowodowały izolatory segmentowe. Zespół techniczny DMRC zainstalował jedną z kamer termowizyjnych FLIR E50 w obudowie ochronnej IP66, wyposażonej w specjalne wzierniki oferowane do kamer termowizyjnych przez FLIR nazywane "IR Window", w celu monitorowania problematycznej sekcji przez cały dzień. Chroniona przed niekorzystnymi warunkami pogodowymi przez obudowę IP66 kamera termowizyjna FLIR E50 mogła bezpiecznie rejestrować promieniowanie podczerwone emitowane przez izolatory segmentowe i dostarczać obrazy termowizyjne ukazujące każdy piksel odpowiadający bezkontaktowemu pomiarowi temperatury. 

Sygnał wideo z kamery termowizyjnej FLIR E50 podłączono do rejestratora cyfrowego (DVR) o pojemności jednego terabajta, w celu zapisania danych. Po przeanalizowaniu przez godzinę izolatorów segmentowych system zapisuje plik wideo. Te godzinowe pliki wideo zostały wykorzystane do skorelowania tymczasowych wzrostów temperatury o porę dnia, obciążenie sieci i innych czynników, w celu określenia przyczyny problemu. 

Przyczyny znalezione w oparciu o dane termiczne

Wykonanie obudowy ochronnej dla kamery termowizyjnej i rejestratora zostało wykonane przez dystrybutora marki FLIR, pracowników NNK International i DMRC. Instalację wykonali w nocy, aby nie sprawiać problemu użytkownikom metra.

Testy zostały przeprowadzone w miejscach, w których były duże problemy, a wyniki były rejestrowane w przypadku, gdy pantograf przechodził w izolator segmentowy. Zaobserwowane, że czynniki takie jak obciążenie systemu i warunki środowiskowe miały istotny wpływ na pogorszenie stanów izolatorów segmentowych. Aby dodatkowo opisać problem używano kamery termowizyjnej FLIR E50 do monitorowania izolatorów w przypadku, gdy temperatura izolatorów segmentowych przekroczyła ustalony wcześniej próg.

Dokładna analiza danych termicznych pozwoliła DMRC podjąć odpowiednie działania. Ta informacja termiczna pomogła również DMRC sprawdzać swoje systemy w różnych warunkach pogodowych i przy różnym załadunku, aby zapewnić lepsze usługi dla pasażerów. 

Co to jest izolator segmentowy?

Izolatory segmentowe są wykorzystywane w systemie linii napowietrznych kolei, aby izolować elektrycznie i oddzielać poszczególne sekcje w celu konserwacji, bez konieczności wyłączania całego systemu. System linii napowietrznych jest podzielony na części rozdzielone elektrycznie. 

W Polsce dystrybutorem kamer termowizyjnych FLIR Systems jest iBros technic. iBros technic pomoże w doborze rozwiązania, stworzy lub dołoży potrzebne elementy dodatkowe i akcesoria do indywidualnych potrzeb.

Zapraszamy do kontaktu  +48 12 3767051  Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.