Материал: Термографический контроль энергоэффективности зданий. Буянов В.И., Попов Б.А

по типу исполнения

1. стационарные тепловизоры. Предназначены для стационарной установки, наблюдения за фиксированной зоной и передачи информации по линии связи. В системах безопасности могут устанавливаться на привод наведения. В промышленности стационарные тепловизоры обычно следят за температурным режимом движущихся объектов (например, на конвейере) или поверхностей (например, вращающихся печей). Примером стационарных тепловизоров являются модели FLIR A-series;

2. переносные (портативные) тепловизоры. Применяются для тепловизионной съемки в строительстве, энергетике, промышленности и других отраслях. Современные модели имеют моноблочный корпус, который содержит все системы тепловизора: оптику, матрицу, электронику, экран, органы управления, носитель для записи термограмм, аккумулятор. Портативные теплолвизоры также оснащаются встроенными фотоаппаратами, лазерными целеуказателями, лампами подсветки, аудио-гарнитурами. Портативные тепловизоры имеют малый вес от 350 грамм до 2 кг. Автономное аккумуляторное питание обеспечивает работу до 8 часов;

по возможности измерения температуры

1. наблюдательные тепловизоры. Наблюдательные тепловизоры делают тепловое излучение объектов видимым, представляя интенсивность ИК-излучения с помощью выбранной цветовой шкалы (палитры);

2. измерительные тепловизоры. Предназначены для визуализации температурных полей и бесконтактного измерения температуры поверхностей.

2.3. Подготовка и проведение обследования Методики проведения тепловизионных обследований

Во многих организациях существуют свои оригинальные утвержденные методики тепловизионных исследований зданий и сооружений. В них регламентируется проведение испытаний наружных стен, покрытий, чердачных перекрытий, перекрытий над проездами, холодными подпольями и подвалами, ворот и дверей в наружных стенах, а также оконных и балконных дверных блоков, фонарей и других ограждающих конструкций, разделяющих помещения с различными температурно-влажностными условиями.

Обычно термографисты проводят три основных вида обследований. Это обследование для сравнения, получения опорных изображений и выявления температурных трендов. Выбор вида обследования зависит от типа обследуемого оборудования и типа необходимых данных. Каждый вид обследования может быть эффективным при правильном применении. Сравнительная термография - основной используемый метод. Это процесс, которым пользуются термографисты для сравнения состояния похожих компонентов в похожих условиях, для оценки состояния проверяемого объекта. При правильном и корректном использовании сравнительной термографии, отличия в обследуемом оборудовании будут указывать на его состояние. Сравнительная термография может быть количественной и качественной.

Сравнительная количественная термография требует измерения температуры элементов исследуемого объекта. Результат измерения сопоставляют с температурой аналогичного объекта или с базовой линией, получая разность температур. Для поверхностей с высокой излучательной способностью оценка теплового состояния объекта может быть надежно определена на основе измерений. В случае поверхностей с малой излучательной способностью такая оценка будет ненадежной вследствие сильного влияния изменений состояния поверхности и условий окружающей среды. Кроме того, в ряде практических задач требуется полученным тепловым изображениям поставить в соответствие числовые показатели, чтобы иметь возможность их анализировать, что требует полного понимания переменных величин и ограничений, влияющих на результаты измерений.

В методе сравнительной качественной термографии осуществляют сравнение температурных распределений обследуемого элемента с распределениями температур у идентичных или схожих элементов, находящихся в идентичных или схожих рабочих условиях. Аномалия в объекте исследования выявляются по изменениям интенсивности участка термограммы для двух или более аналогичных объектов без получения количественных оценок температуры. Данный метод быстр и прост в применении, не требует настроек инструмента для коррекции на атмосферные условия и условия эксплуатации объекта, а также знания излучательных свойств поверхности.

В большинстве практических применений в промышленности используется метод сравнительной качественной термографии. Он весьма эффективен при обнаружении чрезмерно высоких температур подшипников или других элементов машин, участков электрического оборудования, электрических соединений, а также мест утечек или препятствий к протеканию жидкостей в теплообменном оборудовании и его элементах (трубах), утечек в сосудах давления, трубах и клапанах.

Опорные обследования

Опорные обследования должны установить опорные точки, характеризующие работу сооружения или оборудования в нормальном рабочем состоянии. Важно определить, что такое нормальное или желаемое состояние оборудования, и использовать его как опорную сигнатуру, с которой в дальнейшем будут сравниваться последующие изображения. Часто опорная сигнатура является однородной или каким-то образом связана со структурой обследуемого объекта. Например, после того, как двигатель был установлен и введен в работу, любые отличия проявятся на последующих тепловых изображениях.

Температурные тренды

Выявление тепловых трендов – это процесс, который используется термографистами для сравнения распределения температур компонента во времени. Определение тепловых трендов широко применяется для обследования механического оборудования, где нормальные тепловые сигнатуры могут быть сложными. Такая методика так же полезна, если тепловые сигнатуры, указывающие на неисправность, медленно изменяются со временем. Например, построение тепловых трендов может использоваться для контроля работы огнеупорной (высокотемпературной) теплоизоляции, чтобы определить оптимальное время для проведения обслуживания. Если данные тщательно собираются, а изменения анализируются, эти методы могут очень точно отобразить развитие состояния. Однако, важно помнить, что построение тренда позволяет только сделать предположения, а не предсказать будущее.

Для отображения различных температур и рисунков на тепловом изображении используется набор цветов – палитра. Независимо от того, производится ли обследование или анализ, необходимо выбрать палитру, которая позволяет выделить проблему наилучшим образом. В идеальном случае, необходимо выбирать тепловизор, который позволяет пользователю выбирать или изменять необходимую палитру как на тепловизоре, так и в программном обеспечении. Например, для решения одних задач изображение лучше просматривать или анализировать в монохроматических палитрах, таких как серая или янтарная. В других ситуациях может быть проще и нагляднее использовать цветные палитры, такие как цвета побежалости, сине-красная или одна из высококонтрастных палитр. Широкий выбор доступных цветовых палитр обеспечивает термографисту гибкость при проведении тепловизионных обследований, анализа и составлении отчетов.

Лучше всего методику проведения тепловизионного обследования ограждающих конструкций зданий сочетать с контактными методами определения теплотехнических характеристик выборочных участков.

При этом тепловизионное обследование ограждающих конструкций проводится в соответствии с ГОСТом 26629-85.

Теплотехнические параметры базовых участков ограждающих конструкций определяются в соответствии с ГОСТами 26253-84 и 26254-84.

Тепловизионные измерения наружных поверхностей ограждающих конструкций проводят в зимний или переходные периоды года при температурном перепаде между внутренним и наружным воздухом (15 °С), превосходящем минимальное допустимое значение ∆t_min,°C, определяемое в соответствии с ГОСТом 26629-85 по формуле:

где Q – предел температурной чувствительности тепловизора, °С;

Ro – значение сопротивления теплопередаче, принимаемое по проектной технической документации на здание, м² • °С/Вт;

a – расчетный коэффициент теплоотдачи, принимаемый равным:

• для внутренней поверхности стен по нормативно-технической документации на здание 1, 3, 6 м/с (принимаемых по СНиП 23-01-99);

• для региона строительства, соответственно – 11, 20, 30 Вт/м² • °С;

r – относительное сопротивление теплопередаче выбранного участка ограждающей конструкции, принимаемое равным отношению прогнозируемого значения к проектному значению сопротивления теплопередаче, но не более 0,85.

Следует отметить, что современные тепловизоры устанавливают определенные требования к проведению исследований:

• измерения проводят при отсутствии атмосферных осадков, тумана, задымленности воздуха, инея на поверхностях, а также прямого солнечного облучения поверхностей ограждающих конструкций;

• обследуемые поверхности ограждающих конструкций не должны находиться в зоне прямого и отраженного солнечного облучения за 12 часов до проведения измерений.

Проведение измерений производится в 2 этапа. Вначале проводится обзорное тепловизионное обследование всех наружных ограждений здания, затем – анализ обзорных термограмм и выбор характерных зон (участков конструкции).

Фактическая схема расстановки термодатчиков предусматривает их установку на внутренней и наружной поверхностях в количестве, необходимом для получения информации в плоскости ограждения с учетом возможных зон неоднородности.

Допускается определение теплотехнических параметров неоднородных по свойствам стен при обязательном условии тепловизионной съемки наружной и внутренней поверхностей. При этом после обработки термограмм выделяется изотермический участок конструкции, на котором устанавливается комплект термодатчиков.

Подготовка к измерениям

Тепловизионные измерения проводят при перепаде температур между наружным и внутренним воздухом, превосходящем минимально допустимый перепад , °C, значение которого определяют по формуле

,

где - предел температурной чувствительности тепловизора, °С;

- проектное значение сопротивления теплопередаче, °C·м²/Вт;

α - коэффициент теплоотдачи, принимаемый равным: для внутренней поверхности стен - по нормативно-технической документации, для наружной поверхности стен при скоростях ветра 1; 3; 6 м/с - 11; 20; 30 Вт/м² • °С соответственно;

- относительное сопротивление теплопередаче подлежащего выявлению дефектного участка ограждающей конструкции.

Чем выше перепад температур, тем более точными являются и лучше поддаются анализу и обработке результаты тепловизионных обследований (во многих случаях оказывается достаточным перепад температуры между внутренним и наружным воздухом не менее 10 °C - 15 °C.).

Анализ однократно полученных термограмм часто затруднен ввиду того, что температурные аномалии, обусловленные переходными процессами и некачественной теплоизоляцией ограждающей конструкции, могут оказаться неразличимыми. Проведение однократного термографирования в нестационарных условиях допускается только при термографическом осмотре, результаты которого считают предварительными.

Обследуемые поверхности не должны находиться в зоне прямого и отраженного солнечного облучения в течение 12 ч до проведения измерений. Оконные и дверные проемы в обследуемом объекте рекомендуется сохранять в фиксированном положении в течение 12 ч до начала и в процессе проведения измерений.

Измерения не рекомендуется проводить, если значение интегрального коэффициента излучения поверхности объекта менее 0,7. Значения коэффициента излучения выбирают из технической документации к тепловизору, справочной литературы для заданных материалов в спектральном диапазоне тепловизора либо измеряют в натурных или лабораторных условиях.

Точки съемки выбирают так, чтобы поверхность объекта измерений находилась в прямой видимости под углом наблюдения не более 60°. Под данными углами должны находиться все поверхности, подлежащие анализу в рамках каждой термограммы.

Удаленность точек съемки , м, от поверхности объекта выбирают исходя из величины наименьшего линейного размера , м, подлежащего выявлению участка ограждающей конструкции по формуле

,

где - мгновенное поле зрения тепловизора, определяемое как линейный угол зрения одного элемента разложения термограммы, рад.

Для определения тепловых потоков через конструкцию на основе технической документации проводятся вычисления двухмерных или объемных температурных полей с учетом расчетных теплотехнических характеристик материалов этой конструкции при граничных условиях, соответствующих периоду обследования.

Для выбранного изотермического участка конструкции по расчетным температурным полям вычисляется плотность теплового потока, величина которого сравнивается с данными натурных измерений и корректируется в соответствии с ними.

Места установки тепловизионной камеры выбирают так, чтобы поверхность объекта измерений находилась в прямой видимости под углом наблюдения (между нормалью к поверхности и оптической осью прибора) не более 60 °С, а допустимую удаленность тепловизора L в метрах от поверхности объекта определяют по формуле:

где 2j – угловой размер поля зрения объектива тепловизора, °С;

D – линейный размер подлежащего исследованию участка ограждающей конструкции, принимаемый при контроле внутренней поверхности до 0,1 м, при контроле наружной поверхности – до 0,5 м;

Nc– число элементов разрешения по строке термограммы.

Выбранные точки съемки отмечаются на плане застройки. Затем производится фотографирование объекта, после чего регистрируются дефекты и нарушения наружных поверхностей ограждающих конструкций, а также зоны, коэффициент излучения которых требует уточнения.

Тепловизионная регистрация температурных полей поверхности ограждающих конструкций должна производиться с учетом излучательной способности обследуемой поверхности.

Одновременно со съемкой тепловизором наружной поверхности ограждающих конструкций здания проводятся дополнительные измерения и регистрация метеоусловий снаружи здания: температуры воздуха, направления и скорости ветра, а изнутри – температуры, подвижности и влажности воздуха.

По обзорным термограммам наружной поверхности выбирают участки ограждающих конструкций для проведения тепловых контактных измерений. При этом должны соблюдаться определенные условия, выбранные участки не должны быть изотермическими, т. е. не должны иметь температурных аномалий.

Далее проводят определение термического сопротивления ограждающих конструкций, температуры внутреннего и наружного воздуха вблизи ограждающих конструкций, плотности теплового потока, проходящего через ограждающую конструкцию.

После проведения тепловизионных измерений проводится обработка, анализ полученных термограмм и составление отчетной документации.