TERMOGRAFICZNE BADANIE BUDYNKÓW MIESZKALNYCH I OBIEKTÓW PRZEMYSŁOWYCH

Transkrypt

1 Polskie Towrzystwo Fotogrmetrii i Teledetekcji Sekcj Fotogrmetrii i Teledetekcji Komitetu Geodezji PAN Komisj Geoinformtyki PAU Zkłd Fotogrmetrii i Informtyki Teledetekcyjnej AGH Archiwum Fotogrmetrii, Krtogrfii i Teledetekcji Vol. 10, 2000, str. 65-1: 65-7 ISBN Alin Wróel Andrzej Wróel TERMOGRAFICZNE BADANIE BUDYNKÓW MIESZKALNYCH I OBIEKTÓW PRZEMYSŁOWYCH 1. Wstęp Jkość ciepln przegrody udowlnej, zleży od jej izolcyjności cieplnej jk i od fktu występowni wd, powodujących loklne zwiększenie przepływu ciepł. Izolcyjność cieplną przegrody określmy z pomocą współczynnik przenikni ciepł U. Według normy [PN] współczynnik ten określony jest wzorem: gdzie: T i tempertur powietrz w pomieszczeniu; T e tempertur powietrz n zewnątrz udynku; q gęstość strumieni cieplnego. U = q Ti Te Większ wrtość współczynnik U ozncz, że w określonej jednostce czsu więcej ciepł przepływ przez przegrodę. Pożądne wrtości tego współczynnik zleżą od przeznczeni przegrody. Dl przykłdu, wg oecnie oowiązujących przepisów [1] dl zewnętrznej ściny udynku mieszklnego współczynnik U nie powinien przekroczyć 0.3 [W/m 2 ok] dl ściny wrstwowej, 0.5 [W/m 2 ok] dl ściny jednorodnej. Oczywiście ściny oiektów przemysłowych, w zleżności od ich przeznczeni, mogą posidć inną wrtość współczynnik U. Jkość cieplną przegrody dorze zizolownej mogą popsuć wdy wynikjące ze złego projektu lu wykonni. Chrkter tych wd może yć dwojki. Miejscowe rki izolcji lu zł izolcj wieńców i ndproży powodują powstwnie mostków cieplnych. W udynkch mieszklnych, o dorej izolcyjności ścin, powstwć mogą w tych miejscch wykropleni pry wodnej, w ich nstępstwie rozwój pleśni. Osonym prolemem są nieszczelności w przegrodch udowlnych. Przyczyny ich powstni mogą yć różne np. zwichrowne okn, szczeliny w miejscu łączeni różnych mteriłów, pęknięci n skutek złego wykonni przegrody lu dziłni czynników termicznych. Nieszczelności te mogą powodowć ndmierną infiltrcję zimnego powietrz do wnętrz. Zyt nisk izolcyjność ścin i występujące wdy ędą powodowć większe zużycie energii dl ogrzni pomieszczeń, w przypdku niektórych oiektów przemysłowych mogą powodowć pogorszenie prmetrów procesu technologicznego lu prowdzić do groźnych czsmi wrii. Do oceny izolcyjności cieplnej przegród udowlnych i do wyszukiwni wdliwych miejsc stosowne mogą yć różne metody. W wielu przypdkch rdzo dore wyniki dje

2 65-2 Archiwum Fotogrmetrii, Krtogrfii i Teledetekcji, vol. 10, Krków 2000 oserwcj termogrficzn. Jest to metod djąc rdzo dokłdny orz rozkłdu tempertury n dnej powierzchni. Opier się n pomirze ntężeni promieniowni emitownego przez dne ciło. Zleżność tego promieniowni od tempertury cił podje wzór Plnck. Orz tempertury n powierzchni przegrody tylko wtedy odzwierciedl jej izolcyjność i pozwl n ocenę jej wd, jeżeli występuje przepływ ciepł przez przegrodę. Wrunkiem przepływu ciepł jest różnic tempertury powietrz (lu innych gzów) po ou stronch przegrody. Im większ różnic tempertury tym większ dokłdność wyznczeni wrtości współczynnik U i tym rdziej widoczne są wdy. Prowdząc dni termogrficzne przegród udowlnych nleży ztem szczególną uwgę zwrócić n wrunki w jkich wykonywny jest pomir. W dlszym ciągu rtykułu przedstwione zostnie kilk oprcowń termogrficznych wykonnych n Wydzile Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowisk AGH. 2. Pomir termogrficzny udynku mieszklnego Bdni termogrficzne udynków mieszklnych wykonywne mogą yć jko odiory techniczne po udowie lu jko ekspertyzy związne z projektownym ociepleniem. Celem dń może yć tylko wyszuknie wd w postci mostów cieplnych lu tkże wyznczenie współczynnik U. Ay pomir dł prwidłowe rezultty możn go wykonywć, gdy różnic tempertury powietrz wewnątrz i n zewnątrz udynku wynosi co njmniej 10 o C. Spełnione jest to w czsie sezonu grzewczego, gdy tempertur powietrz zewnętrznego osiągnie kilk stopni powyżej zer. Wówczs przepływ ciepł jest n tyle duży, że wyrźnie widoczne są wdy. Oserwcj termogrficzn ścin nie m oczywiście sensu gdy są one oświetlone przez słońce, gdyż powoduje ono ogrznie niektórych frgmentów ściny, ztem znieksztłcenie jej orzu termicznego wynikjącego z przepływu ciepł od wewnątrz do zewnątrz udynku. Dltego pomiry te wykonuje się z reguły w nocy lu w pochmurne dni Jeżeli n podstwie oserwcji termogrficznych wyznczny m yć współczynnik U, musi yć spełniony dodtkowy wrunek, y co njmniej przez jedną do dwóch dó przed pomirem wrunki termiczne yły ustilizowne. Ozncz to, że whni tempertury powietrz n zewnątrz udynku nie powinny przekrczć 2 do 4 o C, nie może wić mocny witr i w ciągu dni nie powinno świecić mocno słońce. Spełnienie tych wrunków umożliwi wyznczenie współczynnik U z wystrczjącą dokłdnością. Jko generlną zsdę nleży przyjąć, że dokłdniejsze wyniki uzyskuje się prowdząc pomiry termogrficzne ścin od wnętrz udynku. Doświdczeni z prowdzonych dń [Wróel, 1996] wskzują, że do wyznczeni współczynnik U powinno się wykorzystywć wyłącznie pomiry ścin od strony wewnętrznej udynku. Nleży wówczs wyierć w mirę duże powierzchnie ściny nie zsłonięte melmi lu zsłonmi i nie znjdujące się nd lu lisko grzejników. Dl uzyskni odpowiedniej rozdzielczości geometrycznej orzu pojedyncze termogrmy oejmują zzwyczj jedynie frgment ściny. Oprcownie oddwne zleceniodwcy jest rdziej czytelne jeżeli z tych termogrmów zmontuje się orzy przedstwijące cłe ściny. N rysunku 1 przedstwiono zmontowny z kilkunstu termogrmów orz wewnętrznej strony ściny udynku. Wyrźnie widoczne są (w postci chłodniejszych

3 A. Wróel, A. Wróel: Termogrficzne dnie udynków mieszklnych 65-3 oszrów) mostki termiczne wynikjące ze złej izolcji ndproży, wieńc orz złego osdzeni okien. Rys. 1.: Zmontowny z kilkunstu pojedynczych termogrmów orz wewnętrznej strony ściny udynku mieszklnego Rysunek 2 przedstwi z kolei termogrficzny orz zewnętrznej strony ściny tego smego udynku (również zmontowny z kilkunstu termogrmów). Tym rzem, jko cieplejsze, widoczne są źle zizolowne ndproż okien i ścin piwnicy (cieplejszy ps n dole udynku). Rys. 2.: Termogrficzny orz zewnętrznej strony ściny udynku mieszklnego 3. Pomir termogrficzny hli przemysłowej Pomiry termogrficzne hl przemysłowych wykonywne są według podonych zsd jk udynków mieszklnych. Zchown musi yć zsd, iż tempertur wewnątrz hli powinn yć wyższ o co njmniej 10 o C od tempertury n zewnątrz,. przy czym nleży

4 65-4 Archiwum Fotogrmetrii, Krtogrfii i Teledetekcji, vol. 10, Krków 2000 pmiętć o fkcie iż tempertur powietrz w hli zleżn jest w dużej mierze od procesu technologicznego. W porównniu do udynku mieszklnego w hli możemy spotkć się ze zncznie większym zróżnicowniem konstrukcji ścin i stropów (rys. 3 poz.,c). Często też w hlch przemysłowych prcują mszyny wytwrzjące drgni w związku z tym spodziewć się możn pęknięć n ścinch (rys. 3 poz. ). Dodtkowym utrudnieniem przy wykonywniu i interpretcji termogrmów mogą yć przewody z ciepłymi lu gorącymi medimi. Zsłniją one widok, dodtkowo, jeżeli są lisko ścin, ogrzewją je fłszując ich orz termiczny. c d Rys. 3. : Termogrm wnętrz hli przemysłowej: ) pęknięci ściny; ) ścin o różnej gruości; c) strop o konstrukcji żerowej; d) przewody prowdzące gorące medi

5 A. Wróel, A. Wróel: Termogrficzne dnie udynków mieszklnych Pomir termogrficzny szczelności okien Nieszczelne okn ułtwiją infiltrcję powietrz. Jeżeli tempertur n zewnątrz pomieszczeni jest niższ niż wewnątrz, to przewżnie zimne powietrze ędzie npływło przez szczeliny do wnętrz. Może się jednk zdrzyć tki ukłd ruchu powietrz wewnątrz udynku, że przez szczeliny ciepłe powietrze ędzie uciekło n zewnątrz. Z pomocą dń termogrficznych możn stwierdzić czy istnieją nieszczelności. Nie d się jednk określić dokłdnie jk duże one są, czyli jkie ilości powietrz infiltrują przez okno. Możn jedynie z grusz oszcowć ich wielkość. Biorąc pod uwgę, że jk wspomnino wcześniej, powietrze może infiltrowć przez okno w dwie strony, powinno się pomir termogrficzny przeprowdzić zrówno od strony wewnętrznej udynku jk i od strony zewnętrznej. Jeżeli w czsie pomiru ędzie wił silny witr spotęguje on zjwisko infiltrcji. Oszcownie wielkości nieszczelności stnie się wówczs jeszcze trudniejsze. Dltego n pomiry termogrficzne okien nleży wyierć pogodę ezwietrzną. Poniewż szczeliny w oknch są rdzo wąskie, oszry zimniejszej (lu cieplejszej z zewnątrz) frmugi też mogą mieć niewielką szerokość. Biorąc pod uwgę rozdzielczość geometryczną kmer termogrficznych, dl dokłdnego uchwyceni tempertury okien przy szczelinch nleży wykonywć pomiry z młej odległości ujmując n orzie niewielki frgment okn. Stąd też konieczność wykonni później montżu pojedynczych termogrmów w jeden orz cłego okn. N rys. 4 pokzno tki zmontowny termogrficzny orz okn. Rys. 4. : Zmontowny termogrm okn (infiltrcj zimnego powietrz do wewnątrz pomieszczeni: ) nieszczelności pomiędzy rmą ościeżnicą okn; ) wyit jedn szy (okn yły dwu szyowe)

6 65-6 Archiwum Fotogrmetrii, Krtogrfii i Teledetekcji, vol. 10, Krków Pomir termogrficzny komin przemysłowego. O serwcje termogrficzne komin powinny yć prowdzone wówczs gdy komin jest czynny. Gzy przepływjące przez komin mją zzwyczj wysoką temperturę, zncznie wyższą od otczjącego go powietrz, nwet w letnie gorące dni. W związku z tym spełniony jest wrunek przepływu ciepł przez jego ściny, nieodzowny przy prowdzeniu dń termogrficznych. Ściny komin są zwykle izolowne, dltego mimo wysokich tempertur gzów wewnątrz, tempertur ściny n zewnątrz jest zzwyczj jedynie o kilk do kilkunstu stopni wyższ od tempertury otczjącego ją powietrz. Ewentulny wpływ nsłonecznieni, yły więc rdzo znczący stąd pomiry termogrficzne nleży prowdzić w nocy lu przy zchmurzonym nieie.. Orz termlny komin jest odzwierciedleniem stnu izolcji wewnętrznej ścin. Cieplejsze miejsc n powierzchni ściny wskzują n ewentulne uszkodzeni wymurówki. Zmin zewnętrznej tempertury ścin może yć również spowodowne istnieniem elementów konstrukcji podtrzymujących izolcję (rys 5. poz. ) Rys. 5. : Termogrm frgmentu komin: ) termiczne śldy konstrukcji podtrzymującej izolcję wewnątrz komin; ) fłszywe oniżenie tempertury n skrju komin

7 A. Wróel, A. Wróel: Termogrficzne dnie udynków mieszklnych 65-7 Podczs interpretcji termogrmów komin nleży zwrócić uwgę n efekt oniżeni tempertury n kominie przy jego skrju (rys. 5. poz..). To zfłszownie rzeczywistej tempertury spowodowne jest ksztłtem komin (przekrój komin jest zwykle kołowy). Ay uzyskć prwidłowy termlny orz powierzchni komin, nleży oserwcje termogrficzne wykonywć z co njmniej czterech stnowisk rozmieszczonych równomiernie wokół niego. Umożliwi to wyór do interpretcji jedynie centrlnej części orzu komin, któr nie posid znieksztłceń termlnych. 6. Podsumownie Od wielu już lt produkuje się sprzęt termogrficzny cechujący się wysoką dokłdnością pomiru tempertury ( o C). Njnowsze kmery cechują się stosunkowo wysoką rozdzielczością orzu. Wszystko to umożliwi wykonywnie oprcowń termogrficznych o wysokiej jkości. Jkość oprcowń nie zleży jednk wyłącznie od sprzętu z którego się korzyst. Zrejestro wny nwet rdzo dokłdnie orz rozkłdu tempertury nie zwsze dorze opisuje dne zjwisko. Nleży jeszcze uwzględnić wpływ czynników zewnętrznych np. promieniowni otoczeni, promieniowni słonecznego, ruchu powietrz (przeciąg, witr), ksztłt oiektu. Wszystko to wpływ zrówno n temperturę oserwownej powierzchni jk też może znieksztłcć strumień promieniowni podczerwonego docierjący do kmery. Ay n podstwie pomirów termogrficznych dorze ocenić przeieg nlizownego zjwisk, nleży poznć jego opis fizyczny. Nieznjomość przeiegu procesu, może owiem, doprowdzi ć do wyciągni łędnych wniosków (np. wyzncznie współczynnik U przy nieustilizownym przepływie ciepł lu zyt niskiej różnicy tempertur powietrz po ou stronch przegrody. Podsumowując możn stwierdzić, że y osiągnąć wysoką jkość oprcowni, nleży: dokłdnie zpoznć się z fizyczną stroną dnego zjwisk, strnnie i w odpowiednich wrunkch wykonć oserwcje termogrficzne i strnnie (z uwzględnieniem możliwych znieksztłceń rejestrownego przez kmerę sygnłu) dokonć interpretcji wyników pomirów terenowych. N jkość oprcowni m również doprcownie jego strony wizulne j (np. łączenie wielu termogrmów w jeden orz, nkłdnie n orz termogrficzny rysunku kreskowego ułtwijącego interpretcję itp.). 7. Litertur: 1. Wróel Alin, 1996, Prolemy wykonni i interpretcji termogrmów, (Prolems of tking nd interprettion of termogrms), Trzeci ogólnopolsk konferencj termogrfii i termometrii w podczerwieni, Wrszw; 2. Norm Polsk PN-EN.ISO 6946, 1999 rok. Recenzowł: dr inż. Bet Hejmnowsk