Инфрачервена термография

Приложение при енергийно обследване на сгради, специфики
на инфрачервените камери

Инфрачервената термография е съвременен и надежден метод, който успешно се използва за мониторинг и диагностика на състоянието на сгради. На базата на генерираните от инфрачервените термографски камери изображения най-лесно се установява наличието на проблем в конструкцията, в инсталациите, в изолацията и други. Без да се нарушава целостта на сградата, лесно се локализират проблемните зони. Едно от основните предимства на тези системи е възможността проблемът да се установи на етап, преди да се достигне до неговото видимо с просто око проявление като пукнатини или мокри петна, например. С термографските системи лесно се установяват зоните, през които има най-големи топлинни загуби и лесно се откриват топлинни мостове, а това води до значително намаляване на енергийните разходи.

Един от сравнително често срещаните проблеми при съвременното строителство е наличието на кондензация в сградите. С помощта на инфрачервената термография зоните с конденз в структурните материали лесно се установяват, лесно се локализират и местата със скрити течове или проблеми, свързани с некачествено изпълнение на сградата. Ясно се виждат и зоните с повишена влажност, която би могла да доведе до появата на плесени.

Принцип на действие

Принципът на действие на инфрачервените камери е подобен на този на обикновените камери. Разликата е, че докато при стандартните видеокамери изображението се формира, като се използва светлинен сноп с дължина на вълната, съответстваща на видимата област, то при инфрачервените камери изображението се формира на базата на топлинното излъчване от телата. С инфрачервената камера на практика се получава “фотографска” снимка на излъчваната от телата топлинна енергия, която е невидима за нас, тъй като за човешкото око видимият диапазон от електромагнитния спектър е в тесния интервал от 0.4 до 0.7 микрометра. Способността да излъчват електромагнитни вълни е характерна за всички тела и се дължи на преобразуването на енергията на топлинното движение на атомите и молекулите на тялото в енергия на излъчването. Независимо че топлинното излъчване има непрекъснат спектър, интензитетът на излъчваната от телата радиация е в пряка зависимост от тяхната температура. С повишаване на температурата на едно тяло правопропорционално се увеличава и неговата излъчвателна способност. За най-добри източници на топлинна енергия се смятат телата, които имат свойството изцяло да поглъщат попадналите върху тях електромагнитни вълни. Тези тела се приемат за идеално черни и при термодинамично равновесие те излъчват най-интензивно. За формиране на изображение, термографската камера използва само електромагнитните вълни, излъчвани от телата. Светлинният фон не оказва никакво влияние върху работата на камерата, поради което инфрачервените камери могат да работят и при абсолютна тъмнина.

Формиране на

изображението

Излъчваната от телата електромагнитна енергия се улавя от камерата с помощта на оптика, полученият сигнал се усилва, обработва и се визуализира в двуизмерно изображение върху видеомонитор, който в повечето случаи е вграден в самата камера. За формиране на термографското изображение в камерата е вграден микропроцесор, който присвоява определен цвят на всяка отделна точка от изображението в съответствие с измерената температура. Съвкупността от всички точки образува цялостната термографска картина. Принципно зоните с по-висока температура се визуализират в по-топли цветове, а по-студените - в по-тъмни.

Освен че термографските камери могат да работят при абсолютна тъмнина, с тях могат да се заснемат както стационарни, така и движещи се обекти. Обикновено камерата е снабдена с автофокус, а в зависимост от целта на изследването е възможно заснемането на обекта като цяло или само отделен негов елемент. За получаване на качествено термографско изображение се използват специални програмни продукти, а някои камери разполагат и със специализиран софтуер за допълнителна обработка на данните.

Характеристики на

термографските камери

Точността, с която термографските камери сканират обектите, зависи от различни фактори. От основно значение са техническите характеристики на камерата - чувствителност, разделителна способност и възможности на блока за обработка на сигнала.

Чувствителността на камерата се дефинира като способност да отчете и най-малката промяна в температурата на изследвания обект. Обикновено чувствителността на една камера се изразява като шумов еквивалент на температурната разлика или NETD (Noise Equivalent Temperature Differential), който представлява най-малката температурна разлика, която камерата би могла да засече при статични условия на работа. Коефициентът NETD се определя при лабораторни условия, докато реалната, действителната чувствителност на камерата зависи от условията на конкретното приложение. При работа на инфрачервената камера в ниско- и високотемпературен режим се налага да се избере модел с температурна компенсация.

Разделителната способност на камерата се определя от възможността й да фокусира равнината на изследвания обект върху достатъчно голям брой пикселни елементи.

Към техническите характеристики на блока за обработка на сигнала спадат способността му да обработи генерирания от детектора на камерата сигнал. Образът на обекта се проектира от оптичната система във фокусната равнина на камерата, в която се намира детекторът. При по-висока скорост на обработка на сигнала, генерираният от камерата образ на обекта е сравнително по-прецизен в сравнение с камера, работеща с по-ниска честота на сканиране. Скоростта на сканиране е определящ фактор за точността на измерване на камерата, особено при заснемане на подвижни обекти. Обикновено скоростта, с която електронният блок на камерата обработва сигнала от детектора, е аналогична на т.нар. скорост на затвора на фотоапаратите или видеокамерите.

Работни разстояния на камерите

Работните разстояния определят вида на оптиката, която следва да се използва за изследване на определените обекти. С цел улесняване на потребителите, камерите се доставят със стандартна оптика, която осигурява достатъчно качествени образи в голяма приложна област. При обекти, намиращи се на твърде далечни разстояния или прекалено близки, за получаването на добро изображение е необходимо използването на допълнителни обективи. Някои от камерите стандартно се предлагат с набор от допълнителни обективи, включително телеобектив за отдалечени обекти, широкоъгълен обектив за намиращи се близо обекти, микроскопски обектив за сканиране на обекти с малки размери и др.

Особености при измерването

За получаването на точни и коректни данни при термографското диагностициране е добре да се вземат предвид няколко фактора, оказващи влияние върху точността на резултатите. Препоръчително е специалистът, провеждащ изследването, да познава възможностите на самата камера. Също така, да познава начина, по който сградите поглъщат, задържат и излъчват топлинна енергия. От особено значение е и точното определяне на подходящото време за извършване на диагностиката. Друг основен момент за коректно откриване и документиране на проблема са възможностите на оператора да направи точно и коректно тълкуване на изображението.

Добре е де се има предвид, че се използват различни подходи в зависимост от целите на изследването. Методите, използвани за диагностициране на отделните елементи на сградата - като конструкцията и изолацията - с цел анализ на топлинните загуби и наличието на влага, принципно се различават.

Приложна област на

инфрачервената термография

Като метод, спадащ към категорията на безразрушителните, инфрачервената термография се използва с успех в инспекцията на повечето елементи на сградите. Инфрачервената термография е един от най-точните и бързи методи за откриване на проблеми и дефекти в конструкцията. Лесно се установява наличието на проблеми с уплътняването на прозорците, неправилно изпълнение на съставните части в сглобяеми сгради, както и използване на по-нискокачествени материали за невидимите части на конструкцията.

Течове. Откриването на течове в тръбите, особено когато те са зазидани в сградата и над тях има слой циментова замазка, обикновено е доста трудно. С термографската камера течовете в тръбите се локализират лесно. Тъй като мокрите части от подовата конструкция по-принцип имат различна температура от тази на заобикалящата ги суха част. Обикновено конструкцията има по-висока температура, докато мокрите участъци са значително по-студени и обратно. Това позволява много точно да се определят местата на течовете, като се спестяват време и средства.

Енергийни загуби. С инфрачервените камери се диагностицира успешно състоянието, както на вече изградени, така и на строящи се сгради. По този начин, при наличието на проблем с вложените материали, той се открива, преди сградата да бъде завършена, което позволява и своевременното му отстраняване.

Саниране. Доброто саниране значително би могло да намали енергийните разходи на по-старите сгради. Препоръчително е, обаче, преди да се пристъпи към саниране на сградата, тя да се заснеме с термографска камера. По този начин става възможно откриването на проблемни зони под фасадната мазилка, което би довело до вземането на съответни мерки с цел качествено саниране. Става възможно предотвратяване на топлинни загуби, които в противен случаи биха могли да намалят значително ефекта от санирането.

Уплътняване на фуги. Друг основен проблем при сградите, водещ до топлинни загуби, е недоброто уплътняване на фугите. Проникващият през тях студен въздух в помещенията, освен че нарушава топлинния комфорт на пребиваващите хора, води и до по-големи енергийни разходи. За съжаление, откриването на местата, откъдето студеният въздух прониква, невинаги са лесно откриваеми. При използването на термографски камери за откриване на тези зони е добре да се има предвид, че за точното им локализиране е необходимо налягането в сградата да е по-ниско от външното атмосферно налягане. В този случай върху полученото термографско изображение лесно се разпознава нахлуващият в помещението студен въздух.

Покриви. Откриването и локализирането на проблеми в покривната конструкция обикновено е доста трудоемко. Възможностите на инфрачервените камери да заснемат обектите от различна височина и под различен ъгъл позволява проблемите да се локализират точно и навреме, преди да са засегнали по-голяма площ част от покривната конструкция. По този начин биха могли да се спестят значителни средства, тъй като се подновява само част от покрива, а не цялата конструкция.

Проблеми в сградните инсталации. Проблемите, възникнали в сградните инсталации, обикновено се установяват едва когато станат видими с просто око, както и при възникване на авария. Ефектът от възникнал проблем във вентилационната инсталация, например, значително трудно се локализира в самата вентилационната система. Безспорно, един от най-лесните, точни и бързи методи за откриване на проблеми в инсталациите е чрез термографските системи. С тях лесно се откриват повреди в сградни инсталации, абонатни станции, котли, проводници, трансформатори и други. Друго основно предимство на термографските системи е възможността да се откриват пукнатини и нестабилни конструкции на комини и отдушници на отоплителни системи, както и зоните с опасно висока температура, в които е възможно възникване на пожар.