3 Методика проведения тепловизионного обследования
Общие положения
Тепловизионный контроль качества теплозащиты зданий и сооружений является одним из основных способов контроля состояния ограждающих конструкций по окончании строительства и в период эксплуатации, ввиду оперативности, наглядности метода и достоверности полученных результатов. Тепловизионный контроль ограждающих конструкций зданий и сооружений проводится в соответствии с требованиями нормативной документации приведенной в разделе «Перечень нормативной документации».
Тепловизионному контролю подвергают наружные и внутренние поверхности ограждающих конструкций. По обзорной термограмме наружной поверхности ограждающих конструкций выявляют участки с нарушенными теплозащитными свойствами, которые затем подвергают детальному термографированию с внутренней стороны ограждающих конструкций.
Приборы и оборудование
При проведении тепловизионного контроля ограждающих конструкций зданий и сооружений применяются следующие приборы и оборудование:
1 Тепловизор «TESTO 875-1i»
2 Пирометр инфракрасный «TESTO 830-T2»
3 Термоанемометр «TESTO – 604»
4 Лазерный дальномер «Leica Disto A5»
5 Фотоаппарат «Canon Power Shot A710»
Технические характеристики применяемых приборов и оборудования приведены в приложении II.
Подготовка к измерениям
Тепловизионные измерения производят при перепаде температур между наружным и внутренним воздухом, превосходящим минимально допустимый перепад, определяемый по формуле
где Θ - предел температурной чувствительности тепловизора, °С;
Rоп - проектное значение сопротивления теплопередаче, м2⋅°С/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 - соответственно 11, 20, 30 Вт/(м2⋅°С);
r - относительное сопротивление теплопередаче подлежащего выявлению дефектного участка ограждающей конструкции, принимаемое равным отношению значения требуемого нормативно-технической документации к проектному значению сопротивления теплопередаче, но не более 0,85.
В реальных условиях эксплуатации рекомендуется проводить тепловизионный контроль зданий и сооружений при разности температур (наличии температурного напора ΔТ) между температурами внутреннего объема объекта контроля Тint и наружного воздуха Text не менее чем 20°С. Наличие температурного напора ΔТ = Тint - Text) обуславливает образование на исследуемой поверхности температурного поля, качественный и количественный анализ которого позволяет выявлять дефекты, производить оценку качества и определить характеристики контролируемого объекта.
Тепловизионный контроль проводят при отсутствии атмосферных осадков, тумана, задымленности, а также при отсутствии снега, инея и влаги на поверхности. Обследуемые поверхности не должны находиться в зоне прямого и отраженного солнечного облучения в течение 12 ч до проведения измерений. Если прямое и/или рассеянное солнечное излучение нагревает экспонируемые части контролируемых объектов и создаст области аномальных температур, то их специальными приемами отличают от температурных полей, обусловленных наличием дефектов в контролируемом объекте.
Тепловизионный контроль рекомендуется проводить днем - в облачную погоду, но наиболее целесообразно - ночью или в предутренние часы, когда тепловое влияние окружающей среды минимально
Скорость ветра не должна превышать 7 м/с. Её необходимо измерить для дальнейшей корректировки измеренных значений температур. По возможности следует выбирать безветренные дни. Сила и направление ветра оказывают существенное влияние на теплопотери воздухопроницанием и теплопотери конвекцией с наружной поверхности.
Температура окружающего воздуха должна находиться в пределах рабочего диапазона температур эксплуатации тепловизора.
При инфракрасной съёмке внутри помещений следует особое внимание обратить на экранирование источников света и тепла (ламп накаливания, отопительных радиаторов) расположенных вблизи объекта термографии. Поверхности ограждающих конструкций в период тепловизионных измерений не должны подвергаться дополнительному тепловому воздействию от биологических объектов, источников освещения. Отопительные приборы, установленные на относе с расстоянием более 10 см от обследуемой поверхности или находящиеся на примыкающих к ней поверхностях, следует экранировать пленочными материалами с низким коэффициентом излучения.
Ввиду значительных размеров зданий тепловизионную съёмку производят по кадрам. По завершении съёмки очередного кадра оператор перемещает тепловизор таким образом, чтобы
объект измерения находился под углом наблюдения не менее 60°. В этом случае излучательная способность от угла наблюдения практически не зависит. В диапазоне от 60° до 90° излучательная способность при приближении к 90° будет стремительно падать, а коэффициент отражения соответственно возрастать. Поэтому надо стремиться, чтобы тепловизор был направлен по нормали к снимаемому объекту. Если высота объекта контроля превышает 10 метров, то для работы рекомендуется использовать монтажную вышку.
Рекомендуемая дальность тепловизионной съемки от 2 до 100 м в зависимости от габаритных размеров объекта контроля и размеров предполагаемых дефектов, а также оптической системы применяемого тепловизора.
Минимально допустимое приближение оператора тепловизора к обследуемой поверхности составляет 1 м, электрических ламп накаливания - 2 м.
На обследуемой поверхности выбирают геометрический репер, в качестве которого можно использовать типовые строительные элементы с известными линейными размерами (линейный размер откоса окна, расстояние между стыками панелей ограждающей конструкции). Это необходимо для определения масштаба при обработке результатов измерений.
Не рекомендуется проводить тепловой контроль поверхностей с коэффициентом излучения ниже 0,7. При необходимости проведения теплового контроля объектов с коэффициентом излучения ниже 0,7 поверхности объекта обрабатывают специальными средствами (окрашивание, чернение, окисление и т.д.).
При наличии высокого уровня электромагнитных помех необходимо, перемещаясь с тепловизором, выбрать место съемки, где влияние электромагнитного поля на прибор будет минимальным.
Проведение измерений
Перед проведением тепловизионного контроля на основании конструкторской и технологической документации выполняют геометрическою привязку к линейным размерам объекта контроля, определяют зоны расположения элементов, имеющих отличные от основного материала теплофизические характеристики, влияющие на распределение температуры на поверхности контролируемой конструкции, уточняют по нормативной технической документации проектные параметры объекта контроля и допустимые дефекта.
Контроль начинают с определения температур заранее намеченных реперных зон контактным и бесконтактным методами и с установления реального коэффициента излучения контролируемой поверхности (при возможности проведения контактных измерений). При отсутствии возможности экспериментального определения коэффициента излучения пользуются справочными данными.
Одновременно фиксируют температуру и влажность окружающей и внутренней среды, расстояние до объекта контроля и другие вспомогательные параметры для настройки тепловизора и дополнительных приборов, используемых при проведении контроля.
При необходимости проводят дополнительные измерения параметров окружающей среды и объекта контроля, используемые для проведения количественных расчетов фактических значений характеристик контролируемых объектов.
Тепловизор устанавливают на выбранном месте, включают и настраивают в соответствии с инструкцией по его эксплуатации. При этом необходимо правильно выбрать температурный диапазон, который определяет не только верхнюю и нижнюю границы измеряемых температур, но и чувствительность. Регулируя фокус, температурный уровень, яркость и контраст добиваются устойчивого и чёткого термоизображения на экране видеоконтрольного устройства.
Тепловое изображение наружной поверхности ограждающей конструкции просматривают, снимают обзорные термограммы и выбирают базовый участок. За базовый участок принимают участок ограждающей конструкции, имеющий линейные размеры свыше двух ее толщин и равномерное температурное поле, которому соответствует минимальное значение выходного сигнала тепловизора. Этот участок должен быть выполнен из тех же стройматериалов, и иметь ту же конструкцию, что и исследуемая поверхность с температурными аномалиями. Сравнивая термоизображение ограждающей конструкции и базового участка, выявляют места с повышенными теплопотерями. Температура наружной поверхности таких участков превышает температуру базового участка, как минимум, на величину цены деления шкалы тепловизора.
Базовый участок и места с температурными аномалиями подвергаются детальной термографии уже с минимально возможного расстояния снаружи и внутри здания, там же измеряется температура окружающего воздуха. Также необходимо визуально осмотреть этот участок, чтобы определить, не является ли его тепловая картина следствием локального загрязнения и, соответственно, изменения излучательной способности.
Регистрацию термограмм (термографирование) проводят последовательно по намеченным участкам с покадровой записью термограмм на твердотельный носитель цифровой информации или непосредственно в компьютер.
При перемещении средств контроля относительно объекта в целях упрощения последующих корректирующих расчетов расстояние до объекта желательно сохранять неизменным. Целесообразно сопровождать термографирование видео- или фотосъемкой.
При невозможности обеспечения проведения контроля с оптимального расстояния термографирование объектов контроля больших размеров допускается ограничить общим панорамным снимком, охватывающим всю конструкцию.
При тепловом контроле крупногабаритных объектов рекомендуется выбирать угол визирования не более ± 20°. Панорамная съемка допускается и под большими углами. При панорамной тепловизионной съемке объекта с углами визирования более 20° в программу обработки термограмм вводятся поправочные коэффициенты, учитывающие поглощение инфракрасного излучения в атмосфере в зависимости от угла визирования.
При панорамной тепловизионной и фотосъемке крупногабаритных объектов перекрытие соседних кадров должно составлять 15-20 %.
При контроле поверхность объекта условно разбивают на зоны, в которые включают элементы, являющиеся геометрическими реперами с известными линейными размерами.
Обработка результатов измерений
Обработка результатов контроля при проведении качественного анализа заключается в обработке и расшифровке термограмм. Записанные на носитель цифровой информации термограммы анализируют, идентифицируют зоны температурных аномалий и принимают решение о соответствии аномалии скрытому дефекту или конструктивным особенностям контролируемого объекта.
Для наглядности представления результатов рекомендуется компьютерное совмещение видимого и теплового изображения одного и того же участка конструкции или оконтуривание дефектных зон на видимом изображении после их обнаружения на термограммах.
Оценку тепловых аномалий следует проводить как по величине температурного перепада в зоне аномалии, так и методом сравнения с реперной зоной.
Тепловые аномалии отображаются на термограммах в виде областей повышенной или пониженной температуры, которые соответствуют:
- конструктивным особенностям объекта контроля; - неоднородностям коэффициента излучения поверхности; - неоднородностям теплообмена с окружающей средой (например, в связи с
неоднородностью и неравномерной толщиной тепловой изоляции); - дефектам.
Критерии оценки
Оценку качества технических устройств и сооружений, а также их элементов по результатам теплового контроля проводят по нормативным показателям качества, в соответствии с требованиями действующих нормативных технических документов [8].
Основным критерием оценки при проведении тепловизионной съёмки является санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы.
В таблице 5 приведены значения нормируемого температурного перепада между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции
Здания и помещения |
Нормируемый температурный перепад Δtn, °С, для |
|||
наружных стен |
покрытий и чердачных перекрытий |
перекрытий над проездами, подвалами. |
Зенитных фонарей |
|
1. Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты |
4,0 |
3,0 |
2,0 |
tint - td |
2. Общественные, кроме указанных в поз. 1, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом |
4,5 |
4,0 |
2,5 |
tint - td |
3. Производственные с сухим и нормальным режимами |
tint - td, но не более 7 |
0,8 ( tint – td) но не более 6 |
2,5 |
- |
4. Производственные и другие помещения с влажным или мокрым режимом |
tint - td |
0,8 ( tint – td) |
2,5 |
tint - td |
5. Производственные здания со значительными избытками явной теплоты (более 23 Вт/м3) и расчетной относительной влажностью внутреннего воздуха более 50% |
12 |
12 |
2,5 |
tint - td |
Обозначения: tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С td - температура точки росы, °С, при расчетной температуре tint и относительной влажности
внутреннего воздуха, принимаемым согласно СНиП 23-02-2003, СанПиН 2.1.2.1002, ГОСТ 12.1.005 и СанПиН 2.2.4.548, СНиП 41-01 и нормам проектирования соответствующих зданий.
Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции (за исключением вертикальных светопрозрачных конструкций) в зоне теплопроводных включений (диафрагм, сквозных швов из раствора, стыков панелей, ребер, шпонок и гибких связей в многослойных панелях, жестких связей облегченной кладки и др.), в углах и оконных откосах, а также зенитных фонарей должна быть не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года.
Температура внутренней поверхности конструктивных элементов остекления окон зданий (кроме производственных) должна быть не ниже плюс 3 °С, а непрозрачных элементов окон - не ниже температуры точки росы при расчетной температуре наружного воздуха в холодный̆ период года, для производственных зданий - не ниже 0 °С.
При отклонении от допустимых параметров микроклимата следует принимать следующие значения:
Относительную влажность внутреннего воздуха для определения температуры точки росы в местах теплопроводных включений ограждающих конструкций, в углах и оконных откосах, а также зенитных фонарей следует принимать:
для помещений жилых зданий, больничных учреждений, диспансеров, амбулаторно-поликлинических учреждений, родильных домов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, общеобразовательных детских школ, детских садов, яслей, яслей-садов (комбинатов) и детских домов - 55%, для помещений кухонь - 60%, для ванных комнат - 65%, для теплых подвалов и подполий с коммуникациями - 75%;
для теплых чердаков жилых зданий - 55%;
для помещений общественных зданий (кроме вышеуказанных) - 50%.
(пункт 5.9 и 5.3. СНиП23-02-2003)
По результатам контроля составляют протокол и заключение о состоянии контролируемого объекта по результатам теплового контроля.