Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Термографический контроль энергоэффективности зданий. Учебное пособие
.pdf
многоэлементный приемник ик-излучения — матрица. Каждая точка (пиксель) в
термограмме получается как результат преобразование ик-излучения соответствующим
детектором матрицы. Размер матрицы и получаемой термограммы в современных
тепловизорах сильно отличаются. В дешевых моделях начального уровня устанавливают
матрицы от 60х60 точек до 180х180 точек. В профессиональных коммерческих
тепловизорах устанавливают матрицы 640х480 точек. Размер матрицы сильно влияет на
стоимость тепловизора, так как матрица и ик-оптика являются самым дорогими
элементами тепловизоров. Большинство современных тепловизоров являются
матричными, как пример можно привести модели FLIR Р640 и FLIR T640 (установлены
матрицы размером 640х480 точек);
по спектральному диапазону
1) коротковолновые тепловизоры. Рабочий спектральный диапазон ориентировочно от 3
мкм до 5 мкм. Более правильно называть эти тепловизоры средневолновыми, так как
они работают в средневолновом ИК-диапазоне, соответствующем окну прозрачности
атмосферы ориентировочно от 3 мкм до 5 мкм. Линзовые объективы
коротковолновых тепловизоров изготавливают из кремния. Это охлаждаемые
тепловизионные камеры. К коротковолновым тепловизорам относятся FLIR
GasFindIR и FLIR SC7000;
2) Длинноволновые тепловизоры. Рабочий спектральный диапазон от 8 мкм до 14 мкм.
Матрицы таких тепловизоров не требуют охлаждения. Линзовые объективы
длинноволновых тепловизоров изготавливают из германия. Большинство
коммерческих тепловизоров являются длинноволновыми, например модели FLIR
Р640, FLIR T640;
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);
21
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
22
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
,°C, определяемое в соответствии с ГОСТом 26629-85 по формуле:
min
23
где Q – предел температурной чувствительности тепловизора, °С;
Ro – значение сопротивления теплопередаче, принимаемое по проектной технической
документации на здание, м
2
• °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.
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;
24
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.
Используемые приборы и оборудование
Для контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций применяют
тепловизоры с параметрами не ниже:
- диапазон контролируемых температур минус 20 °C - плюс 40 °C;
- предел температурной чувствительности 0,1 °C;
- угловые размеры поля обзора в диапазоне от 0,08 до 0,65 рад;
- число элементов разложения по строке 160;
- число строк в кадре, не менее 120.
При тепловизионном контроле используют следующую аппаратуру и материалы:
- термощуп-термометр с погрешностью не более ±0,5 °C;
- термогигрометр с погрешностью измерения температуры не более ±0,7 °C и
относительной влажности не более ±3,5%;
- ручной анемометр с чувствительностью не менее 0,2 м/с;
- измерительную металлическую рулетку по ГОСТ 7502;
При тепловизионном контроле могут быть использованы следующее дополнительное
оборудование и материалы:
- метеорологический недельный термограф по ГОСТ 6416 или его аналог;
- измерители плотности тепловых потоков по ГОСТ 25380;
- металлизированная фольга по ГОСТ 745 или клеящая лента на ее основе;
- пленка с известным коэффициентом излучения не менее 0,85;
- пирометр по ГОСТ 28243;
- лазерный или иной измеритель расстояния;
- система электронной регистрации температур.
25
Требований безопасности при работе с тепловизорами
Прежде всего, оператор, проводящий термографическое обследование, должен
руководствоваться правилами техники безопасности, установленными заказчиком.
Перед началом работ им должно быть выполнено как минимум следующее:
а. получен вводный инструктаж в объеме, определенном заказчиком;
б. надеты средства индивидуальной защиты, предусмотренные в условиях работы на
месте обследования;
в. проведена оценка возможных опасностей на месте проведения обследования;
г. обеспечено присутствие на месте проведения обследования дежурного наблюдателя,
который в случае получения оператором травмы должен известить об этом службу
помощи и сделать запись о случившемся в отчете о происшествиях;
Оператор не должен выполнять следующих действий, не имея на то соответствующих
разрешительных документов или письменной гарантии безопасности от заказчика:
а. удалять или перемещать ограждающие элементы конструкций;
б. открывать и закрывать электротехнические и монтажные шкафы;
в. проводить измерения электрической нагрузки;
г. совершать физический контакт с обследуемым объектом за исключением случаев
крайней необходимости (например, чтобы измерить температуру контактным
методом);
д. каким-либо образом вмешиваться в работу обследуемого оборудования.
Оператор и лицо, сопровождающее оператора во время термографического обследования, не
должны вносить каких-либо изменений в содержимое и конструкцию шкафов для хранения
опасных материалов; защитных кожухов, ограждений и барьеров, а также отключать
блокирующие и предохранительные устройства. При обнаружении изменений в средствах
защиты и отключенных устройств защиты следует незамедлительно известить об этом лицо,
отвечающее за охрану труда и технику безопасности.
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
26
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.
Значение Н может быть принято равным:
- при контроле внутренней поверхности - от 0,01 до 0,2 м;
- при контроле наружной поверхности - от 0,2 до 1 м.
Тепловизионные измерения проводят при отсутствии атмосферных осадков, тумана,
задымленности. В случае необходимости осмотр и обзорное термографирование могут
проводиться в условиях дымки или дождя. В этом случае анализ термограмм будет
затруднен и потребует учета поглощения теплового излучения атмосферой.
Поверхности ограждающих конструкций в период тепловизионных измерений не
должны подвергаться дополнительному тепловому воздействию от биологических объектов,
источников освещения. Минимально допустимое приближение оператора тепловизора к
обследуемой поверхности составляет 1 м, электрических ламп накаливания - 2 м.
Детальное термографирование поверхностей, находящихся в непосредственной
близости (менее 1 м) от отопительных приборов, работающих электронных приборов, систем
подачи холодной и горячей воды, в случае если их температура существенно отличается от
температуры воздуха, не проводят.
Поверхности контролируемых участков стен освобождают от картин, ковров,
отслоившихся обоев и других предметов, исключающих прямую видимость объекта.
27
Проведение измерений
Осмотр объекта
Основными требованиями являются отсутствие прямых и отраженных солнечных
лучей и наличие минимального перепада температуры между внутренним и наружным
воздухом.
Осмотр выполняют с целью создания общей характеристики качества теплоизоляции
и выявления мест для последующего детального термографирования. Результаты,
получаемые в ходе осмотра объекта, считаются предварительными и не могут быть
самостоятельно использованы для анализа наблюдаемых дефектов.
В процессе осмотра, если планируется детальное термографирование, выбирают
реперные и базовый участки, которые любым доступным способом отмечают
непосредственно на ограждающей конструкции или на ее плане. За базовый принимают
участок ограждающей конструкции, линейные размеры которого превышают две толщины,
имеющий равномерное температурное поле. При внешней съемке в отопительный период
температура базового участка должна быть близкой к минимальной температуре на
поверхности ограждающей конструкции, а при внутренней съемке - к максимальной
температуре.
За реперные участки принимают области с постоянными температурами,
существенно отличающимися от температур других областей поверхности.
Проведение обзорного и детального термографирования
Тепловизор устанавливают на выбранном месте, включают и настраивают в соответствии
с инструкцией по его эксплуатации. Затем выбирают реперные и базовый участки. Для
привязки реперных участков к термограммам объект контроля фотографируют с
отмеченными участками или наклеивают рядом на бездефектной области
металлизированную пленку.
Непосредственно перед началом и после термографирования измеряют температуру и
влажность внутреннего и наружного воздуха термогигрометром и регистрируют значения в
журнале.
В процессе обследования контролируют температуру наружного воздуха с частотой не
менее одного раза в 15-30 мин, результаты заносят в журнал.
При наружном обследовании измеряют скорость ветра вблизи поверхности ограждающей
конструкции, результаты также заносят в журнал.
Перед или после каждой термографической съемки измеряют температуру в выбранных
точках на реперных участках. В процессе термографической съемки каждому снятому кадру
присваивают номер, который с комментариями заносят в журнал.
Если предполагается объединение термограмм для получения панорамных снимков,
термографирование проводят с перекрытием не менее 10% каждой соседней термограммы.
Все угловые стыки наружных и внутренних поверхностей ограждающих конструкций
(стен, потолка, пола, карнизов, сопряжений с землей и др.) рекомендуется подвергать
дополнительному детальному термографированию.
28
Примеры термограмм зданий и сооружений
а)
Снимок (рис. 11, а) выполнен в
красно-зеленом режиме.
Зеленый совпадает с
окружающей средой, красный -
теплопотери: все оконные и
дверные рамы, ворота гаража,
изоляция стен
под окнами и дверью, изоляция
стен в прочих местах.
б)
На снимке (рис. 11, б) видны
значительные теплопотери через
окно и дверь. Большие
теплопотери через
негерметичный дверной проем
(видно над дверью).
в)
На снимке (рис. 11, в) видно, что
под окном балкона неверно
выполнена наружняя
теплоизоляция монолитной
плиты.
г)
Рис. 11. Примеры термограмм зданий и сооружений
На снимке (рис. 11, г) тепло-
визора видно, что не выполнена
или выполнена неверно
теплоизоляция пола.
29
2.4. Обработка результатов (термограммы)
Обработка термограмм
Целью обработки термограмм является переход от радиационных температур,
регистрируемых тепловизором, к истинным температурам поверхности. Обработка
изображения - это преобразование полученного тепловизором изображения в цифровую
форму и подготовка данных для передачи на компьютер или для визуального анализа.
Обработку термограмм проводят либо программными средствами непосредственно
тепловизора, либо с помощью ЭВМ путем математической обработки записанного в
оцифрованном виде теплового изображения. Обработка термограмм с помощью ЭВМ не
требуется, если полученные с помощью тепловизора значения температур в реперных
участках совпадают с температурами, измеренными контактным методом. Обработку
термограммы считают завершенной, если полученные в ходе пересчета значения
температуры на реперных участках в рамках приборной погрешности совпадают с
измеренными значениями, а также учтено влияние на регистрируемую температуру
изменения коэффициента излучения по области термограммы.
Обработку термограмм не проводят или проводят в упрощенном виде, если
термографирование выполняют на качественном уровне, т.е. определяют участки
поверхности с различными температурами, сравнение которых служит основанием для
вынесения решения о наличии дефектности теплоизоляции.
Если термографирование проводят на количественном уровне, т.е. необходимо
получение максимально точных значений распределения температур на поверхности для
проведения расчетов тепловых потерь и повышения достоверности оценок причин и степени
нарушения теплоизоляции, то обработка термограмм является обязательной.
Упрощенная обработка термограмм проводится путем сдвига шкалы температуры на
величину, равную разности между измеренной и зарегистрированной тепловизором
температурами на реперном участке или настройкой параметров тепловизора при съемке. К
таким параметрам относятся: коэффициент излучения поверхности, температура
отраженного излучения, температура окружающей среды, удаленность точки съемки и
влажность воздуха.
Анализ полученных результатов и составление отчетной документации
Кроме способности правильно пользоваться и применять тепловизоры, работа
термографиста заключается в анализе, составлении отчетов и документировании результатов
обследования оборудования. Для правильного выполнения этой задачи существуют
специальные инструменты.
Термография очень зависит от способности термографиста квалифицированно
проводить обследования, собирать необходимые дополнительные данные и правильно
интерпретировать результаты. Термографисту приходится учитывать множество
разнообразных факторов, поэтому он должен иметь достаточный опыт и квалификацию для
проведения тепловизионных обследований.
После оценки температурных данных, результаты исследования нужно представить
в понятной форме в виде написанного отчета. Результатом отчета часто являются
предписания о выполнении необходимых действий для устранения проблем, выявленных во
время тепловизионного обследования. Так же в отчете обычно дается дополнительная
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]