PREDSTAVLJAMO Termoviziju – skeniranje i analizu termalnih karakteristika objekata

Predstavljamo

gubitak energijeZa sve vas koji ste kontaktirali Energetski portal sa željom da saznate više o termoviziji, odnosno o skeniranju i analizi termalnih karakteristika objekata, sagledavanju propusta u izolaciji, spojevima i svemu što objekat čini energetski neefikasnim, prenosimo odlomak iz monografije “Videti energiju”, čiji su autori gospođa prof. dr Milica Jovanović Popović i gospodin docent Dušan Ignjatović. Monografija „Videti energiju” je izdata 2011. godine od strane Arhitektonskog fakulteta Univerziteta u Beogradu, uz podršku GIZ-a (Deutsche Gesellschaft fur Technische Zusammenarbeit), a prikazuje zgrade iz našeg svakodnevnog okruženja snimljene na dva različita načina – standardnim digitalnim fotoaparatom i termovizijskom kamerom.

Razlika je tome što fotoaparat snima arhitektonske objekte na isti način na koji ih i mi vizuelno prepoznajemo i sagledavamo, dok nam termovizijski snimci prikazuju iste objekte sagledane kroz (našem oku nevidljivi) infracrveni deo spektra koji otkriva termičke karakteristike omotača objekata. Objektiv infracrvene kamere beleži, i vizuelizovao, toplotnu energiju koja se emituje u atmosferu umesto u naše stambene, poslovne ili javne prostore, zapravo energiju koja je „izgubljena”, a mogla bi biti sačuvana boljim arhitektonskim i tehničkim rešenjima.

Termovizija je naučna disciplina novijeg datuma, u civilnoj upotrebi tek od polovine dvadesetog veka. Bavi prikupljanjem i analizom termalnih karakteristika objekata preko njihovih termalnih slika odnosno termograma bez uspostavljanja direktnog fizičkog kontakta. Primena termovizije u cilju sagledavanja energetskih performansi arhitektonskih objekata, postala je aktuelna krajem dvadesetog veka. Tada su teme od značaja za energetsku efikasnost u razvijenim evropskim zemljama postale integralni deo arhitektonske prakse i strateško pitanje u domenu tretmana postojećeg građevinskog fonda.

Termovizija se bazira na činjenici da sva tela toplija od apsolutne nule emituju, u zavisnosti od svoje temperature, određenu količinu zračenja.
„Crna tela“ su teoretska tela koja se ponašaju kao savršeni emiteri odnosno apsorberi energije i ona ne postoje u prirodi. Mi, u stvari, analiziramo obična „siva tela“ čija se sposobnost izračavanja energije manja i vezuje se za karakteristiku emisivnosti. Emisivnost predstavlja količnik zračenja sivog prema crnom telu. To praktično znači da tela istih temperatura u zavisnosti od emisivnosti mogu imati različite intezitete zračenja i, samim time, drugačije se očitavati na termogramu.

Energija, koju detektuje termovizijsko snimanje, ne mora poticati samo od zračenja objekta. Objekti se ne nalaze u izolovanim sistemima, već u okruženju koje, takođe, ima određene energetske karakteristike. Ukupna energija koja pada na neko telo može biti apsorbovana (apsorpcija ά), reflektovana (refleksija ρ) ili propuštena (transmisija – t).

U građevinarstvu uticaj emisivnosti na očitavanje vrednosti termograma je naročito izražen kod metala, tako da aluminijum, ukoliko je eloksiran tamne boje ima emisivnost od 0.95, dok visoko poliran ima emisivnost od 0.05.
Strukturu zračenja najbolje ilustruje prikaz uobičajene šeme termovizijskog snimka (slika 1).

Šematski prikaz tipičnog merenja 1-okruženje, 2-objekat, 3-atmosfera, 4-kamera

Slika 1. Šematski prikaz tipičnog merenja 1-okruženje, 2-objekat, 3-atmosfera, 4-kamera

Iz ove šeme jasno vidimo da je ukupno zračenje, u stvari, suma energije: emitovane iz samog objekta, reflektovane energije okruženja i energije emitovane od strane atmosfere. Termovizijska kamera kompenzuje uticaje refleksija i uticaje atmosfere i to na osnovu podataka koje je neophodno uneti od strane operatera, ona prevodi zračenje tela u vizuelnu reprezentaciju – termogram na osnovu unapred kalibrisanih rezultata unetih u memoriju kamere.

Slika 2. Šema elektromagnetnog zračenja

Slika 2. Šema elektromagnetnog zračenja

Termovizija se bazira na merenju zračenja u određenom – infracrvenom – spektralnom opsegu elektromagnetnog spektra (slika 2), odnosno u talasnim dužinama između 0.7 i 100μm sa korisnim opsegom od 2-5 μm odnosno 8-14 μm.
Toplotna energija se ne prenosi samo u ovim talasnim dužinama, štaviše, sunčeva energija se najviše prenosi u vidljivom delu spektra. Prenos toplote počinje u zoni ultraljubičastog zračenja i prostire se kroz celokupan vidljivi i infracrveni spektar.

Slika 3. Plankove krive

Slika 3. Plankove krive

Grafička ilustracija ove zakonitosti se vidi na slici 3 i možemo uočiti da se za više temperature maksimum pomera ka manjim talasnim dužinama. Na grafikonu se može videti i da je za temperature koje su predmet našeg interesovanja, maksimalna vrednost u zoni infracrvenog zračenja, a crvenom bojom je prikazan spektralni opseg korišćene kamere.

Šta predstavlja termalna slika? Ona ne predstavlja sliku distribucije temperature kako se obično smatra, već intenzitet zračenja, koji, kao što je već rečeno, može imati različite izvore. Kod objekata sa većom emisivnošću slika realnije prikazuje temperature (mali je procenat refleksije) – i obratno. Tako npr. prozor koji je u vizelnoj fotografiji providan, u termoviziji predstavlja refleksivnu površinu (pandan ogledalu). Zato mi, u stvari, snimamo takozvanu prividnu temperaturu koju je neophodno kompenzovati prilikom fotografisanja, jer slika ostaje nepromenjena vizuelno ali se, numerički parametri očitavanja, razlikuju.

U cilju dobijanja adekvatnih merenja (pošto se fotografisanje u stvari svodi na merenje) moraju biti ostvarena temperaturna razlika od min. 10°C između delova koji se analiziraju uz održavanje stabilne unutrašnje temperature odnosno postojanje negativnog pritisaka od 10-50Pa – ukoliko se meri infiltracija.

Za potrebe snimanja objekata prikazanih u ovoj monografiji korišćena je kamera ThermaAM B20, proizvođača Flir Systems, koja je namenski dizajnirana za primenu u građevinarstvu. Operativna u rangu od 7.5-13 μm i na temperaturama od -15 do +50°C ona je standardno je opremljena sočivom od 24° i omogućava snimanje objekata obradom preko FPA (focal plane array) mikrobolometra uz izlaznu digitalnu sliku dimenzija 320/240 piksela. To praktično znači da za svaki od 76800 izlaznih piksela možemo, u kasnijoj analizi fotografije preko odgovarajućeg sofvera (ThermaCAM Reporter), dobiti informacije o očitanim vrednostima odnosno koristiti posebne analitičke alate (markirane tačke, regione, izoterme itd.) za njihovo poređenje.

Primena termovizije je veoma raznovrsna i ona uglavnom obuhvata: procese održavanja bazirane na merenjima stanja, istražvačke i razvojne projekte, medicinske i veterinarske primene, kontrolu kvaliteta, procesnu kontrolu, nedestruktivno testiranje.

Snimanje u realnom vremenu uz „inertnost“ prikupljanja podataka o samom procesu (objektu posmatranja) iskazana kroz odsustvo kontakta garantuje njegovo neometano odvijanje (ne utiče se na tok) uz pravovremene informacije, obezbeđuje sigurnost u radu i predstavlja veliku prednost termovizije kao metode.

Građevinarstvo se, kao delatnost u ovoj dijagnostičkoj oblasti prvenstveno svrstava u domen održavanja i delom kontrole kvaliteta i kao takva u poslednje vreme predstavlja standardan metod sertifikacije i provere funkcionisanja objekata. Zahtevi za visokim stepenom komfora i energetskom efikasnošću objekata značajno doprinose povećanju upotrebe ove dijagnostičke metode.

Polja primene su raznovrsna i uglavnom se odnose na:

  • dijagnosticiranje kvaliteta termoizolacij;
  • načina njenog postavljanja, defekata, termalnih mostova;
  • utvrđivanje zona infiltracije vazduha;
  • utvrđivanje zona kondenzacije;
  • utvrđivanje zona prodora vlage (curenja);
  • curenja sistema grejanja i drugih instalacija;
  • zastoja u cevima (u određenim slučajevima);
  • varijacije temperatura konstrukcije i omotača.