Primjena termografskih ispitivanja u zgradarstvuDoc.dr.sc. Bojan Milovanović

Uvod – IC termografija

Infracrvena (IC) termografija je beskontaktna metoda

mjerenja temperature i njezine raspodjele na površini tijela.

2

Uvod – IC termografija

• Za razliku od fotografija u vidljivom dijelu spektra koje nastaju zbog refleksije i razlike u refleksiji od objekata

• mjeri intenzitet IC zračenja određene valne duljine koje se emitira s površine promatranog tijela

• Termogrami su “fotografije” infracrvenog zračenja koje dolazi

s objekta.

3

Zračenje tijela

• Pokazalo se nužnim poznavanje osnova fizike toplinskog zračenja vezanih uz problematiku termografskih mjerenja

• sva tijela na T ≠≠≠≠ 0 K zrače, • intenzitet zračenja ovisi o temperaturi tijela T, valnoj duljini i

koeficijentu emisije ε

• Planck-ov zakon zračenja tijela:

• Stefan-Boltzmannov zakon:

Spektralne gustoće energije zračenja

[ ][ ]35

2

1)/exp(

2),( −

−= mW

kThc

hcTR

λλπλ

P = A ε σ T4 [W]

Infracrvena termografija

• energija zračenja s površine tijela s pomoću osjetnika se konvertira u ljudskom oku vidljivi dio spektra (0,4 – 0,7 µm)

5

• Zračenje tijela pri „sobnim” temperaturama je u ljudskom oku nevidljivom dijelu spektra elektromagnetskog zračenja (λ = 8 – 14 µm)

Elektromagnetski spektar

VIDLJIVO INFRACRVENO6

Termogram• Uobičajeni prikaz rezultata ICT-a je

termogram• slika koja prezentira registriranu

energiju zračenja u tonovima sive boje ili nekoga drugog koda boja.

• Termogram je vizualni prikaz raspodjele temperature na površini tijela

• TOČNO tek nakon što se provedu relevantni računski postupci s izmjerenim energijama zračenja.

• uvjet poznavanja vrijednosti određenih fizikalnih veličina

• temperatura i vlažnost zraka, emisivnost objekta, udaljenost mjerenja i dr.

Raspodjela temperature na površini objekta mjerenja

• određena je procesima u samom objektu mjerenja.

• Znajući fiziku procesa i raspodjelu temperature površine, moguće je odrediti stanje objekta mjerenja.

• Iznos i raspodjela temperature na površini • posredno daju informaciju o stanju same površine i • odraz su strukture i unutrašnjeg stanja promatranog objekta

ispod te površine

BitanBitanBitanBitan jejejeje iiii

„„„„kontekstkontekstkontekstkontekst””””

mjerenjamjerenjamjerenjamjerenja

Rezultat termografskog mjerenja

• Vlaga na ravnom krovu ili samo zrak ispod hidroizolacijske membrane

• Kada je snimanje provedeno (ujutro ili na večer)?

• Kakva su toplinska svojstva materijala?

1014,2°C

21,7°C

16

18

20

SP01

Obrada termograma

• Obrada termograma - u odgovarajućem programskom paketu.

• Ta obrada može biti:• Kvalitativna - podrazumijeva samo uočavanje mjesta različitosti,

ili • Kvantitativna - uključuje utvrđivanje iznosa temperatura,

temperaturnih razlika ili emisijskih faktora po pojedinim lokacijama.

• OPREZ!

• Mogućnost manipulacije rezultatima mjerenja

Termografija u zgradarstvu• Najveći poticaj primjeni ICT-a u

građevinarstvu dale su energijske krize.

• Naftna kriza 1973. godine bila je povod za poticanje mjera racionalnog iskorištavanja energije na globalnoj razini.

• Termografija je tada našla primjenu kao kvalitativna mjerna metoda nalaženja gubitaka topline kroz vanjske ovojnice zgrada

IC termografija u zgradarstvu

• najčešće se u području građevinarstva koristi za:

Otkrivanje mjesta gubitaka topline Otkrivanje mjesta povećane vlažnosti

Kontrola sustava HVACOtkrivanje mjesta infiltracije hladnog zraka

12.5

17.5 °C

13

14

15

16

17

Ostala primjena u građevinarstvu

Oštećenja kolničkih konstrukcija mostova

Otkrivanja oštećenja u betonskim konstrukcijamaOdređivanje konstruktivnih sustava

postojećih zgrada – sigurnost u potresu

Certificiranje zgrada

• Metodologija provođenja energetskog pregleda građevina (lipanj 2014)

• Točka 2.4.1. • Kada postoji opravdana sumnja u točnost prikupljenih ulaznih

podataka …, podaci se mogu prikupiti i potvrditi dodatnim kontrolnim mjerenjima. Neka od tih mjerenja su:

• identifikacija mjesta toplinskih gubitaka kroz vanjsku ovojnicu korištenjem infracrvene termografije,

• mjerenje zrakopropusnosti zgrade (eng. Blower Door Test),

• mjerenje toplinskog otpora građevnog elementa,

• …

16

16

Primjena termografskih mjerenja kod energetskih pregleda

• Termografsko mjerenje: • Brza, jeftina i učinkovita metoda, • Zadovoljavajuća kvalitativna metoda pri energetskim

pregledima zgrada • Uglavnom za lokaciju toplinskih mostova na vanjskoj

ovojnici zgrade

17

17

Toplinski mostovi

Ispunjavanje zahtjeva o zrakopropusnosti

• Dokazuje se ispitivanjem na izgrađenoj novoj ili rekonstruiranoj postojećoj zgradi prema HRN EN 13829:2002, metoda određivanja A, prije tehničkog pregleda zgrade.

• za razliku tlakova između unutarnjeg i vanjskog zraka od 50 Pa,

• n50 ≤ 3,0 h-1 kod zgrada bez mehaničkog uređaja za ventilaciju,

odnosno

• n50 ≤ 1,5 h-1 kod zgrada s mehaničkim uređajem za ventilaciju.

Propuštanje vanjske ovojnice zgrade

• Tijekom ispitivanja zrakopropusnosti

• Loša ugradnja prozora

• Nema „RAL montaže”

20

Propuštanje vanjske ovojnice zgrade

Veliki investitori počeli tražiti…

22

Primjena termografskih mjerenja kod energetski pregleda

• Moguće proširenje primjene: • prikupljanje podataka za pojašnjenje uvjeta rada teško

dostupnih i nedostupnih instalacija grijanja • ventilacije i klimatizacije • identificiranje problema s električnim i strojarskim

instalacijama pod punim radnim opterećenjem

23

23

Koliko može biti kvantitativno određivanje?

• Određivanje U-vrijednosti građevnih dijelova zgrada?

• Ljudi smatraju da je moguće

• Principijelno relativno jednostavan problem

• Praktično… jako komplicirano

• U-vrijednost

• Podrazumijeva stacionarne uvjete prilikom prolaska topline

• Propisom definirani unutarnji i vanjski plošni koeficijenti prolaska topline

• Postoji literatura o terenskim i laboratorijskim istraživanjima korištenjem IC termografije

Koliko može biti kvantitativno određivanje?

• Greške mjerenja variraju• U laboratoriju

• stacionarni uvjeti, dugotrajno mjerenje, kontrolirana refleksija, brzina vjetra i poznata emisivnost

• Greška mjerenja od 5 – 30 % (ovisno o U-vrijednosti)

• Veća greška mjerenja kod manjih U-vrijednosti

• In-situ mjerenja

• Nestacionarni uvjeti – nužno dugotrajno mjerenje

• Nekontrolirana refleksija i brzina vjetra,

• Često nepoznata emisivnost (moguća i variranja emisivnosti)

• Greške mjerenja > 30%

Primjer određivanja toplinskog otpora metodom IC termografije

• Površinska temperatura i toplinski otpor (R) zida od betonskih bloketa.

Izvor: Ham and Golparvar-FardVisualization in Engineering 2014, 2:12

• Temperature i U-vrijednost zida od opeke.

Izvor: Sakkas et al. Non Intrusive U ValueMetering, Open Journal of Energy

Efficiency, 2015, 4, 28-35

Oprema• MW ili LW kamera

• Mogućnost podešenjeključnih parametara

• Emisivnost• Reflektirana temperatura• Relativna vlažnost zraka

• Geometrijska rezolucija barem 320×240

• Temperaturna rezolucija (NETD) <0,10 °C

Dodatna oprema

• Kod kvantitativne je termografije, osim termografskog uređaja nužni su i uređaji za mjerenje :

• temperature i relativne vlažnosti zraka,

• brzine vjetra (za mjerenja na otvorenom),

• udaljenosti objekta mjerenja,

• kuta mjerenja i dr.

PROBLEM!• Cijena termografskih mjernih

uređaja sve je prihvatljivija, • zbog novih tehnoloških rješenja

i povećane primjene,

• POSLJEDICA:• termografskim uređajima često

koriste i nedovoljno educirane osobe.

• Rezultati navedenog često su nezadovoljavajuća obrada i netočna interpretacija rezultata termografskih mjerenja.

Usporedba

• Kamera loše temperaturne i geometrijske rezolucije

• Needucirana osoba provodi ispitivanje

• Kamera odlične temperaturne i geometrijske rezolucije

• Educirana osoba provodi ispitivanje

ili

OPREZ!

• Termogram nije jednostavno interpretirati…• Crvena boja nije nužno loše područje

• … ali je na žalost moguće vrlo jednostavno manipulirati termogramima

Objavljuju se i fotomontaže…Objavljuju se i fotomontaže…Objavljuju se i fotomontaže…Objavljuju se i fotomontaže…

Norme

• HRN EN 13187:2000 • „Toplinske značajke zgrada -Kvalitativno otkrivanje

toplinskih mostova u obodnim konstrukcijama zgrada - Metoda infracrvenog snimanja

• HRN EN 15603:2008 • Energy performance of buildings - Overall energy use

and definition of energy ratings

• ASTM E1186-03 (2009) • „Standard Practices for Air Leakage Site Detection in

Building Envelopes and Air Barrier Systems“

• ASTM C1060-11a(2015) • „Standard Practice for Thermographic Inspection of

Insulation Installations in Envelope Cavities of FrameBuildings“

• ASTM C1153-10(2015)• „Standard Practice for Location of Wet Insulation in

Roofing Systems Using Infrared Imaging“

• ASTM D4788-03(2013)• „Standard Test Method for Detecting Delaminations in

Bridge Decks Using Infrared Thermography“

Sustavno obrazovanje termografista

www.grad.hr/gfitc

Akreditacija

• Prema „Zakonu o poslovima i djelatnostima prostornog uređenja i gradnje” obavezna akreditacija prema HRN EN ISO IEC 17025 za provođenje mjerenja

• Članak 44.• Pravna ili fizička osoba obrtnik osposobljenost za poslove

ispitivanja dokazuje potvrdom o akreditaciji prema normi HRN EN ISO/IEC 17025 koju je izdalo nacionalno akreditacijsko tijelo za određenu metodu ispitivanja, a time dokazuje i osposobljenost za metodu ekvivalentnu toj metodi ispitivanja za isto ili slično svojstvo, koju zahtjeva plan ispitivanja ili je određena u projektu građevine.

• Zakon stupa na snagu 1.6.2017.

Kalibracija

Zaključak

• termografija u zgradarstvu omogućava • kvantitativne (???) ocjene gubitaka energije

• nalaženje mjesta s povećanom vlagom,

• ocjenu učinkovitosti sustava grijanja, hlađenja i ventilacije,

• određivanje toplinskih značajki građevinskih materijala

• Uspješna se primjena termografije u navedenim primjerima postiže samo ako su ostvareni određeni uvjeti koji se odnose na:

• mjernu opremu,

• klimatske uvjete,

• način provedbe termografskog mjerenja te

• obradu i analizu rezultata mjerenja.

• ISKUSTVO!!!

Hvala na pažnji!

Bojan Milovanovićbmilovanovic@grad.hr