Дипломная (вкр): Тепловизионное обследование квартиры в жилом доме средней этажности

Тепловизионное обследование квартиры в жилом доме средней этажности

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 История открытия инфракрасного излучения

.2 Краткие сведения по теории инфракрасного излучения

.3 Теплообмен излучением между двумя телами

ТЕПЛОВИЗОРЫ. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОВИЗИОННОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО ОБЪЕКТА

.1 Тепловизоры. Классификация тепловизоров

.2 Технические характеристики современных тепловизоров

.3 Основные правила проведения тепловизионного обследования строительного объекта

ТЕПЛОВИЗИОННОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ КВАРТИРЫ В ЖИЛОМ ДОМЕ СРЕДНЕЙ ЭТАЖНОСТИ (Г. ВОЛОГДА)

.1 Обработка термограмм в прикладной программной среде IRSoft

.2 Результаты тепловизионного обследования жилой квартиры

ОЦЕНКА СТОИМОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОВИЗИОННОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВИЗИОННОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ

ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

.1 Особенности инфракрасного излучения

.2 Воздействие инфракрасного излучения на человека

.3 Воздействие инфракрасного излучения на окружающую среду

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ВВЕДЕНИЕ

Температура, в физическом смысле этого слова, это мощность инфракрасного излучения. Это излучение для глаза человека невидимо, и только очень сильно нагретые тела начинают испускать волны, лежащие в пределах светового диапазона. Температура - самое универсальное отражение состояния физического тела. При практически всех «заболеваниях» теплового объекта, изменение температуры является самым первым симптомом, указывающим нам на «болезнь». Температурные реакции, на те или иные режимы работы в силу своей универсальности, возникают на всех этапах эксплуатации оборудования. Применение тепловизионной диагностики основано на том, что наличие практически всех видов дефектов оборудования вызывает изменение температуры дефектных элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного излучения, которое может быть зарегистрировано тепловизионным прибором. Важно, чтобы измерялось собственное излучение обследуемого объекта, связанное с наличием и степенью развития дефекта. Присутствие дефекта выявляется сравнением температуры аналогичных участков поверхности аппаратов, работающих в одинаковых условиях нагрева и охлаждения.

Тепловизионная диагностика обладает огромным потенциалом для оценки теплового состояния зданий и сооружений. Она выявляет дефекты на самой ранней стадии их развития, что позволяет планировать объемы и сроки проведения ремонтных работ по фактическому состоянию строительного объекта. Плановый вывод из эксплуатации дефектного теплового оборудования (на основе современных средств диагностики) значительно повышает надежность и безопасность эксплуатации инженерных коммуникаций, существенно сокращает потери энергоресурсов. Особая ценность тепловидения в том, что диагностика осуществляется без вывода всей теплопотребляющей системы из работы.

К настоящему времени также накоплен значительный опыт тепловизионной диагностики на объектах электроэнергетики. Опыт применения тепловидения показал его значительную эффективность, особенно при контроле контактных соединений на предприятиях электроэнергетики. К примеру, в РАО «ЕЭС России» разработаны методики тепловизионной диагностики практически для всех видов электрооборудования. Метод стал нормативным и включен в шестое издание сборника «Объем и нормы испытаний электрооборудования».

Тепловизионное обследование ограждающих конструкций зданий проводится согласно ГОСТ 26629-85 «Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций» и позволяет осуществлять тепловизионный контроль качества изоляции и герметичности здания, выявить участки повышенного содержания влаги и провести испытания ограждающих конструкций зданий: 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 и других ограждающих конструкций, разделяющих помещения с различными температурно-влажностными условиями. Энергетическое обследование зданий и сооружений предусматривает, наряду с энергоаудитом инженерных сетей, проведение тепловизионного обследования ограждающих конструкций.

В выпускной квалификационной работе рассмотрены следующие вопросы:

) история открытия инфракрасного излучения, основные свойства и законы лучистого теплообмена, теплообмен между телами;

) классификация тепловизоров и их технические характеристики, основные требования по организации и проведению тепловизионной диагностики объектов теплового потребления

) обработка тепловых изображений (термограмм) в программных средах на примере IRSoft (компания Testo AG, Германия);

) тепловизионное обследование объекта контроля на примере квартиры в жилом здании и составление технического отчета-протокола о результатах термографирования строительного объекта;

) метрологическая карта средств измерений, экономические и экологические аспекты тепловизионной съемки зданий и сооружений.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 История открытия инфракрасного излучения

Гипотеза о существовании невидимых «тепловых» лучей является весьма древней. Еще римский философ-материалист Тит Лукреций Кар (ок. 99-55 гг. до н. э.) в своем сочинении «О природе вещей» писал [1-3]:

«Может быть, также небес светильник розовый - Солнце

Множеством жарких огней обладает, невидимых нами,

Что окружает его совершенно без всякого блеска,

Лишь умножая своей теплотою лучей его силу».

Тем не менее, систематическое исследование теплового излучения началось только в последней четверти XVIII в., когда широкое применение паровых машин в металлургической и химической промышленности, тесно связанных с тепловыми процессами, стимулировало развитие учения о теплоте.

Впервые понятие «тепловое излучение» было введено выдающимся шведским химиком Карлом Шееле (1742-1786), посвятившим свойствам «лучистой теплоты» отдельную главу в «Химическом трактате о воздухе и огне».

Через два года после опубликования трактата К. Шееле посмертно вышла «Пирометрия» немецкого математика и физика Иоганна Ламберта (1728-1777). И. Ламберт впервые экспериментально доказал, что тепловые лучи распространяются прямолинейно и что их интенсивность убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Следует отметить, что как И. Ламберт, так и К. Шееле видели и подчеркивали сходство между тепловыми и световыми лучами (прямолинейное распространение, отражение), но о тождестве их не могло быть и речи. Лишь дальнейшее развитие теории теплового излучения и ее подтверждение экспериментальными данными привело к более глубокому пониманию взаимосвязи теплового и светового излучений.

Швейцарский натуралист Марк-Август Пикте (1752-1825) при проведении знаменитого опыта с «отраженным холодом» установил, что если во взаимодействии находятся два тела неодинаковой температуры, то более теплое тело отдает теплоту и его температура понижается и наоборот. Когда температура обоих тел одинакова, никакой отдачи и поглощения теплоты не существует. Этим объяснением М.-А. Пикте устранялось понятие «лучей холода».

Профессор Женевской Академии Пьер Прево (1751-1839) в 1771 г. высказал мысль о том, что тела, имеющие одинаковую температуру, все же обмениваются излучением. Он первый показал, что энергетическое равновесное состояние носит динамический характер. Согласно П. Прево всякое нагретое тело испускает тепловые лучи, подобно тому, как всякое светящееся тело испускает световые лучи. Тепловые лучи представляют собой тепловые частицы, движущиеся в пространстве прямолинейно с большой скоростью. Все пространство пронизано этими лучами из тепловых частиц. Каждую точку на поверхности нагретого тела можно рассматривать как центр, из которого испускаются тепловые частицы во всех направлениях и к которому эти частицы притекают со всех сторон. Иными словами, каждое тело постоянно излучает теплоту и получает ее благодаря такому же тепловому излучению от окружающих тел. Отношение между этими количествами теплоты определяет температуру тела.

Английский астроном немецкого происхождения Уильям Гершель (1738-1822) в начале 1800 г. заметил, что стекла различных цветов, употребляемые как светофильтры телескопов, по-разному поглощают свет и теплоту солнечных лучей. Помещая чувствительный термометр с зачерненным шариком в каждую цветную полосу солнечного спектра, ученый обнаружил, что показания термометра увеличиваются по мере продвижения от фиолетовой полосы к красной. Таким образом, была обнаружена зависимость между интенсивностью поглощения инфракрасных лучей телом и цветом его поверхности. Через некоторое время У. Гершель показал, что невидимые тепловые лучи отражаются и преломляется так же, как и видимый свет. Однако, противники У. Гершеля и даже он сам, сомневались в результатах экспериментальных исследований. Наиболее рьяные оппоненты, как Джон Лесли (1766-1832) и сэр Дэвид Брюстер (1781-1868), отрицали существование инфракрасных лучей и считали, что «воображаемые невидимые солнечные лучи являются ничем иным, как нагретым воздухом, окружающим светящееся тело». Дж. Лесли, повторяя научный эксперимент У. Гершеля, не обнаружил увеличение показаний ртутного термометра за пределами красной полосы. Критика Дж. Лесли и Д. Брюстера, несмотря на ошибочное отрицание реального существования инфракрасных лучей, имела и положительное значение. Она вскрыла непоследовательность в рассуждениях У. Гершеля и явилась толчком для развязывания дискуссии, способствовавшей выяснению природы теплового излучения.

Одним из первых, кто признал открытие У. Гершеля, был П. Прево. Идеи У. Гершеля были поддержаны также английским физиком Томасом Юнгом (1773-1829), который уже в 1802 г. высказал предположение о том, что световые лучи отличаются от тепловых лишь частотой колебаний. К 1830 г. опыты У. Гершеля были повторены в достаточном количестве для того, чтобы считать окончательно установленным факт существования невидимых лучей, расположенных за красной частью видимого солнечного спектра и вызывающих нагревание ртутного шарика термометра. Эти лучи позже были названы французским физиком Антуаном Анри Беккерелем (1852-1908) инфракрасными.

Дальнейшее исследование свойств инфракрасных лучей связано с именем итальянского физика Маседонио Меллони (1798-1854), посвятившим всю свою научную деятельность вопросам теплового излучения. В 1833 г. М. Меллони показал, что различные вещества в неодинаковой степени пропускают инфракрасные лучи, и это свойство он обозначил словом «диатерман», т. е. теплопрозрачный. Кроме того, исследователь убедился, что одно и то же тело неодинаково пропускает инфракрасные лучи от различных источников.

Французский физик и математик Андре-Мари Ампер (1775-1836), руководствовавшийся плодотворной философской идеей о единстве сил природы, пришел к выводу об общей природе тепловых и световых лучей на основе волновой теории света. Различия в их прохождении сквозь тела А.-М. Ампер объяснял неодинаковыми длинами волн.

Последующее внимание ученых сосредоточилось на определении длины волны инфракрасных лучей. Арман Физо (1819-1896) и Жан Фуко (1819-1868), изучая в 1847 г. явление интерференции инфракрасных лучей, эталонируют спектр до . Американский астрофизик Самюэль Ланглей (1834-1906) в 1881 г. с помощью болометра определяет с поразительной для того времени точностью дисперсии флинта до  и каменной соли до . Фридрих Пашен (1865-1947) с помощью флюорита продвигает исследования инфракрасных лучей до , а Генрих Рубенс (1865-1922) - до . В 1897 г. Г. Рубенс и Эрнест Никольс (1869-1924) открывают метод остаточных лучей и проходят по спектру до . В 1910 г. Г. Рубенс и Роберт Вуд (1868-1955), оперируя кварцевыми линзами, выделяют излучения с длиной волны . Несколько позже Г. Рубенс и Адольф фон Байер (1835-1917), оперируя той же техникой, в 1914 г. измеряют излучение газосветной кварцевой лампы с парами ртути до . В 1922 г. Герда Ласки (1893-1928) выделяет излучение с длиной волны , а Э. Никольс в 1923 г. повторяет опыты Г. Рубенса и А. фон Байера и обнаруживают инфракрасные лучи длиной волны  в излучении маленького электрического осциллятора. Окончательный мост между электромагнитными колебаниями, генерируемыми приборами и излучениями, испускаемыми молекулами и атомами, удалось перекинуть в 1923 г. профессору Московского университета Александре Андреевне Глаголевой-Аркадьевой (1884-1945) с помощью массового излучателя. Этот источник, в котором электрические искры пропускались через смесь металлических опилок с вязким маслом (вибрационная масса), позволил получить волны длиной от  до нескольких сантиметров, т. е. волны, с избытком перекрывшие существовавший тогда пробел в шкале электромагнитных колебаний. Исследованиями А.А. Глаголевой-Аркадьевой были устранены все следы гипотетичности в общности спектра электромагнитных колебаний и подтверждено единство электромагнитной природы света и радиоволн.

Одновременно с исследованиями по определению длин волн инфракрасных лучей разрабатывалась теория теплового излучения. Фундаментом этой теории явился закон, установленный выдающимся немецким физиком Густавом Кирхгофом (1824-1887). Исходя из термодинамического принципа, согласно которому в системе тел, имеющих одну и ту же температуру, взаимные излучения не нарушают равновесия, Г. Кирхгоф обнаружил, что отношение излучательной способности тела к поглощательной способности одинаково для всех тел, не зависит от их природы и является универсальной функцией длины волны излучения и температуры. Немецкий ученый допустил возможность существования тела, полностью поглощающего весь падающий на него поток независимо от его температуры, которое он назвал абсолютно черным.

В 1879 г. австрийский физик Йозеф Стефан (1835-1893) сформулировал закон интегрального излучения, согласно которому суммарная энергия излучения любого тела пропорциональна разности четвертых степеней абсолютных температур тела и окружающей среды. В 1884 г. знаменитый австрийский ученый Людвиг Больцман (1844-1906) дал строгое теоретическое доказательство закона Й. Стефана и показал, что он справедлив лишь для абсолютно черного тела. В дальнейшем этот закон получил название закона Стефана-Больцмана.

Так как плотность излучения абсолютно черного тела и распределение по частотам однозначно определяются температурой тела, то ее условно можно назвать температурой излучения. Понятие «температура излучения» было введено в 1893 г. русским физиком Борисом Борисовичем Голицыным (1862-1916) в магистерской диссертации «Исследование по математической физике».

Выдающийся немецкий физик-теоретик Макс Планк (1858-1947), который после смерти Г. Кирхгофа, стал его преемником в Берлинском университете, определил универсальную зависимость излучательной способности абсолютно черного тела от длины волны и температуры. При теоретическом обосновании найденного закона М. Планк имел смелость порвать с классической физикой и ввести по необходимости идею о прерывном, квантовом обмене энергией между излучающими системами. Теория М. Планка основана на предположении, что в каждом весомом теле содержится громадное число электромагнитных вибраторов - «резонаторов», каждый из которых обладает собственным периодом. М. Планк допустил, что поглощение и отдача энергии резонаторами происходит не непрерывно, сколь угодно малыми количествами, а порциями определенной конечной величины. Рассматривая условия распределения энергии между резонаторами и их излучением, М. Планк приходит к своей формуле для определения энергии излучения абсолютно черного тела. Впоследствии голландский физик Петер Дебай (1884-1966) показал, что для вывода формулы М. Планка не было необходимости вводить понятие о резонаторах.

В 1893 г. появилось замечательное исследование немецкого физика Вильгельма Вина (1864-1928) в работе «Некоторая новая связь излучения черных тел со вторым принципом термодинамики», в котором он установил, что длина волны, соответствующая максимальному значению энергии излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре. В речи, произнесенной им 11 декабря 1911 г. в связи с присуждением Нобелевской премии за открытия, относящиеся к теории теплового излучения, В. Вин сказал: «Я имел счастье найти на поле общей термодинамической теории лучеиспускания не всю еще жатву собранной. Пользуясь известными физическими законами, я мог вывести общий закон теории лучеиспускания, который под названием закона смещения встретил признание у всех физиков». Необходимо сказать, что при проведении теоретических исследований в области инфракрасного излучения русский физик Владимир Александрович Михельсон (1860-1927) настолько близко подошел к открытому В. Вином закону смещения, что только случайность и неточность в анализе экспериментальных данных привели его к ошибочной формулировке закона.