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

Рисунок 2.2 - Современное тепловизионное оборудование (NEC H2640)

Запатентованное решение SuperResolution (рисунок 2.4) фирмы Testo AG основано на использовании эффекта естественного движения руки в качестве средства для быстрого создания серии последовательных снимков. С помощью технологии SR-алгоритма созданные четыре мгновенных тепловых изображения интегрируются в одну термограмму высочайшего качества.

Температурная чувствительность NETD, , характеризует измерительный прибор по регистрации самых незначительных перепадов температур, отображает малейшую разницу температур между двумя соседними точками, которую может распознать тепловизор. Чем меньше это значение, тем выше разрешающая способность тепловизора и тем лучше качество снимка. Тепловизоры, имеющие высокую температурную чувствительность и разрешающую способностью детектора, позволяют визуализировать малейшие перепады температур независимо от размеров объекта тепловизионного обследования.

Рисунок 2.3 - Вариации теплового изображения с различными расширениями

Диапазон измерения температур, , информирует о пределах температур, измеряемых и записываемых тепловизором.

Частота обновления кадров, , показывает сколько раз в секунду происходит обновление теплового изображения на дисплее прибора.

Размер объектива тепловизора (рисунок 2.5) играет роль в определении масштабов проводимых измерений. Широкоугольные (стандартные) объективы (например, размером ) позволяют сделать снимок большого участка и получить быстрый обзор распределения температур измеряемого объекта. Для обследования мелких деталей и предметов, находящихся на огромных расстояниях, служит сменный телеобъектив (например, размером ).

Рисунок 2.4 - Схема работы технологии SuperResolution

Фокусировка экрана является обязательным условием получения качественных результатов тепловизионной съемки. При измерениях с помощью тепловизоров Testo фокусировка на объекте может осуществляться тремя способами: вручную, посредством моторизированного фокуса или автофокуса.

Рисунок 2.5 - Объектив и его установка в тепловизор

К опциям-возможностям тепловизоров фирмы Testo можно отнести:

-  технология SuperResolution (рассмотрена выше при описании детектора тепловизионного устройства);

-          встроенная цифровая камера в тепловизоре выполняет автоматическое сохранение инфракрасного и реального изображений одновременно. Таким образом, пользователь прибора получает сведения, как по инфракрасному, так и по реальному снимку. Это очень удобная и эффективная опция, которая существенно сокращает время проведения тепловизионной съемки (особенно актуально в зимний период года) и позволяет составить отчет-протокол с согласованными реальными и тепловыми изображениями. При отсутствии этой опции, помимо прибора тепловизионного наблюдения, приходится использовать, как правило, фотоаппарат. Здесь же следует сказать пару слов о системе TwinPix (рисунок 2.6). Данная функция позволяет накладывать друг на друга реальное и тепловое изображения объекта путем установления характерных отметок на соответствующих реальных и инфракрасных снимках. Таким образом, в процессе проведения анализа результатов тепловизионного обследования наложение снимков позволяет с легкостью ориентироваться на элементах объекта и максимально точно установить и локализовать поврежденные участки. Установка уровней прозрачности регулирует интенсивность реального и инфракрасного снимков на совмещенном изображении. Критические диапазоны температур могут быть отмечены путем выбора предельных значений температуры и допустимого инфракрасного диапазона. Даже на реальном изображении проблемные области могут быть с точностью выделены, а температурный статус объекта измерения пластически отображен. Совмещенное путем наложения изображение может быть включено в отчет в целях документирования;

-          технология измерения влажности расширяет технические возможности существующих тепловизоров, так как кроме обычных термограмм пользователь прибора может получить сведения об уровне влажности исследуемых поверхностей объекта, что крайне важно при обнаружении зон возможного образования конденсата и плесневых отложений. Для этого предварительно производятся замеры температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Далее программная система устройства по заданным параметрам воздуха автоматически определяет температуру точки росы и проецирует полученное значение на температурное поле поверхности исследуемой области объекта. Участки изображения, в которых фактическая температура поверхности ниже точки росы, тепловизор выделяет красным цветом («зона повышенного риска»), а неповрежденные влагой - оттенками зеленого цвета;

Рисунок 2.6 - Применение системы TwinPix

-  беспараллаксный лазерный целеуказатель является еще одной инновационной разработкой, который позволяет ориентироваться на объекте обследования. Проблема, которую позволяет избежать данная технология, связана с небольшим размером объектива и однородностью температурного поля поверхности объекта. Последнее приводит к тому, что пользователь тепловизора может «затеряться» при проведении тепловизионной съемки. Точка-ориентир зеркально отображает область замера, на которую наведен лазерный целеуказатель. Помимо этого на дисплее отображается точная температура точки, находящейся «под прицелом» лазерного целеуказателя;

-          режим измерения «Солнечная энергия» используется при проведении диагностики фотоэлектрических систем. При недостаточно интенсивном солнечном свете получение качественной термограммы невозможно. При выполнении измерений в рассматриваемом режиме пользователь тепловизора предварительно выполняет измерения интенсивности солнечного излучения и заносит измеренную величину, как параметр тепловизионной съемки, непосредственно в тепловизор. Введенное значение сохраняется в памяти прибора.

Также к важным критериям выбора тепловизоров можно отнести: эргономичность устройства; интуитивное управление прибором; наличие защитных средств для уязвимых и дорогостоящих элементов тепловизора (например, защитный фильтр для объектива); качество исполнения и спектр функциональных возможностей прикладного программного обеспечения.

2.3 Основные правила проведения тепловизионного обследования строительного объекта

Одним из основных путей экономии топливно-энергетических ресурсов является уменьшение тепловых потерь через ограждающие конструкции строительных объектов, достигающих по некоторым данным  от общих энергетических затрат. Поэтому крайне важно установить участки здания, через которые проходит максимальное количество теплоты в единицу времени с целью их последующей ликвидации. Это позволяет сделать тепловизионный контроль, основанный на применении приборов тепловизионного наблюдения.

Тепловизионный контроль качества строительных сооружений, благодаря своему неразрушающему воздействию, оперативности, наглядности и достоверности получаемых результатов, успел зарекомендовать себя как один из основных способов диагностики ограждающих конструкций по окончании строительства и в период эксплуатации строительного объекта. Согласно [11], теплотехническая диагностика, куда также может входить тепловизионный контроль элементов зданий и сооружений на различных этапах их строительства и эксплуатации, может включать в себя (рисунок 2.7):

-  обнаружение скрытых дефектов строительства;

-          определение частичных и общих тепловых потерь;

-          определение (оценку) сопротивления теплопередаче ограждающих строительных конструкций.

Рисунок 2.7 - Возможности тепловизионного обследования

К основным задачам тепловизионной съемки можно отнести:

-  обнаружение в ограждающих конструкциях здания мест с возможным нарушением тепловой изоляции и присутствием необоснованных (случайных) теплопроводных включений;

-          нахождение мест, где возможна конденсация влаги и, как следствие, образование плесени (биокоррозия);

-          обнаружение мест с интенсивной инфильтрацией наружного воздуха внутри отдельных помещений здания в связи с неплотностями наружных ограждающих конструкций и наличием микротрещин;

-          выявление дефектов отопительных приборов, проложенных открыто (например, чугунно-секционные радиаторы) или под слоем строительного материала (например, змеевики в системе «теплый пол»);

-          контроль качества установки оконных блоков и входных дверей;

-          определение зон повышенной влажности строительных материалов;

-          проведение теплотехнических расчетов (по результатам тепловизионного мониторинга объекта обследования).

Одним из ключевых факторов получения достоверных сведений о теплотехническом состоянии объекта контроля является соблюдение правил выполнения тепловизионной съемки строительного объекта. Тепловизирование здания с исполнением существующих предписаний позволит сократить трудовые и временные затраты и при этом получить качественные тепловые изображения, характеризующие тепловое состояние всей строительной системы. Рассмотрим некоторые нюансы организации и проведения тепловизирования объектов.

При обследованиях гражданских и производственных зданий в зависимости от рассматриваемых задач производятся измерения температуры газовых и жидкостных сред, сыпучих и твердых тел. Диапазон измерения температур варьируется от  до . Для измерений температур используются контактные и бесконтактные термометры. К контактным относятся жидкостные и биметаллические термометры, электрические и полупроводниковые термометры сопротивления, термопары. К бесконтактным термометрам относятся инфракрасные термометры (пирометры), пиранометры, а также тепловизоры. Измерение температурного поля ограждающих конструкций производится тепловизорами различных модификаций [12].

При подготовке к тепловизионной диагностике должна быть изучена информация по объекту контроля (объемно-планировочные и конструктивные особенности здания, длительность и условия эксплуатации объекта, объем и характер проведенных ремонтных работ и т. п.). По итогам анализа технической документации должен быть составлен план тепловизионного обследования строительного объекта. Кроме того, важно предварительно получить сведения о погодных условиях (температуре и относительной влажности наружного воздуха, скорости и направлении ветра, интенсивности солнечной радиации) на момент проведения тепловизионной съемки здания.

Тепловизионные измерения производят при перепаде температур между наружным и внутренним воздухом (температурном напоре), превосходящим минимально допустимый перепад, определяемый по формуле [13]:

, ,(2.1)

где    - предел температурной чувствительности тепловизора, ;

 - проектное сопротивление теплопередаче, ;

 - коэффициент теплоотдачи, принимаемый равным: для внутренней поверхности стен по нормативно-технической документации, например [14]; для наружной поверхности стен при скоростях ветра ,  и  соответственно ,  и ;

 - относительное сопротивление теплопередаче подлежащего выявлению дефектного участка ограждающей конструкции, не более .

Сильный ветер способен существенно увеличивать теплоотдачу с поверхностей и снижать температуру. Поэтому рекомендуется проводить тепловизионную съемку при скорости ветра не более . Методика определения относительного сопротивления теплопередаче  изложена в документе [15].

Удаленность тепловизионной камеры от объекта при наружной тепловизионной съемке нужно выбирать в следующем диапазоне:

, ,(2.2)

где    - угол обзора объектива;

 - расстояние, на котором тепловизор теряет требуемую точность в соответствии с техническими характеристиками и поглощением инфракрасного излучения атмосферным воздухом, .

Приближение к объекту на расстояние  неоправданно увеличит время съемки. При термографии внутренней поверхности объекта следует исходить из размеров участка с повышенными тепловыми потерями. Рекомендуется использовать объективы с углом обзора не менее .

С увеличением расстояния до объекта контроля возрастает поле обзора, ухудшается детальность осмотра, и искажаются значения истинной температуры за счет поглощения инфракрасных лучей в атмосфере. Последний эффект несущественен при расстояниях менее , на которых обычно проводят тепловизионную съемку. При значительных расстояниях следует применять соответствующие поправочные формулы, учитывающие поглощение излучения в атмосфере. В методических указаниях [13] удаленность мест установки тепловизора от поверхности объекта следует определять по формуле:

, ,(2.3)

где    - линейный размер подлежащего выявлению участка ограждающей конструкции с нарушенными теплозащитными свойствами, , принимаемый при контроле внутренней поверхности от  до , а при контроле наружной поверхности - от  до ;

 - число строк развертки в кадре тепловизора;

 - угловой вертикальный размер поля обзора тепловизора, .

Таким образом, уравнения (2.2) и (2.3) взаимно дополняют друг друга, обозначая в первом случае минимальное, а во втором - максимальное расстояние проведения тепловизионной съемки объекта контроля.

В любом случае температурный напор  контролируемого объекта должен быть не менее  в течение последних  (требования международного стандарта ISO 6781-83). Во время съемки изменение температурного напора не должно превышать  действительного начального значения.