Дипломная (вкр): Тепловизионное обследование торгово-сервисного центра

Тепловизионное обследование торгово-сервисного центра

Содержание

Введение

. Теоретические основы исследования

.1 История открытия инфракрасного излучения

.2 Основные свойства и законы инфракрасного излучения

. Тепловизоры. Классификация, модели, технические характеристики и область применения

.1 Тепловизоры. Классификация тепловизоров

.2 Основные технические характеристики современных тепловизоров

.3 Типичные тепловые дефекты объекта контроля

. Основные требования и правила проведения тепловизионного обследования строительного объекта

.1 Общие данные по проведению тепловизионного обследования строительного объекта

.2 Основные требования и правила проведения тепловизионного обследования строительного объекта

. Тепловизионное обследование торгово-сервисного центра (г. Вологда)

.1 Обработка термограмм в прикладной программной среде IRSoft

.2 Технический отчет по результатам тепловизионного обследования

. Оценка стоимости организации и проведения тепловизионного обследования

. Автоматизация тепловизионного обследования

. Безопасность жизнедеятельности при эксплуатации тепловизионного оборудования

.1 Обеспечение безопасности работы тепловизором

.2 Экологичность эксплуатации тепловизора

Заключение

Список использованных источников

ПриложенияВведение

В настоящее время на территории Российской Федерации большинство зданий и сооружений имеют наружные ограждающие конструкции, не соответствующие современным нормативным требованиям по сопротивлению теплопередаче. Как следствие, это приводит к низкому уровню тепловой защиты строительных объектов, избыточным тепловым потерям и нерациональному использованию невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов. Известно, что основная доля теплоты уходит в окружающую среду через наружные ограждения здания: фасады, торцевые части, кровлю. В связи с возможными локальными нарушениями правил проектирования, строительства и эксплуатации здания распределение тепловых потерь будет неравномерным по поверхности строительной оболочки объекта, что в итоге приведет к образованию тепловых мостиков и температурных аномалий. Человек по своей природе не может с помощью имеющихся органов чувств дать оценку тепловому состоянию здания для последующего устранения таких нарушений.

В эпоху бурного развития теории инфракрасного излучения, когда наука и техника начали играть ключевую роль в жизни общества, появились первые устройства, которые, воспринимая интенсивность тепловых лучей от исследуемого тела, стали давать человеку информацию о температурной картине поверхности излучения. Такие приборы, получившие названия эвапорографы, эджеографы и др., в скором времени привели к созданию тепловизоров, позволивших превращать инфракрасные снимки объекта контроля в видимые человеческому глазу изображения. По характеру теплового изображения стали судить о тепловом состоянии объекта теплового контроля: здания, котельного агрегата, электромеханического оборудования. Последнее, в свою очередь, создало условия для обнаружения скрытых дефектов, например, осадки тепловой изоляции внутри ограждающей конструкции.

Тепловизионная диагностика здания является важным элементом теплотехнической части энергетического обследования, предназначенная для измерения и исследования фактического температурного поля поверхности излучения, к которой в данном случае можно отнести наружные ограждающие конструкции, внутренние тепловые источники и т. п. Использование точечных контактных и бесконтактных измерительных приборов не зарекомендовало себя как средство для наблюдения за тепловым состоянием ограждений, инженерных сетей и оборудования строительного объекта. Применение традиционных методов требует установки нескольких сотен или даже тысяч термодатчиков, что является с технической стороны крайне сложной задачей. Однако и ее решение с малой долей вероятности приведет к удовлетворительному результату, так как те возможные причины, которые повлекли за собой нарушение теплового режима здания, могут быть вовсе не выявлены в связи с недостатком информации о тепловом состоянии объекта. Измерения, проводимые с помощью точечных термодатчиков, носят дискретный характер, тогда как приборы тепловизионного наблюдения формируют практически сплошную тепловую картину рассматриваемого элемента здания (одновременно регистрируют более  значений температур). Данная проблема остается актуальной также для проведения теплофизических измерений, связанных с определением теплотехнических параметров неоднородных строительных материалов.

В выпускной квалификационной работе рассмотрены следующие вопросы:

) история открытия инфракрасного излучения, основные свойства и законы радиационно-лучистого теплообмена;

) классификация тепловизоров и их технические характеристики;

) основные требования по организации и проведению тепловизионной диагностики объектов теплового потребления, обработка тепловых изображений в программных средах на примере IRSoft (компания Testo AG, Германия);

) тепловизионное обследование объекта контроля на примере торгово-сервисного центра 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, 2]:

"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 (рисунок 1.1), 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.

Рисунок 1.1 - Эксперимент У. Гершеля

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.

Одновременно с исследованиями 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.

Научными работами М. Планка и В. Вина был подведен определенный итог исследованиям в области теплового излучения, проведенным за 100 лет со времени открытия инфракрасных лучей.

С начала XX в. усиливается интерес к применению инфракрасной техники для решения все более возрастающего числа практических проблем. Развивается инфракрасная спектроскопия - мощный инструмент исследования взаимодействия излучения с веществом и идентификации различных химических соединений, создаются приборы для радиометрического измерения температур звезд и планет. В 1941 году англичане начинают применять на средиземноморском театре военных действий приборы ночного видения на основе электронно-оптических преобразователей изображения. Немецкая армия использует инфракрасную аппаратуру для вождения танков в ночных условиях, в системах опознавания самолетов. В мирных целях инфракрасные установки стали широко использоваться в системах отопления, сушки и приготовления пищи. Применение инфракрасной техники в медицине и биологии позволило разработать приборы для изучения адаптации глаза к темноте и аппаратуру для ранней диагностики раковых заболеваний. В дерматологии благодаря хорошему проникновению инфракрасных лучей через кожу появилась возможность исследовать поражения тканей и воздействовать на подкожные системы кровообращения. Инфракрасные приборы применяются в живописи для раскрытия оригиналов, скрытых более поздними записями, в криминалистике для отличий от подделок подлинных документов и драгоценных камней, а также для прочтения стертых мест в тексте. Инфракрасное фотографирование с воздуха дает возможность оценивать состояние лесных массивов и обнаруживать очаги пожаров. Следует также упомянуть об использовании инфракрасной аппаратуры для предупреждения столкновений самолетов в воздухе и кораблей в море при их движении ночью. Инфракрасные волны получили широкое практическое применение в тепловизионной диагностике зданий, систем теплового обеспечения, электрических схем, производственных процессов и т. п.