Infračervená termografie ve stavebnictví Autor: Ing. Marcela POČINKOVÁ, Ph.D., Ing. Olga RUBINOVÁ, Ph.D. Termografické měření a následná diagnostika je metodou pro bezkontaktní a poměrně rychlý průzkum objektů z hlediska tepelné techniky. Termovizní snímky znázorňují složitá teplotní pole s volitelnou stupnicí barev, takže jsou i pro laika velmi názorné. Posouzení a rozbor rozložení teplot umožní identifikaci míst se zvýšenými tepelnými toky. Termokamera je dnes ve stavebnictví žádaným pomocníkem především v oblasti postižení vad a poruch s vazbou na úniky tepla. Lokalizace prvků systémů patřících do technických zařízení budov (TZB), sledování vybraných provozních stavů zařízení, odhalování vad či poruch soustav v budovách jsou další z možných oblastí širšího uplatnění.
Princip měření
Infračervená termografie je založená na postižení sdílení tepla sáláním. Termokamera snímá infračervené záření z povrchu sledovaného objektu a transformuje reliéf teplotního pole na viditelný obraz. Do objektivu kamery přichází záření ze tří zdrojů a to záření z povrchu objektu snímaného, záření okolí odražené snímaným povrchem a záření prostředí mezi snímaným povrchem a kamerou. Přenos tepla radiací se nachází v rozsahu vlnových délek 0,75 µm do 1000 µm. Pro omezení chyb, vzniklých absorpcí radiační energie vzduchem, pracují termokamery v omezeném pásmu vlnových délek, nejčastěji 8-14 µm, v oblasti tzv. "atmosférického okna", kde jsou ztráty z absorpce relativně malé. Z hlediska fyziky radiace je většina běžných povrchů šedých, s emisivitou menší než 1. Emisivita je míra vyzařování z povrchu těles. Materiály s černým povrchem mají vysokou emisivitu, materiály s lesklým povrchem naopak nízkou emisivitu. Většina matných povrchů v budovách má stupeň emisivity 0,9 až 0,95. Měření povrchů s extrémně nízkou emisivitou (lesklé kovy) je touto metodou nevhodné. Složitá je teplotní interpretace vícebarevných povrchů s proměnlivou emisivitou po ploše vzorku. Pro správný převod radiační energie na teplotu je nutno zohlednit teplotu pozadí. V praxi se nepřesnosti měření eliminují například metodou známé teploty zdroje záření, což znamená pomocným dotykovým lokálním měřením povrchových teplot s návazností na úpravu parametrů měření v přístroji. Termokamera teplotu povrchu neměří, ale na základě intenzity infračerveného záření vypočítává.
Obr.1 - Vnější termovizní měření objektu Měření v exteriérech Exteriérová sledování a měření staveb jsou zaměřena především na kontroly tepelně technických konstrukcí tvořících obálku budovy. Jedná se o konstrukce na hranici vnitřního prostředí a exteriéru, u nichž termovize rychle odhalí místa zvýšených tepelných ztrát. Lokalizují se tak především tepelné mosty a poruchy tepelných vazeb. Termografie podá rychlou informaci o celkovém stavu obvodového pláště a odhalí, které konstrukce se jeví jako nejvíce ztrátové vzhledem k hospodaření s teplem. Stejně tak může obecně ověřit účinnost provedených opatření ke snížení tepelných toků prostupem. Teplá místa pak reprezentují místa se zvýšeným tepelným tokem prostupem nebo konvekcí. Pomocí termovize lze tedy detekovat nejen tepelné mosty, ale také úniky tepteplého vnitřního vzduchu, které poukazují na nízkou vzduchotěsnost pláště budovy. Možnost sledování objektů za tímto účelem není celoroční. Podmínkou je existence tepelných toků z interiéru do venkovního prostředí. Měřit lze tedy objekty s rozdílem parametrů prostředí na obou stranách konstrukcí. Každá tepelná ztráta, intenzita sálání z povrchu jako její důsledek, a tím zřetelnost rozložení teplotních polí se zvyšuje s rozdílem teplot. Kontroly plášťů budov se provádí u staveb vytápěných a to zimním období, optimálně za venkovních teplot pod bodem mrazu. Doporučen je teplotní rozdíl mezi vnitřním a venkovním prostředím alespoň 20 K. Měření se musí
provádět na objektech, jejichž vnější povrch nebyl ovlivněn zisky ze slunečního záření v řádech hodin (doporučeno je přibližně 8 hod. před měřením) a není osluněn ani v průběhu termovizního sledování. Těmto podmínkám vyhovují ranní hodiny před východem slunce. Pokud je zataženo, lze měřit i během dne. Další omezení představuje déšť, sněžení a vítr. Mokré konstrukce, stejně jako silným nepravidelným větrem mohou vést ke zkreslení výsledků. Termografické snímky nelze pořídit za hustého sněžení. Termovizní sledování objektů ze strany exteriéru může sloužit: •
Ke kontrole tepelně technických vlastností prvků obvodového pláště před koupí objektu, před kolaudací u novostaveb, při kontrole kvality provedených prací při rekonstrukcích a zateplování budov. • K lokalizaci vad a poruch v plášti budovy, sledování kontinuity konstrukce. Místa zvýšeného úniku tepla detekují jak nesprávně provedená místa obálky budovy, tak skryté závady pod omítkou (např. materiály odlišných tepelných vodivostí, dutiny, trhliny). • Může být podkladem při rozhodovacím procesu jaká opatření budou nejvýhodnější ke snížení spotřeby tepla pro vytápění. • K orientační kontrole vzduchotěsnosti budovy lokalizací netěsností pláště budovy, kterými uniká teplý vzduch. Pro kvalitní vyhodnocení stavu je obvykle potřeba termovizní průzkum všech viditelných částí obvodového pláště a pořízení celkových pohledových snímků. Po lokalizaci míst zvýšených tepelných toků je zapotřebí jejich podrobnější termovizní sledování včetně kontroly povrchových teplot a pořízení termografických snímků. Vhodné je současné provádění fotodokumentace. Některé tyty termokamer umožní snímkování termovizní i fotografické, což výrazně usnadňuje práci při následném vyhodnocování. Některá detekovaná poruchová místa je vhodné ověřit i z interiérové strany. Komplexní vyhodnocení nelze následně provést pouze z několika málo snímků. Další podmínkou pro hodnocení stavu je kvalitní softwarové vybavení a znalost problematiky oboru tepelné techniky a pozemních staveb.
Příklady použití termovize ze strany exteriéru a možnosti úprav snímků Příklad 1: Vizuální srovnání typově stejných panelových domů z nichž jeden je před a druhý po zateplení a výměně výplní otvorů za stejných venkovních klimatických podmínek ve stejném časovém období. Jednoduché srovnání umožňuje nastavení stejných teplotních rozmezí snímků.
Realizováno termokamerou testo 880
Příklad 2 - Termovizní měření vybraného objektu a lokalizace míst zvýšených tepelných ztrát: Pro výstupy lze softwarově zvolit různé barevné stupnice, z nichž některé budou uvedeny v následujícím příkladě. Při zpracování snímků lze zvolit body nebo oblasti s uvedením povrchových teplot. Ve zvolených oblastech lze uvádět nejnižší, nejvyšší nebo střední povrchovou teplotu. V ohraničené ploše lze měnit emisivitu materiálů a tím zpřesnit měřené hodnoty. Na snímku můžeme navíc detekovat takzvaný horký nebo studený bod, což je místo s nejnižší nebo nejvyšší povrchovou teplotou.
POZNÁMKA - Snímky příkladu 2 byly pořízeny při stejném termovizním měření (za stejných klimatických podmínek) a patří k jednomu sledovanému objektu. Úmyslně byly zpracovány různé možnosti výstupů.
Příklad 3: Termovizní sledování užívaného objektu v průběhu rekonstrukce
Realizováno termokamerou testo 880 Měření v interiérech Interiérová sledování staveb slouží opět ke kontrole tepelně technických vlastností obálky staveb, k lokalizaci vad a poruch v plášti budovy při návaznosti na termovizi z vnější strany. Opět je požadován rozdíl teplot na obou stranách konstrukcí s existencí tepelných toků. Vnitřní termovizní sledování může odhalit riziková místa s nízkou povrchovou teplotou, kde hrozí kondenzace vodních par a následný vznik plísní. Může odhalit místa s odlišným teplotním polem a odhalit skladby konstrukcí s odlišnými tepelně technickými vlastnostmi. Mimo toto lze využít termokamery k lokalizování zabudovaných rozvodů patřících k systémům TZB, je pomocníkem při hledání poruch či závad u těchto soustav. Zabudovaná či zakrytá instalace musí být zdrojem tepelného toku projevujícím se pak rozdílným teplotním polem na povrchu konstrukce.
Příklad 4: Termovizní měření stropu odhalující nesprávné provedení tepelné izolace střechy objekty
Příklad 5: Termovizní sledování konstrukce odlišných tepelně technických vlastností pod omítkou
Realizováno termokamerou testo 880
Příklad 6: Lokalizace míst s rizikem povrchové kondenzace vodních par
Příklad 7: Sledování zabudovaných rozvodů v podlahové konstrukci
Realizováno termokamerou testo 880
Závěr Termovize je účelným nástrojem pro zobrazení teplotních polí stavebních konstrukcí, jejichž analýza umožní posoudit obvodové pláště budov z tepelně technického hlediska. Umožní lokalizovat místa zvýšených tepelných toků jak vedením tepla konstrukcí tak konvekcí a tím přispět k návrhu skutečně efektivních úsporných opatření, v dnešní době tak aktuálních. Další využití spočívá v identifikaci zabudovaných topných systémů, jako je například podlahové nebo stěnové vytápění, nebo rozvod teplé vody.
