Тепловизионное обследование зданий


Версия для печати

Тепловому неразрушающему контролю был посвящен семинар, прошедший в РУП "Белстройцентр". Тема весьма актуальна, учитывая тот факт, что тепловизионное оборудование становится вполне доступным для приобретения, расширяются возможности его применения. Однако методик для практического использования, а также специалистов, умеющих работать с приборами и правильно интерпретировать результаты обследования, пока недостаточно. В семинаре участвовали представители строительных и жилищно-коммунальных организаций, предприятий, производящих строительные и теплоизоляционные материалы, органов технадзора почти всех регионов республики. Специалисты Института тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси рассказали о тепловизионном обследовании зданий и промышленного оборудования, а также представили разработанную методику.

Следует отметить, что Институт является головной организацией нашей страны в области науки о тепло- и массообмене и создания энергоэффективных и экологически безопасных технологий и техники. Более 30 лет в отделении теплофизики проводятся исследования, разрабатываются приборы, системы и методики в области тепловизионного контроля. В сентябре т. г. лаборатория радиационно-конвективного обмена Института была аккредитована Национальной системой аккредитации Республики Беларусь на соответствие требованиям СТБ ИСО/МЭК 17025. Об этом, открывая семинар, рассказал заведующий лабораторией П. С. Гринчук. Он сообщил, что областью аккредитации являются:

— тепловизионная диагностика теплового состояния ограждающих конструкций зданий и сооружений;

— определение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций жилых зданий;

— тепловизионный контроль качества теплоизоляции;

— определение теплопроводности строительных материалов.

Сотрудники лаборатории, кандидаты физико-математических и технических наук, имеют сертификаты компетентности по тепловому методу неразрушающего контроля.

"Это очень важный момент, — подчеркнул он. — Если в вашей организации есть тепловизионные приборы, вы можете провести обследование, получить термограмму, попытаться интер-

претировать ее в своих целях. Но законную силу имеют только результаты, полученные в аккредитованной лаборатории с использованием утвержденных методик".

Бесконтактное измерение температуры

"Объектом тепловизионного обследования может быть любой предмет, генерирующий тепловое излучение, т. е. любое физическое тело с температурой выше абсолютного нуля по Кельвину", — с этого утверждения начал свое выступление старший научный сотрудник лаборатории радиационно-конвективного обмена Н. И. Стетюкевич. Все нагретые тела излучают инфракрасные волны различной интенсивности в зависимости от температуры, до которой они нагреты. Измеряя температуру поверхности контактным методом, мы, во-первых, вмешиваемся в объект, во-вторых, ждем, когда система придет в равновесие с термометрическим телом. Большое преимущество бесконтактного метода состоит в том, что мы не вносим возмущение в объект, измеряя его температуру. Принцип работы приборов: пирометров, ИК линейных сканеров и тепловизоров — основан на восприятии инфракрасного излучения от объектов с дальнейшим преобразованием и обработкой сигнала в удобный для восприятия вид.

Как выбрать пирометр?

Самый простой прибор для бесконтактного измерения температуры — это пирометр, или инфракрасный термометр. ИК-излучение от объекта воспринимается полупроводниковым чувствительным элементом, обрабатывается и выводится на экран в виде цифрового значения температуры в необходимых единицах измерения — градусах Цельсия, Фаренгейта или Кельвина.

Существует большая номенклатура пирометров, позволяющих измерять температуру в диапазоне от -50 до 3000 оC. Они просто незаменимы в труднодоступных местах, для движущихся и вращающихся объектов. Достоинством инфракрасных пирометров является доступная цена, простота эксплуатации, высокая точность, возможность настройки диапазона измерения и выходного сигнала, а также широкий диапазон измеряемых температур. Разновидностью инфракрасных пирометров являются цветовые пирометры (мультиспектральные). Они позволяют делать вывод о температуре объекта, сравнивая результаты измерения теплового излучения объекта в различных спектрах, тем самым повышая точность измерения. Но такие приборы выпускаются только для очень высоких температур.

"При выборе пирометра для конкретных целей, в частности, для строительной отрасли, надо прежде всего обратить внимание на рабочий диапазон температур, — отметил научный сотрудник лаборатории радиационно-конвективного теплообмена В. Ф. Шевцов — Есть пирометры с широким диапазоном, вплоть до нескольких тысяч градусов. Но у них самая большая погрешность при некорректной установке коэффициента излучения (который обычно берется из справочной литературы и устанавливается вручную или же "прошит" в приборе для определенных типов материала). Поэтому лучше выбирать пирометр с тем диапазоном температур, в котором он будет использоваться.

Второй важный параметр — оптическое разрешение (или показатель визирования), т. е. соотношение диаметра контролируемой поверхности (пятна визирования) к расстоянию до объекта. Когда мы направляем пирометр на объект, то он показывает среднюю температуру этого пятна. С увеличением расстояния площадь "пятна" увеличивается. Показатель визирования указывается в паспорте, а иногда и на самом приборе, в виде соотношения, например, 1:30. Это означает, что с расстояния 3 метров мы проводим измерение средней температуры в пятне диаметром 10 см. Для приборов, предназначенных для низких температур, это наилучший показатель. У приборов, используемых для измерения высоких температур, показатель визирования лучше: 1:300 (с расстояния 300 м он может "видеть" всего 1 м). Важное правило: размер пятна визирования не должен превышать размеры исследуемого объекта".

Тепловизоры

"Если пирометры позволяют дистанционно измерить среднюю температуру в некоторой области пространства, то функциональные возможности тепловизионных приборов гораздо шире: они показывают распределение температуры по всей поверхности объект", — сообщил В. Ф. Шевцов.

В качестве прибора, позволяющего обнаружить температурные аномалии объекта, тепловизор может применяться практически во всех областях жизнедеятельности человека. Чаще всего тепловизоры применяются для неразрушающего контроля в энергетике, нефтегазовом комплексе, энергоснабжении, машиностроении, металлургии, строительстве.

Тепловизионные приборы состоят из оптической системы (объектива), фокусирующей тепловой поток от объекта на чувствительный элемент — приемник инфракрасного излучения и блока обработки для представления тепловой карты (термограммы) объекта в виде, удобном для анализа. При цифровой обработке участки термограммы объекта получают соответствующую окраску в зависимости от их температуры. На дисплее также отображается градиентная цветовая шкала и цифровое значение температуры части объекта, на которую наведен маркер.

По способу получения термограмм тепловизионные приборы подразделяются на термосканеры, которые имеют один чувствительный элемент, и тепловизоры с большим числом чувствительных элементов.

"В современных тепловизорах используются болометрические приемники ИК-излучения. Чувствительный элемент, болометр, представляет собой резистор, у которого изменяется сопротивление в зависимости от мощности падающего на него теплового потока, — рассказал В. Ф. Шевцов. — Его размеры составляют 20х20 мкм. Сотни тысяч таких элементов, расположенных на одной подложке, образуют матрицу для электронного считывания информации, причем каждый микроболометр должен быть прокалиброван производителем в определенном диапазоне температур. В связи с огромной трудоемкостью и сложностью такого производства всего несколько фирм в мире делают болометрическую матрицу и продают ее производителям тепловизоров. Значительную часть стоимости всего прибора составляет цена матрицы и оптики. Главное требование к объективу тепловизора — это прозрачность для инфракрасного излучения".

Эффективное использование тепловизора, как и любого другого прибора, определяется рациональностью выбора конкретной модели или модификации в зависимости от требуемых технических характеристик: диапазона измеряемых температур, температурного разрешения, типа и размера матрицы, оптического поля зрения.

Важнейший показатель тепловизора — это размер матрицы. Камеры с размером матрицы 160х120 элементов используются для обследования небольших объектов, объектов с плавными перепадами температур, объектов с большой разницей температур, где равномерность не имеет значения (перегрев контакта одной из фаз токовых элементов) и в системах наблюдения. Матрица 320х240 используется для обследования зданий и сооружений, ограждающих конструкций, дымовых труб, электрического оборудования, линий электропередач. Матрица 640х480 практически универсальна, в том числе для нестандартных технологических решений и научных исследований.

Оптический объектив выбирается в зависимости от условий обследования объектов (внутри или снаружи). Важно знать, что постоянные и сменные объективы изготавливаются для каждого типа тепловизора индивидуально с учетом его конструкции и характеристик матрицы. Невозможно, купив тепловизор с одним фокусным расстоянием объектива, позже приобрести и использовать другой, потому что все настройки "прошиты" в приборе. Тепловизоров с переменным фокусным расстоянием не бывает. В некоторых моделях есть функция панорамного изображения, что очень важно для строителей при проведении тепловизионного наружного обследования зданий. При съемке ограждающей конструкции всегда необходимо делать 15-процентное перекрытие по кадру, чтобы не попустить участки аномалий. При функции панорамного изображения на дисплее оно разбивается на квадраты, каждый из которых соответствует одной термограмме. По контурам можно совместить части так, чтобы получить полную радиометрическую термограмму, пригодную для дальнейшей обработки".

Тепловой неразрушающий контроль

Рассказывая о преимуществах метода теплового неразрушающего контроля, Н. И. Стетюкевич отметил, что тепловизионный метод позволяет исследовать объекты любой формы и размеров — от микросхем до высотных зданий; имеет очень высокую чувствительность (можно почувствовать разницу до 0,03 оС между двумя условными точками); применим в условиях электромагнитных помех; является оперативным и безопасным методом обследования; позволяет обследовать работающее оборудование; применим для поточного контроля. Есть у метода и некоторые ограничения. Например, сложно исследовать материалы с очень низкой или очень высокой теплопроводностью.

Тепловой метод неразрушающего контроля можно условно разделить на несколько видов. При пассивном контроле мы не вмешиваемся в объект, а исследуем его в процессе естественного функционирования. Активный метод предполагает тепловое нагружение объекта. Описанные методы бывают односторонними (с одной стороны нагружаем объект потоком энергии и с этой же стороны обследуем) и двусторонними (с одной стороны нагружаем, с другой обследуем), т. е. обследование "на отражение" и "на просвет".

Целью тепловизионного обследования объектов строительной индустрии и ЖКХ является выявление и распознавание дефектов в строительных конструкциях путем определения теплотехнических свойств ограждающих конструкций: плотности теплового потока, коэффициента теплопередачи и термического сопротивления; оценка энергоэффективности наружных ограждающих конструкций с определением зон сверхнормативных потерь, тепловых мостов и др.

И докладчики, и участники семинара были единодушны во мнении: на сегодняшний день очень сложно руководствоваться существующими нормативными документами, которые устанавливают требования к проведению теплового неразрушающего контроля. Действующие ГОСТы, определяющие термины, виды и методы неразрушающего теплового контроля, были разработаны еще в советское время. В то же время более 20 лет существует единственный ГОСТ 26629-85 "Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества", в котором представлено, какими средствами, с какой погрешностью, в каких условиях и в какой последовательности нужно выполнять измерения.

Пункт 3.6 ГОСТа 23483-79 "Контроль неразрушающий. Методы теплового вида" говорит о том, что тепловой неразрушающий контроль должен осуществляться в соответствии с методиками контроля на конкретные типы аппаратуры и объекта. Особенно остро эта проблема стала ощущаться в последние годы, когда приборы тепловизионного контроля стали доступны предприятиям и организациям, а методик для их применения, удовлетворяющих требованиям ГОСТов, нет.

По словам докладчиков, до недавнего времени в Республике Беларусь имелись всего две методики, прошедшие экспертизу в БелГИМ:

— МВИ.МН 2736-2007 "Контроль качества тепловой изоляции оборудования и трубопроводов тепловых электрических станций" (разработчик — ЗАО "Энерготеплоизоляция");

— МВИ.МН 3649-2010, "МВИ тепловизионного контроля электрооборудования и воздушных линий электропередачи" (разработчик — Гродненский ЦСМС).

Методика МВИ.МН 4420-2012 "Тепловизионная диагностика теплового состояния ограждающих конструкций зданий и сооружений", разработанная государственным научным учреждением "Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси", недавно прошедшая экспертизу и утвержденная БелГИМ, стала третьей методикой, которая официально действует в Республике Беларусь. Она не распространяется на определение показателей качества теплоизоляции ограждающих конструкций согласно ГОСТ 26629-85 (пп. 4.10, 5.7.4) и соответствует ГОСТ 26629-85 в части проведения тепловизионнного обследования для выявления участков с нарушенными теплозащитными свойствами. Результаты обследования, выполненного с применением данной методики, могут быть использованы для проведения дальнейших измерений с целью определения сопротивления тепопередаче участков ограждающей конструкции в соответствии с ГОСТ 26254-84 в натурных условиях эксплуатации зданий в зимний период. Все средства измерения, удовлетворяющие методике, имеются в реестре средств измерений Республики Беларусь.

Методика обусловливает применение тепловизионного обследования как способа оперативного обнаружения местоположения вероятных дефектов с целью их дальнейшего детального обследования. Результаты качественного обследования считаются предварительными и используются для выявления дефектов без последующего использования для количественных расчетов. Количественный анализ сопровождается компьютерной обработкой термограмм и получением распределения температур по поверхности объекта.

Тепловизионное обследование зданий

Проведение тепловизионного контроля ограждающих конструкций состоит из трех этапов. Первый этап включает в себя осмотр объекта контроля; формирование общей характеристики объекта; качественный осмотр объекта с помощью тепловизора; выбор реперных участков для измерения температуры контактным способом; выбор базового участка; выделение участков, имеющих тепловые аномалии; описание дефектов и их характеристик; выявление участков, подлежащих детальному термографированию; общая характеристика качества теплоизоляции; составление отчета о термографическом осмотре.

На втором этапе делаются краткое описание конструкции здания на основе технической документации; обзорное термографирование наружных и внутренних поверхностей; локализация зон проведения детальных обследований.

Третий этап тепловизионного контроля включает детальное термографирование; выбор реперных участков с различной температурой; измерение температуры на реперных участках; измерение радиационной температуры отраженного излучения; определение сопротивления теплопередаче базового участка ограждающей конструкции в натурных условиях эксплуатации в зимний период; обработка термограмм, т. е. переход от радиационных температур к истинным и реперным; анализ термограмм и выявление причин аномалий; оценка относительного сопротивления теплопередаче; выявление границ дефектного участка ограждающей конструкции.

Для получения объективных количественных данных необходимо проводить измерения в строгом соответствии с методическими рекомендациями, учитывающими как особенности объекта, так и особенноси окружающей среды, в которой производится съемка. В частности, необходимо учитывать следующие факторы: коэффициент излучения материала, влияние посторонних источников излучения, расстояние от объекта и угол наблюдения, скорость ветра. Влага, снег или иней на поверхности также вносят искажения в результат. Пары воды, углекислый газ, озон в атмосфере заметно поглощают (ослабляют) оптическое излучение, причем количественные зависимости ослабления принимаемого сигнала для каждого тепловизора индивидуальны. Необходимо принимать во внимание и структуру поверхности: гладкие, отполированные или поцарапанные, шероховатые поверхности одного и того же материала имеют разный коэффициент излучения. Загрязнения на поверхности всегда повышают коэффициент излучения.

Дефекты ограждающих конструкций

Термограмма, т. е. тепловое изображение объекта контроля, считается обработанной, если в каждой точке рассчитана температура с учетом всех влияющих факторов. После обработки термограмм на них отчетливо видны места дефектов, можно получить их качественные и количественные характеристики.

При наружном тепловизионном обследовании фасадов зданий можно выявить трещины и дефекты в кирпичной кладке и штукатурке; отслоение штукатурки, облицовки и др. покрытий; участки поверхности с повышенным содержанием влаги; нарушения в швах и стыках между сборными конструкциями; некачественное

уплотнение панельных щелей; места протечек воздуха и воды; теплопотери через системы вентилирования; повышенные теплопотери через цокольный этаж; некачественный монтаж оконных блоков и проемов; инфильтрацию воздуха через щели в примыкании створок окон; недостаточное утепление откосов оконных проемов; недостаточное примыкание оконной коробки к стене.

Дефекты, выявляемые при внутреннем обследовании зданий и сооружений, включают участки поверхности с повышенным содержанием влаги; участки с температурой ниже точки росы; места протечек воздуха и воды; отслоение покрытий; недостаточное обжатие гермита; трещины в растворе и мастике; нарушение герметичности оконных проемов и рам; некачественный монтаж оконных блоков и проемов; недостаточное примыкание оконной коробки к стене; инфильтрация холодного воздуха через щели.

Программа семинара включала в себя практическую часть, в ходе которой участники смогли ознакомиться с такими приборами теплового контроля, как контактный цифровой термометр "ТК-05.6" (диапазон измерений температуры от 0 до 1300 оС), пирометры "Нимбус-760" и "Testo 830-Т2", тепловизоры "ИРТИС-2000" и "Flir-Е300". Были представлены наиболее характерные термограммы, полученные при наружном и внутреннем обследовании административных и жилых зданий, отопительных приборов, систем вентиляции и водоснабжения, теплоизоляционных материалов и промышленного оборудования.

Подводя итоги, заведующий лабораторией П. С. Гринчук напомнил участникам семинара, что профессионально выполненное тепловизионное обследование является частью разработки энергетического паспорта, необходимого сегодня каждому строительному объекту.

Всего просмотров: 17 773
Опубликованно: 08.11.2012