Dr inż. Tadeusz KRUCZEK
Instytut Techniki Cieplnej
Politechnika Śląska
Gliwice
MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWAŃ POMIARÓW TERMOWIZYJNYCH
DO OCENY IZOLACYJNOŚCI CIEPLNEJ BUDYNKÓW, INTERPRETACJA
WYNIKÓW POMIARÓW TERMOWIZYJNYCH
1. WSTĘP
Termowizyjne pomiary temperatury polegają na pomiarze natężenia promieniowania
cieplnego (w zakresie promieniowania podczerwonego), które jest emitowane przez
wszystkie ciała o temperaturze wyższej od temperatury 0 K (-273,15
o
C). Pomiary te są
pomiarami nieinwazyjnymi, bezdotykowymi i umożliwiają określenie rozkładu temperatury
na całej powierzchni badanego obiektu [5]. Wyniki pomiarów można przedstawić wizualnie
na cyfrowym zdjęciu termowizyjnym (termogramie) gdzie poszczególnym wartościom
temperatury przyporządkowane są kolory. Oprogramowanie narzędziowe do przetwarzania
otrzymanych termogramów umożliwia pozyskanie różnorodnych informacji i danych
dotyczących temperatury powierzchni badanego obiektu.
Analiza wymienionych termogramów umożliwia zlokalizowanie miejsc występowania
oraz ilościowej oceny strat ciepła z budynków lub innych obiektów [2]. Może też służyć do
wykrywania nieprawidłowości w funkcjonowaniu urządzeń i instalacji cieplnych [3]. W
przypadku badań obiektów budowlanych wyniki termowizyjnych pomiarów temperatury są
przydatne przy opracowywaniu audytów energetycznych, przy podejmowaniu decyzji
dotyczących realizacji planowanych remontów termomodernizacyjnych i określaniu zakresu
tych remontów [1].
Celem niniejszego opracowania jest pokazanie możliwości zastosowania termowizyjnej
techniki pomiarów temperatury do badań termoizolacyjności budynków, przedstawienie
skutków typowych błędów wykonawczych, projektowych lub eksploatacyjnych budynków oraz
przykładowych interpretacji otrzymanych wyników pomiarów.
2. ZASTOSOWANIE TERMOWIZJI W OCENIE TERMOIZOLACYJNOŚCI
BUDYNKÓW
2.1. Zastosowania termowizji w o jakościowej ocenie termoizolacyjności budynków
Badania termowizyjne budynków są szybką i niezawodną metodą oceny izolacyjności
cieplnej budynków. Na dokładność termograficznego pomiaru temperatury ma wpływ wiele
czynników towarzyszących pomiarowi. Dokładny pomiar rozkładu temperatury wymaga
dodatkowych zabiegów mających na celu określenie emisyjności badanej powierzchni,
wyeliminowanie wpływu ewentualnych błędów w jej określeniu oraz określenie wpływu
otoczenia na wynik pomiaru [4]. Z powodu tych trudności w termowizyjnych badaniach
izolacyjności cieplnej ścian budynków stosuje się na ogół podejście jakościowe lokalizując
jedynie miejsca o podwyższonej temperaturze i tym samym o nadmiernych stratach ciepła,
nie dążąc się do wyznaczenia dokładnej wartości temperatury [2].
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
2
Badania termograficzne jako metoda bezinwazyjna są szczególnie przydatne przy
znajdowaniu różnych błędów wykonawczych czy technologicznych. Poszukiwanie tego
rodzaju wad przez wykonywanie odkrywek w domniemanych miejscach ich występowania
jest kosztowne i prowadzi do uszkodzenia elementów budowlanych. Oprócz
nieprawidłowości wykonawczych w postaci braku lub rozrzedzenia izolacji cieplnej można
wykrywać nieszczelności, zawilgocenia, mostki cieplne i inne wady skutkujące
podwyższeniem temperatury na zewnętrznej powierzchni ściany lub jej obniżeniem na
powierzchni wewnętrznej. Inspekcje termowizyjne tego typu są przydatne w ekspertyzach
dotyczących ochrony cieplnej budynku, a także przy odbiorze prac dociepleniowych.
Wymienione powyżej badania termowizyjne należą do kategorii pomiarów zwanych
termografią (termowizją) jakościową w której dąży się do wykrycia miejsc o nadmiernie
podwyższonej (lub obniżonej) temperaturze. Wyniki pomiarów tego typu mają charakter
jakościowo-porównawczy. Są one jednak wystarczające w zdecydowanej większości
przypadków pod warunkiem poprawnego określenia przyczyny nieprawidłowości
stwierdzonej na termogramie. W niniejszym opracowaniu przedstawiono na termogramach
przykłady różnych wad budowlanych wraz z objaśnieniem przyczyn ich wystąpienia.
2.2. Przeprowadzanie pomiarów termowizyjnych
Ogólne warunki przeprowadzania termowizyjnych badań budynków określone są w
normie [6]. Ogólnie, zewnętrzne badania termowizyjne budynków należy przeprowadzać w
następujących warunkach:
a) różnica temperatury pomiędzy temperaturą w pomieszczeniu i temperaturą zewnętrzną
nie powinna być mniejsza niż 20K,
b) pomiary należy przeprowadzać w warunkach braku oświetlenia słonecznego (po
zachodzie słońca lub rano (lepiej),
c) należy wybrać dzień pochmurny, nie jest korzystnie przeprowadzać pomiary w dzień
bezchmurny, mroźny,
d) ściany powinny być suche,
e) dom powinien być stabilnie nagrzany (wybrać okres ustabilizowanej temperatury
zewnętrznej),
f) nie otwierać okien,
g) unikać ostrych kątów „patrzenia na obiekt”,
h) trudno bada się okna (szyby), szyby okienne są nieprzepuszczalne dla promieniowania o
długości fali >5 mikrometrów czyli dla kamer LW, badanie kamerą SW da również
wynik zafałszowany ponieważ kamera „zobaczy” przez okno promieniowanie wnętrza
pomieszczenia,
i) zasadniczo nie powinny wystąpić na ścianach miejsca o temperaturze niższej od
temperatury powietrza atmosferycznego,
j) zawilgocenie ścian powoduje obniżenie temperatury.
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
3
Rys. 1a. Przykładowy termogram nieboskłonu
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
4
2.3. Wybrane parametry techniczne kamer termowizyjnych
a) FOV (Field of View) – ogólny kąt widzenia w poziomie przez obiektyw,
b) rozdzielczość kątowa – minimalny kąt widzenia przez 1 pixel matrycy,
c) rozmiar matrycy (bolometrycznej), np. 140x140, 320x240, 480x640,
d) zakres temperatury, typowo (od 0
o
C) lub od -20
o
C, urządzenia wyższej klasy od -40
o
C,
e) czas generacji (stabilizacji) obrazu (najsłabsze kamery 0,25Hz, dobrej klasy 50Hz),
f) czułość termiczna w temperaturze 30
o
C, dobry sprzęt 0,1K,
g) zakres spektralny kamery SW 3-5µm, LW 7,5-14 µm,
h) możliwość stosowania obiektywów zewnętrznych (automatyczna detekcja obiektywu),
i) możliwość nagrywania komentarzy głosowych,
j) pojemność karty pamięci,
k) zintegrowany aparat fotograficzny, zdjęcia termograficzne nie mają głębi, trudno
rozróżnić granice izotermicznych obiektów.
3. PRZYKŁADOWE WYNIKI BADAŃ TERMOWIZYJNYCH WYBRANYCH
ELEMENTÓW BUDYNKÓW
Poniżej przedstawiono przykłady termogramów pokazujące skutki różnych błędów
wykonawczych lub zastosowanych rozwiązań technicznych w budownictwie, przejawiające
się pogorszeniem izolacyjności cieplnej budynków. Na wymienionych termogramach podano
wartości temperatury w postaci kolorowej skali. Podano również rozkłady temperatury w
wybranych przekrojach (oznaczonych liniami LIn) oraz maksymalne (minimalne) wartości
temperatury w wyróżnionych obszarach pomiarowych (oznaczonych symbolem ARn).
Jak wyjaśniono wyżej, na większości przedstawionych termogramów etykiety
towarzyszące zaznaczonym obszarom pomiarowym zawierają wartości temperatury. Jeżeli
jest to termogram powierzchni zewnętrznej, to podana wartość temperatury jest temperaturą
maksymalną zaobserwowaną w zaznaczonym obszarze. Jeżeli natomiast na termogramie
przedstawia się powierzchnię wewnętrzną ściany, wówczas na etykiecie podawana jest
temperatura minimalna występująca w rozpatrywanym obszarze. W przypadku przekrojów
temperaturowych liniami LIn, początkowi osi odciętych na wykresach rozkładu temperatury
przyporządkowany jest ten koniec linii LIn który jest bliżej lewej krawędzi termogramu.
Na rysunkach ilustrujących schematycznie przekroje rozpatrywanych miejsc naniesiono
strzałki przedstawiające kierunek przepływu ciepła, natomiast za pomocą linii czerwonej (lub
niebieskiej) zaznaczono obszar w którym występuje skutek termiczny obserwowany na
termogramie. Kolor czerwony linii oznacza strefę podwyższonej temperatury, natomiast kolor
niebieski strefę obniżonej temperatury.
a) Mostki cieplne na złączeniach elementów wielkiej płyty
Na rys. 1a przedstawiono termogram fragmentu ściany budynku wykonanej w
technologii wielkiej płyty około 25 lat temu. Wyraźnie widoczne są miejsca połączeń płyt
gdzie występuje podwyższona temperatura na powierzchni ściany, ponieważ w tych
miejscach praktycznie nie istnieje izolacja cieplna. Jak wynika z przekrojów
temperaturowych LI01, 2, 3 (rys. 1b), temperatura w miejscach połączeń płyt osiąga wartość
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
5
ponad 8
o
C przy ujemnej temperaturze otoczenia równej –0,6
o
C. Na rys. 1c przedstawiono
histogram rozkładu temperatury dla zaznaczonego na rys. 1a obszaru pomiarowego AR01.
Wartości temperatury dla tego obszaru są rozłożone w przedziale temperatury 1,0÷10,0
o
C.
Temperaturę wyższą od 2,0
o
C ma prawie 94% rozpatrywanego obszaru natomiast
temperatura średnia w tym obszarze wynosi około 4,5
o
C. Wszystkie te dane świadczą o dość
słabej ogólnej izolacyjności cieplnej badanej ściany. Na rozpatrywanym termogramie
wykonano także przekrój temperaturowy LI04 poprowadzony przez fragment ściany pod
parapetem okiennym. Rozkład temperatury w tym przekroju przedstawiono na rys. 1b linią
LI04. Bezpośrednio pod parapetem temperatura osiąga wartość ponad 10
o
C, rys 1b.
Przyczyną jest brak izolacji cieplnej na krawędzi otworu okiennego w płycie oraz wysoka
temperatura ściany wewnątrz pomieszczenia spowodowana obecnością czynnego grzejnika
bezpośrednio pod oknem. Podwyższoną temperaturę pod oknem obserwuje się także w
przypadku innych okien widocznych na prezentowanym termogramie.
a)
0,0°C
10,0°C
0
2
4
6
8
10
LI01
AR01
LI02
LI03
LI04
b)
0
2
4
6
8
10
12
li01
li02
li03
li04
°C
IR01
c)
5
10
15
20
25
0.8
10.0
2.4
9.0
4.5
8.0
8.0
7.0
9.0
6.0
12.3
5.0
15.9
4.0
21.0
3.0
19.8
2.0
5.9
1.0
0.4
-0.0
0.0
IR01
AR01
%
°C
d)
T
wew
T
zew
izolacja
beton
Rys.1b. Mostki cieplne w ścianie budynku wzniesionego technologią wielkiej płyty;
a) termogram, b) profile temperaturowe w miejscach LI01, LI02, c) histogram rozkładu
temperatury dla obszaru pomiarowego AR01, d) wyjaśnienie przyczyny powstania mostka
cieplnego na złączeniu płyt
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
6
b) Mostki cieplne w budynkach o konstrukcji szkieletowej
Na rys. 2a przedstawiono termogram ściany szczytowej budynku o konstrukcji
szkieletowej, zbudowanego około 25 lat temu. Po wzniesieniu szkieletu, przestrzenie
pomiędzy żelbetowymi słupami zostały zamurowywane bloczkami z lekkiego materiału
budowlanego. Z względu na brak dostatecznej izolacji cieplnej wyraźnie widoczna jest
struktura żelbetowego szkieletu wskutek podwyższenia temperatury na zewnętrznej
powierzchni ściany. Widoczne są słupy pionowe jak również wieńce wykonywane pomiędzy
poszczególnymi piętrami. Szczególnie wysoką temperaturę wieńca można zaobserwować
pomiędzy trzecim i czwartym piętrem. Najwyraźniej jest to spowodowane brakiem izolacji
cieplnej pomiędzy żelbetowym szkieletem i zewnętrzną ścianą osłonową. Ze względu na
znacznie wyższą przewodność cieplną betonu, w porównaniu z porowatym materiałem z
którego wykonane są bloczki użyte do wypełnienia, mimo osłonięcia żelbetowego szkieletu
bloczkami, sumaryczny opór cieplny w miejscach występowania elementów szkieletu jest
znacznie mniejszy niż w przypadku ściany wykonanej z samych bloczków. Obszarom
pomiarowym ARn zaznaczonym na termogramach towarzyszą etykiety z maksymalnymi
wartościami temperatury występującymi w tych obszarach. Na rys. 2b pokazano rozkłady
temperatury w miejscach przekrojów LI01, LI02 natomiast na rys. 2c,d przedstawiono
przekroje wyjaśniające przyczynę powstania mostków cieplnych.
a)
-12,0°C
-4,0°C
-12
-10
-8
-6
-4
AR01: -1,5°C
AR02: -1,6°C
LI01
LI02
b)
-10
-8
-6
-4
-2
li01
li02
°C
IR02
c)
T
zew
T
wew
ściana
żelbetowy
wieniec
d)
T
zew
T
wew
ściana
żelbetowy
słup
Rys.2. Ściana szczytowa budynku zbudowanego technologią szkieletową; a - termogram
ściany, b- przekroje temperaturowe, c - przekrój przez wieniec w miejscu LI01, d – przekrój
poziomy w miejscu LI02
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
7
c) Niedostateczna izolacyjność cieplna ścian piwnic
Na rys. 3a przedstawiono fragment ściany piwnicy pod budynkiem wielopiętrowym z
zaznaczeniem obszaru AR01 o podwyższonej temperaturze. Podwyższenie temperatury na
zewnętrznej powierzchni ściany piwnicy było spowodowane słabą izolacyjnością cieplną tej
ściany przy równoczesnym uszkodzeniu izolacji cieplnej na rurociągu z gorącą wodą
znajdującego się w jej pobliżu. W tym przypadku koszty strat cieplnych z rurociągu ponoszą
mieszkańcy budynku, ponieważ licznik zużycia ciepła znajduje się przed miejscem z
uszkodzoną izolacją cieplną. Rysunek 3b przedstawia schemat przekroju przez rozpatrywany
fragment ściany.
a)
1,0°C
9,0°C
2
4
6
8
AR01
LI01
b)
T
wew
betonowa
ściana
strop
rury c.o.
izolacja
T
zew
Rys.3. Widok ściany piwnicznej z lokalnym podwyższeniem temperatury; a – termogram
ściany, b – przekrój przez ścianę w miejscu LI01
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
8
d) Nadproża i wnęki grzejnikowe
Nadproża nad oknami i drzwiami są jednym z najczęściej występujących typów mostków
cieplnych. Spowodowane jest to tym, że element nadproża wykonuje się z materiału o dużej
wytrzymałości mechanicznej lecz na ogół o małym oporze cieplnym. W efekcie izolacyjność
cieplna ściany w rejonie nadproża jest gorsza niż w innych miejscach, rys.4a obszar AR03.
Pogorszona izolacyjność ściany występuje także pod oknami gdzie ze względu na wykonanie
wnęki grzejnikowej grubość ściany jest mniejsza - obszary oznaczone symbolami AR01,
AR02. Na etykietach towarzyszących zaznaczonym obszarom podano maksymalną wartość
temperatury występującej w danym obszarze. Rozkłady temperatury w miejscach przekrojów
liniami LI01, LI02 przedstawiono na rys. 4b. Temperatura otoczenia w chwili pomiaru była
równa –9
o
C. Przyczynę pogorszonej izolacyjności ściany wyjaśniają schematyczne przekroje
przez rozpatrywane fragmenty ściany przedstawione na rys. 4c, d.
a)
-10,0°C
-2,0°C
-10
-8
-6
-4
-2
AR01: -2,6°C
AR02: -2,6°C
AR03: -1,6°C
LI01
LI02
b)
-8
-6
-4
-2
li01
li02
°C
IR04
c)
T
zew
T
wew
żelbetowa
belka nad
oknem
d)
T
zew
T
wew
grzejnik
wnęka
otwór
okienny
Rys.4. Nadproża i wnęki grzejnikowe jako miejsca o pogorszonej izolacyjności cieplnej;
a – termogram ściany, b – rozkłady temperatury w przekrojach LI01, LI02, c – przekrój przez
nadproże w miejscu LI01, d – przekrój przez wnękę grzejnikową w miejscu LI02
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
9
e) Swobodna wentylacja przestrzeni międzyokiennej
W przypadku okien z dwiema niezależnymi szybami przy występowaniu nieszczelności ram
okiennych, w szczególności ramy wewnętrznej, istnieje możliwość powstania naturalnej cyrkulacji
powietrza w przestrzeni międzyszybowej okna intensyfikującej transport ciepła z wnętrza
pomieszczenia do otoczenia. Ciepłe powietrze wpływa do przestrzeni międzyszybowej okna przez
górną nieszczelność podgrzewając górną część zewnętrznej szyby i zarazem ochładzając się, a
następnie wypływa przez dolną nieszczelność. Zjawisko to zachodzi w sposób ciągły przyczyniając
się do zwiększenia strat ciepła z wnętrza pomieszczenia do otoczenia. Na poniższych rysunkach (rys.
5, 6a) przedstawiono termogramy okien w których zachodzi opisane zjawisko (obszary AR01),
natomiast na rys. 6b przedstawiono schemat wyjaśniający mechanizm powstawania tego zjawiska.
-9,0°C
3,0°C
-8
-6
-4
-2
0
2
AR01
T
wew
T
zew
powietrze
ciepłe
powietrze
ochłodzone
okno
Rys.5. Termogram okien z podwyższoną temperaturą szyb w górnej części
a)
-9,0°C
3,0°C
-8
-6
-4
-2
0
2
AR01*: 6,6°C
AR02: 3,3°C
LI01
LI02
b)
T
wew
T
zew
powietrze
ciepłe
powietrze
ochłodzone
okno
c)
-2
0
2
li01
li02
°C
IR02
d)
T
zew
T
wew
Rys.6. Okno z podwyższoną temperaturą szyby w górnej części oraz przykład naroża wewnętrznego
znajdującego się na zewnątrz budynku; a – termogram, b - schemat wyjaśniający mechanizm
podgrzewania zewnętrznej szyby okiennej, c – rozkład temperatury w narożu wzdłuż linii LI01, LI02,
d – schematyczny poziomy przekrój przez naroże
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
10
f) Naroża wewnętrzne występujące na zewnątrz budynków
Naroża wewnętrzne występujące na zewnątrz budynków są miejscem o podwyższonej
temperaturze. Związane jest to z obniżeniem oporu cieplnego wnikania ciepła do ściany od
strony wewnętrznej budynku spowodowanego rozwinięciem powierzchni wymiany ciepła od
tej strony. Na rys. 6a, za pomocą obszaru AR02, zaznaczono obszar występowania
wymienionego zjawiska. W wymienionym obszarze obserwuje się strefę podwyższonej
temperatury powierzchni ścian. Aby zbadać rozkład temperatury w tym miejscu wykonano
dwa przekroje temperaturowe liniami LI01, LI02. Rozkłady temperatury w tych przekrojach
pokazano w formie wykresów na rys. 6c. Wykresy te wskazują na wyraźne podwyższenie
temperatury powierzchni ścian w tym miejscu zwiększające lokalnie straty ciepła. Rys. 6d
przedstawia natomiast schemat przepływu ciepła przez naroże wewnętrzne, objaśniając tym
samym przyczynę zwiększonej intensywności przepływu ciepła w sąsiedztwie naroża.
Na rys. 7 przedstawiono natomiast termogram budynku zbudowanego technologią
wielkiej płyty, posiadającego wewnętrzne balkony. Na wymienionym rysunku zaznaczono
dwa wewnętrzne naroża trójścienne o podwyższonej temperaturze, występujące w górnych
częściach balkonów. Na etykietach towarzyszących zaznaczonym obszarom AR01, AR02
podano maksymalne wartości temperatury zaobserwowane w tych obszarach.
0,0°C
8,0°C
0
2
4
6
8
AR01: 12,0°C
AR02: 9,7°C
T
zew
T
wew
Rys.7. Termogram naroża wewnętrznego typu balkon - loggia
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
11
g) Efekt działania żebra
Częstym błędem budowlanym jest połączenie elementu kontaktującego się bezpośrednio
z otoczeniem (płyta balkonowa, ściana oporowa i in.) ze ścianą wewnętrzną budynku. W
takim przypadku wymieniony element zachowuje się jak żebro powodując intensywny
odpływ ciepła z budynku w miejscu jego połączenia z elementami wnętrza budynku. Na rys.
7a przedstawiono termogram budynku dotyczący omawianego przypadku. Jest to budynek
nowy, ściany wykonane zostały z czerwonej cegły, na zewnętrznej powierzchni nałożona
została izolacyjna warstwa styropianu o grubości 10-12 cm pokryta tynkiem. Za pomocą
obszaru AR01 zaznaczono efekt działania żebra, którym jest nie zaizolowana cieplnie ściana
oporowa łącząca się z wewnętrzną ścianą mieszkania, natomiast obszar AR02 pokazuje efekt
połączenia płyty balkonowej z wewnętrzną ścianą budynku. Równocześnie, dla każdego z
wyróżnionych obszarów na etykietach znajdujących się w sąsiedztwie, podano maksymalne
wartości temperatury występujące w wymienionych obszarach. W chwili pomiaru
temperatura otoczenia była równa 0
o
C. Rysunek 7b przedstawia rozkład temperatury w
przekrojach wykonanych liniami LI01, LI02, natomiast na rys. 7c przedstawiono
schematycznie przekrój przez ścianę oporową, a na rys. 7d przekrój przez płytę balkonową w
miejscu poprowadzenia linii LI01.
a)
1,0°C
8,0°C
2
4
6
8
AR01: 7,8°C
AR02: 8,6°C
LI01
LI02
LI03
b)
2
4
6
8
li01
li02
li03
°C
IR03
c)
T
wew
izolacja
cieplna
mur z
cegły
pełnej
T
zew
ściana
oporowa
poddasze
d)
T
zew
T
wew
izolacja
cieplna
płyta
balkonowa
(beton)
mur z
cegły
pełnej
Rys.7. Efekt działania żebra spowodowany ścianą oporową i płytą balkonową; a – termogram
budynku, b – profile temperaturowe z miejscach LI01, LI02, LI03, c – przekrój przez ścianę
oporową w miejscu LI01, d – przekrój przez płytę balkonową w miejscu LI03
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
12
h) Mostki cieplne spowodowane wieńcami i kontaktem ściany z fundamentem
Trwałe związanie ściany nośnej wewnętrznej i licowej zewnętrznej wykonywanych z
wszelkiego rodzaju bloczków lub cegły, powoduje powstanie mostka cieplnego.
Schematyczny przekrój takiego wiązania zastosowanego na szczycie muru można zobaczyć
na rys. 8c, natomiast jego skutki w sensie lokalnego pogorszenia własności
termoizolacyjnych ściany widoczne są na termogramie ściany - rys. 8a (obszar AR01). Na
rys. 8b przedstawiono rozkład temperatury w miejscu wykonania przekroju linią LI01.
Widoczne jest wyraźne podwyższenie temperatury o obszarze wieńca wiążącego ścianę
wewnętrzną ze ścianą licową.
Mostek cieplny powstaje również wskutek posadowienia ściany na ławie
fundamentowej, przy równoczesnym braku dodatkowej zewnętrznej izolacji cieplnej - rys. 8a,
obszar AR02. Na termogramie można zobaczyć skutki cieplne takiego rozwiązania, rysunek
8d przedstawia schematyczny przekrój tego szczegółu, natomiast na rys. 8b przedstawiono
rozkład temperatury w przekroju LI02.
a)
-2,0°C
4,0°C
-2
0
2
4
AR01
AR02
LI01
LI02
b)
0
2
4
li01
li02
°C
IR01
c)
T
wew
T
zew
izolacja
ściana
nośna
ściana
osłonowa
d)
T
wew
T
zew
izolacja
ściana
nośna
ściana
osłonowa
Rys.8. Mostki cieplne spowodowane wieńcem (góra) i kontaktem ściany z fundamentem
(dół); a – termogram ściany, b – profile temperaturowe LI01, LI02, c – przekrój przez wieniec
w miejscu LI01, d – przekrój przez podstawę ściany w miejscu LI02
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
13
i) Aluminiowe ramy okienne
Okna z aluminiowymi ramami, szczególnie starszego typu kiedy nie przykładano jeszcze
dostatecznej uwagi do izolacyjności cieplnej takiej konstrukcji, może być przyczyną istotnych
strat ciepła. Przykład takiego okna widoczny jest na rys. 9. Mimo stosunkowo niskiej
temperatury zewnętrznej wynoszącej –9
o
C, w obszarze AR02 obejmującym fragment okna
maksymalna wartość temperatury wynosiła 3,4
o
C. Równocześnie, maksymalna temperatura
zaobserwowana w obszarze AR01, obejmującym mostek cieplny spowodowany nadprożem
nad oknem, wynosi –4,3
o
C, rys 9. Podane wartości temperatury świadczą o stosunkowo
dużej intensywności odpływu ciepła do otoczenia przez samą ramę okienną jak również przez
kontaktujący się z ramą fragment ściany.
-11,0°C
1,5°C
-10
-8
-6
-4
-2
0
AR01: -4,3°C
AR02: 3,4°C
Rys.9. Termogram okna z ramą aluminiową
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
14
j) Mostki cieplne w sąsiedztwie ościeżnic okien i drzwi
Związanie ściany wewnętrznej i licowej w obszarze otworu okiennego jest przyczyną
powstawania mostków cieplnych. Na rys. 11a przedstawiono fragment okna widzianego od
wnętrza budynku z zaznaczonym obszarem AR01 w którym obserwuje się skutki istnienia
mostka cieplnego. Podana na etykiecie obszaru wartość temperatury wynosząca 7,9
o
C jest
temperaturą minimalną zaobserwowaną w tym obszarze. Tak niska wartość temperatury
świadczy o małym oporze cieplnym ściany w okolicy brzegu otworu okiennego. Niska
temperatura tego fragmentu ściany może być przyczyną wykraplania się wilgoci na
powierzchni ściany i w konsekwencji powstawania grzybów. Na rysunku 11b przedstawiono
rozkład temperatury w miejscu przekroju linią LI01, natomiast na rys. 11c schemat
wyjaśniający przyczynę tego zjawiska.
a)
9,0°C
22,0°C
10
12
14
16
18
20
22
AR01: 7,9°C
LI01
LI02
b)
10
15
20
li01
li02
°C
IR03
c)
T
wew
T
zew
okno
izolacja
ściana
Rys.11. Fragment okna widzianego od wnętrza;
a – termogram,
b – rozkłady temperatury w przekrojach LI01, LI02, c – schematyczny przekrój przez ścianę
z oknem w miejscu LI01 (lub LI02)
k) Niedostateczna izolacyjność cieplna elementów ściany
Niedostateczna izolacyjność cieplna elementów ścian może być przyczyną znacznych
strat ciepła do otoczenia. Na rys. 12 przedstawiono ścianę budynku mieszkalnego z
widocznymi drzwiami wejściowymi i fragmentem ściany wykonanym z bloczków szklanych,
tzw. luksferów. Względnie wysoka temperatura na powierzchni tych elementów świadczy o
ich niewystarczającej izolacyjność cieplnej. Maksymalna wartość temperatury
zaobserwowana w zaznaczonych obszarach wynosi 4,4
o
C dla ściany oraz 2,2
o
C dla drzwi. W
chwili pomiaru temperatura otoczenia wynosiła –5
o
C.
a)
-5,0°C
4,0°C
-4
-2
0
2
4
AR01: 4,2°C
AR02: 2,2°C
LI01
b)
-4
-2
0
2
4
li01
°C
IR01
Rys.12. Ściana budynku z drzwiami wejściowymi i fragmentem wykonanym z tzw. luksferów; a –
termogram, b – rozkład temperatury w przekroju LI01
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
15
l) Naroża wewnętrzne we wnętrzu budynku
Ze względu na intensywny odpływ ciepła do otoczenia w narożach budynków, w
pomieszczeniach są to miejsca o najniższej temperaturze. Ze względu na stosunkowo wysoką
zawartość wilgoci w pomieszczeniach mieszkalnych, na ścianach gdzie występuje niska
temperatura może zachodzić wykraplanie wilgoci jeżeli temperatura ściany obniży się poniżej
temperatury punktu rosy dla powietrza znajdującego się w pomieszczeniu. W badanym
pomieszczeniu temperatura powietrza wynosiła 21
o
C, natomiast wilgotność względna 43%.
Obliczona dla tych danych temperatura punktu rosy wynosi 8
o
C. Najniższą temperaturę
ściany, równą 11,9
o
C, zaobserwowano w obszarze pomiarowym AR01. Oznacza to, że w
tym przypadku nie dojdzie jeszcze do wykraplania się wilgoci na powierzchni ściany,
ponieważ jej temperatura jest trochę wyższa od temperatury punktu rosy. Potencjalnie
zagrożenie takie jednak istnieje, ponieważ temperatura otoczenia zewnętrznego w momencie
pomiaru wynosiła około 0
o
C. Przy niższych temperaturach na zewnątrz budynku temperatura
powierzchni ściany w rozpatrywanym narożu może obniżyć się poniżej temperatury punktu
rosy co spowoduje wykraplanie się wilgoci na powierzchni ściany i w konsekwencji jej
zawilżenie.
a)
15,0°C
20,0°C
15
16
17
18
19
20
AR01: 11,9°C
AR02: 12,8°C
AR03: 16,6°C
b)
T
zew
T
wew
Rys.13. Naroże wewnętrzne we wnętrzu budynku; a – termogram naroża, b – schemat
przepływu ciepła w narożu
(W badanym pomieszczeniu temperatura powietrza wynosiła 21
o
C, natomiast wilgotność względna
43%. Obliczona dla tych danych temperatura punktu rosy wynosi 8
o
C. Najniższą temperaturę ściany,
równą 11,9
o
C, zaobserwowano w obszarze pomiarowym AR01)
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
16
m) Wykrywanie nieszczelności
Nieszczelności objawiają się lokalnym podwyższeniem temperatury w sąsiedztwie
szczeliny, otworu.
a)
-0,5°C
8,5°C
0
2
4
6
8
LI01
AR01
LI02
b)
2
4
6
li01
li02
°C
IR01
c)
5
10
15
20
25
30
8.5
2.1
7.5
9.2
6.5
12.1
5.5
12.7
4.5
18.0
3.5
26.0
2.5
18.8
1.5
1.1
0.5
0.0
-0.5
IR01
AR01
%
°C
d)
Temperatura:
Atmosfery
-0,6°C
LI01 : maksymalna 7,5°C
LI01 : minimalna
0,7°C
LI02 : maksymalna 7,3°C
LI02 : minimalna
0,8°C
AR01 : maksymalna 8,0°C
AR01 : minimalna
0,6°C
AR01 : średnia 4,0°C
Rys.14. Termogram fragmentu ściany budynku wykonanego technologią wielkiej płyty wraz
z przykładowymi narzędziami analizy obrazu; a) termogram, b) profile temperaturowe
wzdłuż przekrojów liniami LI01, LI02, c) histogram rozkładu temperatury w obszarze
pomiarowym AR01, d) temperatury charakterystyczne dla przyjętych przekrojów i obszaru
pomiarowego
Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie –listopad, 2008
Materiały dydaktyczne –opracowanie autorskie na prawach manuskryptu
Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661
17
4. UWAGI
KOŃCOWE
• Termowizyjna technika pomiaru rozkładu temperatury daje duże możliwości w zakresie
oceny strat ciepła z różnych obiektów budowlanych, oceny prawidłowości wykonania izolacji
cieplnej oraz lokalizacji ewentualnych defektów, błędów projektowych, wykonawczych lub
uszkodzeń ścian budynków. Technika ta jest przydatna wszędzie tam, gdzie w oparciu o
znajomość rozkładu temperatury na powierzchni badanego obiektu możemy wnioskować o
nieprawidłowościach wynikających z wymienionych wyżej przyczyn.
• W opracowaniu przedstawiono zbiór termogramów ilustrujących skutki przyjętych rozwiązań
projektowych lub wykonawczych w budynkach różnego typu przejawiających się
zwiększonymi stratami cieplnymi do otoczenia. W większości przypadków na wymienionych
termogramach wykonano przekroje temperaturowe podając wykresy przedstawiające
rozkłady wartości temperatury w tych przekrojach. Wykresy te pozwalają na ilościową ocenę
wpływu przyjętych rozwiązań technicznych czy zastosowania niewystarczającej izolacji
cieplnej na podwyższenie temperatury zewnętrznej powierzchni ścian i w konsekwencji na
wzrost strat ciepła. Na schematach dołączonych do termogramów wyjaśniono mechanizm
przepływu ciepła w rozpatrywanym miejscu decydujący o lokalnym podwyższeniu
temperatury na powierzchni zewnętrznej.
• Przedstawione wyniki pomiarów temperatury oraz ich interpretacja powinny stanowić impuls
dla wykonawców obiektów budowlanych do zwiększenia staranności w trakcie budowy czy
układania izolacji cieplnych natomiast dla projektantów powinny stać się czynnikiem
zwiększającym wrażliwość na negatywne skutki stosowania zbyt oszczędnych lub
uproszczonych rozwiązań w zakresie ochrony cieplnej budynków.
• W artykule pokazano także potencjalne możliwości zastosowania termowizji do badań stanu
izolacyjności cieplnej budynków, a także przedstawiono przykładowe interpretacje
zamieszczonych termogramów. Aby poprawnie zinterpretować wynik pomiaru należy wziąć
pod uwagę zachodzące zjawisko, które spowodowało wystąpienie obserwowanego na
termogramie skutku.
• Oprócz wymienionych wcześniej zastosowań, wyniki badań termowizyjnych budynków są
przydatne przy opracowywaniu audytów energetycznych mających na celu przygotowanie
planu i określenie opłacalnego ekonomicznie zakresu termorenowacji budynków [1].
• Budownictwo jest jedną z dziedzin gdzie znalazła zastosowanie termowizja. Różne przykłady
wykorzystania wyników pomiarów termograficznych wskazują, że obszar zastosowań badań
termowizyjnych nieustannie się rozszerza [3].
Literatura
[1] Górzyński J.: Audyting energetyczny. Narodowa Agencja Poszanowania Energii, Warszawa, 2000.
[2] Jaworski J.: Termograficzna ocena konieczności termorenowacji budynków. Gospodarka Paliwami i Energią,
nr 6, 1996, s.27-32.
[3] Kruczek T.: Termowizja i możliwości jej zastosowań w audytingu energetycznym oraz w diagnostyce pracy
urządzeń. Gospodarka Paliwami i Energią, nr 7, 2002, s.8-12.
[4] Kruczek T.: Analiza wpływu czynników zewnętrznych na wynik termowizyjnego pomiaru temperatury. Mat.
V Krajowej Konferencji „Termografia i Termometria w Podczerwieni”, Łódź-Ustroń, 2002, s.327-332.
[5] Silverman J., Mooney J., Shepherd F.: Kamery termowizyjne, Świat Nauki, Maj, 1992, s.68-74.
[6] Norma, PN-EN 13187-2001, Właściwości cieplne budynków – Jakościowa detekcja wad cieplnych w
obudowie budynku – Metoda podczerwieni