Możliwości zastosowania do badania izolacji cieplnj budynków T Kruczek
Dr inż. Tadeusz KRUCZEK Instytut Techniki Cieplnej Politechnika Śląska Gliwice MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWAC POMIARÓW TERMOWIZYJNYCH DO OCENY IZOLACYJNOŚCI CIEPLNEJ BUDYNKÓW, INTERPRETACJA WYNIKÓW POMIARÓW TERMOWIZYJNYCH 1. WSTP 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 (-273,15oC). 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 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, mrozny, 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. 2 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu Rys. 1a. Przykładowy termogram nieboskłonu 3 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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 0oC) lub od -20oC, urządzenia wyższej klasy od -40 oC, e) czas generacji (stabilizacji) obrazu (najsłabsze kamery 0,25Hz, dobrej klasy 50Hz), f) czułość termiczna w temperaturze 30 oC, dobry sprzęt 0,1K, g) zakres spektralny kamery SW 3-5�m, LW 7,5-14 �m, 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. PRZYKAADOWE WYNIKI BADAC 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. Wyraznie 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 4 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu ponad 8oC przy ujemnej temperaturze otoczenia równej 0,6oC. 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�10,0oC. Temperaturę wyższą od 2,0oC ma prawie 94% rozpatrywanego obszaru natomiast temperatura średnia w tym obszarze wynosi około 4,5oC. 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 10oC, 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. b) a) �C IR01 10,0�C 12 10 li01 li02 10 li03 8 li04 LI02 8 AR01 6 6 LI01 4 LI03 4 2 LI04 2 0 0,0�C 0 c) d) % �C Twew izolacja 0.8 10.0 2.4 9.0 beton 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 Tzew 0.4 -0.0 0.0 5 10 15 20 25 IR01 AR01 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 5 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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 wyraznie 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. Najwyrazniej 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) b) AR01: -1,5�C �C IR02 LI01 -4,0�C -2 -4 li01 li02 -4 AR02: -1,6�C -6 -6 -8 -8 -10 -10 LI02 -12 -12,0�C c) d) ściana Twew żelbetowy Twew wieniec żelbetowy słup ściana Tzew Tzew 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 6 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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) b) 9,0�C Twew izolacja strop 8 6 LI01 AR01 Tzew 4 betonowa 2 ściana rury c.o. 1,0�C Rys.3. Widok ściany piwnicznej z lokalnym podwyższeniem temperatury; a termogram ściany, b przekrój przez ścianę w miejscu LI01 7 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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 9oC. Przyczynę pogorszonej izolacyjności ściany wyjaśniają schematyczne przekroje przez rozpatrywane fragmenty ściany przedstawione na rys. 4c, d. a) b) �C IR04 -2,0�C LI01 -2 -2 AR03: -1,6�C li01 li02 -4 -4 -6 -6 LI02 AR01: -2,6�C AR02: -2,6�C -8 -8 -10 -10,0�C c) d) otwór żelbetowa Twew okienny belka nad Twew oknem wnęka grzejnik Tzew Tzew 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 8 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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. 3,0�C powietrze 2 AR01 ciepłe okno 0 Twew -2 -4 Tzew -6 powietrze -8 ochłodzone -9,0�C Rys.5. Termogram okien z podwyższoną temperaturą szyb w górnej części a) b) 3,0�C AR02: 3,3�C powietrze 2 AR01*: 6,6�C ciepłe LI01 okno 0 Twew LI02 -2 -4 Tzew -6 powietrze ochłodzone -8 -9,0�C c) d) �C IR02 Twew li01 2 li02 0 -2 Tzew 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 9 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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 wyrazne 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. 8,0�C 8 Twew AR02: 9,7�C 6 AR01: 12,0�C 4 2 0 Tzew 0,0�C Rys.7. Termogram naroża wewnętrznego typu balkon - loggia 10 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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 0oC. 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) b) �C IR03 8,0�C 8 8 li01 li02 AR01: 7,8�C 6 li03 LI02 LI01 6 4 4 2 LI03 AR02: 8,6�C 2 1,0�C c) d) poddasze Twew Twew Tzew płyta balkonowa ściana (beton) oporowa mur z mur z cegły cegły Tzew pełnej pełnej izolacja izolacja cieplna cieplna 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 11 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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 wyrazne 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) b) AR01 �C IR01 4,0�C 4 LI01 li01 4 li02 2 2 AR02 0 0 LI02 -2 -2,0�C c) d) ściana ściana nośna osłonowa ściana osłonowa izolacja ściana Twew nośna izolacja Tzew Twew Tzew 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 12 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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 9oC, w obszarze AR02 obejmującym fragment okna maksymalna wartość temperatury wynosiła 3,4oC. Równocześnie, maksymalna temperatura zaobserwowana w obszarze AR01, obejmującym mostek cieplny spowodowany nadprożem o nad oknem, wynosi 4,3 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. 1,5�C AR01: -4,3�C 0 AR02: 3,4�C -2 -4 -6 -8 -10 -11,0�C Rys.9. Termogram okna z ramą aluminiową 13 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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 o mostka cieplnego. Podana na etykiecie obszaru wartość temperatury wynosząca 7,9 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) b) c) 22,0�C AR01: 7,9�C izolacja Tzew okno 22 �C IR03 20 20 li01 li02 18 15 LI02 16 14 10 LI01 12 Twew 10 ściana 9,0�C 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 4,4oC dla ściany oraz 2,2oC dla drzwi. W chwili pomiaru temperatura otoczenia wynosiła 5oC. a) b) 4,0�C AR01: 4,2�C 4 �C IR01 4 li01 2 LI01 2 0 0 AR02: 2,2�C -2 -2 -4 -4 -5,0�C Rys.12. Ściana budynku z drzwiami wejściowymi i fragmentem wykonanym z tzw. luksferów; a termogram, b rozkład temperatury w przekroju LI01 14 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 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 oC, natomiast wilgotność względna 43%. o Obliczona dla tych danych temperatura punktu rosy wynosi 8 C. Najniższą temperaturę o ściany, równą 11,9 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 oC. 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) b) 20,0�C AR03: 16,6�C 20 Tzew 19 AR02: 12,8�C 18 AR01: 11,9�C 17 Twew 16 15 15,0�C Rys.13. Naroże wewnętrzne we wnętrzu budynku; a termogram naroża, b schemat przepływu ciepła w narożu (W badanym pomieszczeniu temperatura powietrza wynosiła 21 oC, natomiast wilgotność względna 43%. Obliczona dla tych danych temperatura punktu rosy wynosi 8 oC. Najniższą temperaturę ściany, równą 11,9 oC, zaobserwowano w obszarze pomiarowym AR01) 15 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu m) Wykrywanie nieszczelności Nieszczelności objawiają się lokalnym podwyższeniem temperatury w sąsiedztwie szczeliny, otworu. a) b) LI02 8,5�C �C IR01 8 AR01 li01 6 li02 LI01 6 4 4 2 2 0 -0,5�C c) d) % �C 8.5 Temperatura: 2.1 7.5 9.2 Atmosfery -0,6�C 6.5 12.1 5.5 LI01 : maksymalna 7,5�C 12.7 4.5 LI01 : minimalna 0,7�C 18.0 3.5 26.0 LI02 : maksymalna 7,3�C 2.5 18.8 1.5 LI02 : minimalna 0,8�C 1.1 0.5 0.0 AR01 : maksymalna 8,0�C -0.5 AR01 : minimalna 0,6�C 5 10 15 20 25 30 IR01 AR01 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 16 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661 Kruczek T., www.itc.polsl.pl/kruczek: Zastosowania termowizji w budownictwie listopad, 2008 Materiały dydaktyczne opracowanie autorskie na prawach manuskryptu 4. UWAGI KOCCOWE " 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 , Aódz-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 17 Instytut Techniki Cieplnej, ul. Konarskiego 22, Politechnika Śląska, fax 032-2372872, tel. sekr. 032-2371661