Nastavení emisivity pro měření budov termokamerou

Neustálé snižování cen termokamer (termovizí) vede k tomu, že ji vlastní či používá čím dál tím více energetických specialistů, stavebních inženýrů či techniků. Její použití má však svoje specifika, neboť snímá nám neviditelné infračervené záření a převádí je do viditelného spektra. V současné době je možné koupit kvalitní termokamery jako přídavné zařízení k mobilnímu telefonu v ceně kolem 13 000 Kč, přitom mají již poměrně dobré rozlišení. Za přibližně 250 000 Kč je pak již možné koupit dron s termokamerou s rozlišením 640×512 pixelů. Ceny termokamer se jistě budou i nadále snižovat, a tak bude docházet i k jejich častějšímu využití. I proto by jejich uživatelé měli znát zásady použití a v případě jejich využití k prokazování chyb či jevů by měli znát i normy, jimiž se zpracování protokolu řídí.

V listopadu 1999 vyšla ČSN EN 13187 (ČSN 73 0560) - Tepelné chování budov - Kvalitativní určení tepelných nepravidelností v pláštích budov - Infračervená metoda. Pomůcka by měla pomoci méně zkušeným při vytváření termogramů pro diagnostiku staveb, resp. by měla být informativním textem využitelným při diagnostice staveb pomocí termovizní techniky. Neobsahuje definice, pojmy a vysvětlení jednotlivých fyzikálních jevů, spíše je určena pro praktické využití termovize ve stavební praxi.

Termovize je zařízení, které snímá objekt v infračerveném spektru a změřené hodnoty pak převádí na paletu barev. Uživatel pak může jednak podle jednotlivých barevných polí a dále pak podle konkrétních hodnot v jednotlivých bodech, oblastech, profilech… usuzovat na průběh teplot ve stavbě a tím i na případné možné problémy ve stavbě. Rozhodně nelze říci, že termovize, resp. termogram (obrázek vytvořený termovizí) mohou odhalit tepelné mosty nebo konkretizovat problém ve stavbě, natož, jak se někteří lidé domnívají, kvantifikovat úniky tepla. Při termovizním měření je nutné si neustále důsledně uvědomovat, co termovize dělá.

Termovizi lze ve stavebnictví použít k mnoha různým účelům, všude tam, kde je vhodné snímat povrchovou teplotu a na jejím základě usuzovat na dění v konstrukci. Termovizi nelze používat jako rentgen - není možné s ní pronikat pod povrch konstrukce, a tak musí být na každé měření konstrukce odhalená. Na co konkrétně tedy lze termovizi ve stavebnictví používat?

Emisivita a její vliv na měření

Termovize snímá v určitém úhlu a z určité vzdálenosti emitované tepelné záření o vlnové délce dané vlastnostmi snímacího zařízení a tento tepelný tok vizualizuje do určeného barevného spektra. Množství tepelného záření emitovaného tělesem je závislé na emisivitě povrchu, na úhlu snímání, na snímané vlnové délce, na teplotě povrchu.

Čtěte také: Recyklace a udržitelnost

Emisivita je vlastnost materiálu související s jeho schopností emitovat tepelné záření. Emisivita je vlastnost závislá na mnoha parametrech, je závislá mimo jiné i na vlnové délce emitovaného tepelného záření. Obecně platí, že u dlouhovlnných termovizních systémů (vlnová délka 5 - 12 µm) není takový rozdíl mezi jednotlivými materiály, zejména není rozdíl mezi světlou a tmavou barvou. Teoreticky by neměl být rozdíl žádný, ale tmavší barva lépe přijímá sálavé teplo okolí, proto bývá menší teplotní rozdíl na termogramu patrný. Jiné to je, pokud je barevné rozlišení provedeno jiným materiálem. U dlouhovlnných kamer to není tak nutné, protože zpravidla se snímá jeden povrch, který má, nezávisle na barvě, emisivitu stejnou.

Pokud jde o materiály s vysokou emisivitou jako je dřevo, omítka, kámen, cihla apod., není chyba v měření, pokud se emisivita nastaví nepřesně, nijak veliká. U materiálů s nízkou emisivitou, což je například hliníkový plech, ale i mnoho dalších materiálů, může mít nepřesné nastavení emisivity velký dopad na měření. Například u vápenné omítky s emisivitou 0,96 její nastavení o 2 setiny jinak znamená rozdíl 2 %.

Při vyhodnocování termogramů je nutné rozlišovat jednotlivé materiály, a buď u různých povrchů změnit při vyhodnocování v počítači emisivitu těchto povrchů, nebo dva rozdílné povrchy mezi sebou neporovnávat. Při snímání je nutné si uvědomit, že emisivita má směrovost (emisivita závisí na úhlu vyzařování a je pod každým úhlem jiná - každé těleso vyzařuje určité množství energie, což je závislé na úhlu vyzařování). Obecně opět platí, že obvykle je emisivita přibližně konstantní v úhlu do 60° od kolmice, u většiny materiálů dokonce do 45°, pod většími úhly pak emisivita již výrazně klesá a těleso má zdánlivě nižší povrchovou teplotu. Na tuto vlastnost je potřeba dávat pozor zejména při měření dvou na sebe kolmých stěn a rohů stěn, kdy bychom, aby obě stěny byly porovnatelné, měli měřit z takové pozice, aby obě stěny svíraly s měřícím paprskem stejný úhel. Při měření z jiného úhlu se pak stává, že ta stěna, která je měřena pod menším úhlem, vykazuje nižší povrchovou teplotu a zdánlivě tak lépe izoluje.

Další parametry ovlivňující kvalitu měření

Vlnový rozsah termovize je také poměrně důležitý, ale protože ve stavebnictví se používají téměř výhradně dlouhovlnné systémy, není nutné toto téma více rozebírat. Teplota okolí má vliv na absolutní vyčíslení teploty měřeného předmětu. Pokud je chybně zadaná, tak rozdíly teplot mezi jednotlivými body na jednom termogramu zůstanou stejné, pouze dojde k jinému vyčíslení povrchové teploty. Vzdálenost od měřeného objektu má vliv na absolutní vyčíslení teploty měřeného předmětu. Pokud je chybně zadaná, tak rozdíly teplot mezi jednotlivými body na jednom termogramu zůstanou stejné, pouze dojde k jinému vyčíslení povrchové teploty. Teplota okolních předmětů má opět vliv na absolutní vyčíslení teploty měřeného předmětu. Pokud jsou však v okolí různě teplé předměty, může dojít i ke zkreslení vyjádření povrchových teplot v různém rozložení na termogramu. To je dáno tím, že platí Stefan - Bolzanův zákon (stanovuje, že tepelný tok při sálání je závislý na čtvrté mocnině teploty: Φ = σ · S · T4, kde Φ je tepelný tok, S je plocha, σ je Stefan - Bolzanova konstanta a T je teplota v Kelvinech).

Při diagnostice pomocí termokamery je nutné zdůraznit, že termovize zobrazuje teplo emitované z měřeného objektu. Zdůraznění je nutné a je třeba si při diagnostikování tento fakt neustále uvědomovat, neboť povrchová teplota nemusí vypovídat o rozložení a průběhu teplot v měřeném objektu. Klasickým příkladem je sokl domu, který může být teplý z několika důvodů. Rozdíl teplot na vnějším a vnitřním povrchu konstrukce hraje významnou roli při hodnocení termogramů. Při malém teplotním spádu může dojít k tomu, že se tepelné mosty neprojeví. Teplotní spád však není dán pouze průměrnou teplotou prostředí v interiéru a v exteriéru, ale je nutné zohlednit i případné nerovnoměrné rozložení teplot, zejména na odvrácené straně hodnocené konstrukce. Klasickým příkladem jsou radiátory ústředního vytápění, které způsobují lokální ohřev konstrukce.

Čtěte také: Data po obnovení Windows 10

Přestup tepla je vlastnost vypovídající o tom, jak rychle teplo přestupuje z konstrukce do vzduchu či obráceně. Záleží především na rychlosti proudění vzduchu v bezprostřední blízkosti měřeného objektu (a samozřejmě i na emisivitách povrchů, ne teplotě okolí…). Znamená to, že místa s nižší rychlostí vzduchu okolo konstrukce (za záclonami, v koutech, rozích, okolo květin, za nábytkem…), budou mít obvykle jinou teplotu než okolní konstrukce, přitom je to dáno nikoliv rozdílnými vlastnostmi konstrukce, tedy tepelnými mosty či tepelnými vazbami, ale pouze přestupem tepla z konstrukce do prostředí.

Rozlišení Termovize

Rozlišení termovize, tedy počet zobrazovaných bodů je podstatný údaj, který může zásadním způsobem ovlivnit odečítání teplot a tím i vyhodnocování termogramů. Termovize snímají objekty různě velkými teplotními čidly, přičemž každému bodu je přiřazena určitá teplota. Jde pochopitelně o průměrnou zdánlivou teplotu z celého snímaného bodu. Proto záleží na velikosti snímaného bodu a tím i na rozlišení termovize. Pokud například jde o termovizi s rozlišením 120 x 120 bodů a snímáme objekt o velikosti 6 m, je velikost jednoho bodu 50 mm. Znamená to, že na termogramu se vždy zobrazí průměrná teplota z bodu o průměru 50 mm. Pokud bychom stejný objekt snímali termovizí s rozlišením 320 bodů, je velikost snímaného bodu 19,75 mm.

Při diagnostice pomocí termovize lze postupovat několika různými způsoby, jak dojít k dostatečnému zpřesnění výsledků. To se musí vždy pochopitelně řešit v rámci měření, tedy vždy na to musí být technik, který provádí měření připraven. První je volba vhodné vzdálenosti od měřeného objektu. Tato volba však může být ovlivněna několika příčinami, proč volíme jinou vzdálenost než optimální. Prvním případem je, že se k objektu nemůžeme dostatečně přiblížit - obvykle se při měření větších objektů jedná o snímání jejich horních částí. Z uvedených termogramů je patrné, jak klesá rozlišovací schopnost termokamery s rostoucí vzdáleností (nebo s klesajícím počtem zobrazovacích bodů). Snižování teploty se v tomto případě děje na základě rostoucích rozměrů zobrazovacího bodu, a tudíž průměrování hodnot z větší plochy.

Pokud potřebujeme snímat vzdálenější či větší objekt, lze postupovat několika způsoby. Prvním je používat termovizi s dostatečným rozlišením. V diagnostické stavební praxi se obvykle v současné době uvádí, že hranicí termokamer pro profesionální diagnostiku je rozlišení 320 x 240 bodů, což je první kamera, která se označuje jako profesionální. Termokamery s nižším rozlišením jsou pak vhodné pro ostatní oblasti použití, případně pro interní diagnostiku objektů.

Při zpracování termogramů lze nastavit různý rozsah palety zobrazení. Podle toho pozorovatel vnímá snímaný objekt jako kritický, nebo jako objekt s menší teplotní nerovnováhou. Při měření termokamerou je nutné si uvědomit, že měřená konstrukce má tepelnou vodivost trojrozměrnou. Při větší tepelné vodivosti povrchu se tak může stát, že konstrukci vnímáme jako homogenní, neboť má rovnoměrné rozložení povrchových teplot. Typickým příkladem je uložení dřevěného trámu ve zdivu. Zde dochází k výraznému tepelnému mostu, povrchová teplota trámu je výrazně nižší než jinde, ovšem na povrchu z exteriéru to není patrné, neboť se jedná o poměrně malou oblast zeslabení zdiva a vzhledem k tomu, že zdivo je relativně dobrý vodič, dochází k tomu, že povrchová teplota z exteriéru je rovnoměrná.

Čtěte také: Klimatizace: komfort a ovládání

Vždy je nutné vycházet z reálných klimatických údajů, které byly v době měření a bezprostředně před ním (přičemž slovo bezprostředně označuje období v závislosti na tepelné akumulaci konstrukce od 2 do 48 hodin, v krajních případech i více). Příkladem chyb, které mohou vzniknout při diagnostice termokamerou, je těžká stavební konstrukce, která je prochlazená, a tudíž vyzařuje minimální množství tepla, i když by její konstrukcí docházelo k relativně velkému toku tepla. Může nastat i opak, kdy konstrukce má z předchozího období naakumulované teplo a to vyzařuje.

Závěr

Termokamera měří ve svém zorném poli dlouhovlnné infračervené záření. Z toho dopočítává teplotu měřeného objektu. Výpočet probíhá s ohledem na stupeň emisivity (ε) povrchu měřeného objektu a kompenzace odražené teploty (RTC = Reflected Temperature Compensation). Obě tyto hodnoty jsou manuálně nastavitelnými veličinami. Každý pixel detektoru představuje teplotní bod, který je na displeji zobrazen v barevném provedení.

Hodnoty emisivity se pohybují mezi 0,0 a 1,0. Objekt, u něhož je naměřena hodnota 1,0, je považován za dokonalý zářič a nazývá se „černé těleso“. V reálném světě dokonalé zářiče neexistují a materiály se liší v tom, kolik jim chybí k dokonalosti. To je jedna z mnoha komplikací, která znesnadňuje použití infračervené techniky k provádění kvantitativních kontrol, jež vyžadují přesné teplotní měření. Z tohoto důvodu mnoho termografů volí provádění kvalitativních kontrol, kdy se zaměřují na zdánlivý teplotní rozdíl mezi srovnatelnými zařízeními při srovnatelných zátěžích nebo na stejné zařízení při srovnatelných zátěžích v průběhu času.

Porozumění emisivitě na termosnímcích: Emisivita se liší v závislosti na stavu povrchu, na pozorovacím úhlu, na teplotě a na vlnové délce. Většina nekovových materiálů jsou účinné zářiče energie. Lidská pokožka má blízko k dokonalému zářiči s emisivitou 0,98. Na druhém konci spektra je leštěný měděný povrch s hodnotou 0,01.

tags: #nastavení #emisivity #pro #měření #budov

Oblíbené příspěvky:

• Definice ekologie krajiny
• Ohrožené druhy zvířat
• Práce v oblasti ochrany přírody
• Recyklace v Umění
• Problém odpadu v přírodě