Tabulka emisivity materiálů a její význam v termografii

Emisivita je klíčový parametr v termografii, který určuje schopnost tělesa vyzařovat teplo. Termografickým měřením pomocí infračervených kamer lze zjistit povrchovou teplotu měřeného objektu. Infračervená radiometrie (IR) je velmi užitečný způsob měření teploty, který má oproti kontaktnímu měření přednost v rychlosti odezvy a neovlivňuje měřený předmět.

Emisivita (ε) je poměr intenzity vyzařování reálného tělesa k intenzitě absolutně černého tělesa se stejnou teplotou. Jedná se o bezrozměrnou veličinu.

Nejlepší způsob, jak kalibrovat IR teploměry, je použití téměř dokonalého černého tělesa. Dokonalé černé těleso by mělo mít emisivitu 1,000. Matematický výraz popisující spektrální výkon vyzařovaný dokonalým černým tělesem pro danou vlnovou délku se nazývá Planckův zákon.

V reálném světě neexistuje dokonalé černé těleso, ale existují aproximace, jako například dutina. Dutina může být válec, koule, jehlan nebo jejich kombinace. Emisivita dutin je závislá na jejich geometrii a blíží se velmi 1,000. Dutiny mají emisivitu typicky 0,99, 0,999 nebo 0,9999. Pro kalibraci IR teploměrů se používají deskové kalibrátory, které jsou lakovány, aby se dosáhlo vyšší emisivity. Emisivita je velkým podílníkem na nejistotě při použití kalibrátorů s plochou deskou.

Je třeba dbát pečlivě o znalost emisivity daného deskového kalibrátoru. Je k dispozici mnoho příruček, kde nalezneme tabulky s emisivitami různých materiálů. Jinak řečeno materiály mají spektrálně závislou emisivitu. Emisivita je také závislá na teplotě. Má-li matný povrch emisivitu 0,95, znamená to, že 5 % energie je odraženo, jak určuje Kirchoffův zákon. Těchto 5 % je závislých na teplotě povrchu nasměrovaného k měřenému povrchu.

Čtěte také: Jak Správně Vyplnit Bilanci Odpadu?

Emisivita je jedním z největších zdrojů chyb při radiometrickém měření. Znalost emisivity měřeného povrchu je velmi důležitou součástí jakéhokoliv IR měření. Je třeba dát velkou pozornost vlivům emisivity povrchu na měření. Stejně tak je důležitá znalost teploty pozadí a vlivu emisivity předmětů v pozadí.

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. 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 a na teplotě povrchu. U dlouhovlnných termovizních systémů (vlnová délka 5 - 12 µm) není takový rozdíl mezi jednotlivými materiály, zejména není rozdíl mezi světlou a tmavou barvou. 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.

Emisivita má směrovost a závisí na úhlu vyzařování. Obecně 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.

Teplota okolí a vzdálenost od měřeného objektu mají vliv na absolutní vyčíslení teploty měřeného předmětu. Teplota okolních předmětů má opět vliv na absolutní vyčíslení teploty měřeného předmětu. 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.

Čtěte také: Kotlíkové emise NOx

Termografické měření povrchové teploty a emisivity u lesklých materiálů

Praktické zjištění povrchové teploty a emisivity u lesklých materiálů pomocí infračervené termografie se v současné době provádí tak, že se jejich povrch opatří materiálem se známou hodnotou emisivity. Uvedené veličiny je však možno určit bez pomoci materiálů se známou hodnotou emisivity: pomocí infračerveného záření, které je odraženo lesklým povrchem a je detekováno termografickým zařízením následovně:

1. Pořídíme termografický snímek oblohy a okolních objektů, které se nám na měřeném lesklém materiálu odrážejí (tzv. přímá metoda určování zdánlivě odražené teploty).
2. Na tomto termogramu vybereme čtyři referenční body s rozdílnou teplotou - např. v místě oblohy, okolní zástavby či vegetace.
3. Následně provedeme měření na lesklém povrchu. Termokamerou zaostříme odraz tak, aby odpovídal zrcadlově termogramu okolí pro určení odražené teploty přímou metodou (viz bod 1.).
4. Na tomto termogramu vybereme čtyři totožné zrcadlově obrácené referenční body.

Základní podmínkou pro použití této metody je schopnost zaostřit odrazy infračerveného záření na měřeném povrchu. To je možno za předpokladu, že měřený povrch je dostatečně hladký a lesklý (například sklo, leštěný plech z jakéhokoliv kovu apod.). V termografickém systému pak u čtyř měřených bodů simulujeme výsledky měření povrchových teplot v závislosti na různých hodnotách odražené teploty a emisivity povrchu. Ty hodnoty povrchových teplot, které termografický systém vyhodnotil jako stejné, nebo přibližně stejné s určitou přesností, jsou konečnou povrchovou teplotou lesklého materiálu. Tomu pak odpovídá příslušná emisivita.

Experimentální stanovení emisivity žárově zinkovaných povrchů

S podporou Asociace českých a slovenských zinkoven byl připraven experiment ve vodorovné peci ve zkušebně PAVUS a. s. ve Veselí nad Lužnicí pro pilotní ověření vlivu odrazivosti zinkovaného povrchu při požáru. Zkoušelo se celkem osm vzorků o dvou odlišných průřezech, které reprezentovaly dvě - z hlediska přestupu tepla - výrazné skupiny průřezů, uzavřené a otevřené. Byly vytvořeny skupiny se dvěma vzorky bez úpravy povrchu a žárově zinkované.

Pro oba vzorky IPE 3, IPE 4 byla volena shodná technologie žárového zinkování. Teplota zinkování byla 457 °C. Dosáhlo se průměrné tloušťky povlaku z 16 měření pro každý vzorek 119 μm, max. 142,8 μm, min 95,9 μm. Zinkovalo se v běžné zinkovací lázni bez přídavných prvků, jako Al, Pb, Bi, Sn apod., s chemickým složením předepsaným pro výrobky určené pro trvalý styk s pitnou vodou. Stejná lázeň byla použita i pro kruhové uzavřené profily TR 7, teplota zinkování 460 °C. Vzorek TR 8 byl máčen v lázni s přídavkem hliníku pro zajištění vyššího lesku, při teplotě 456 °C.

Přestup tepla prouděním je významný při šíření plamene a při transportu kouře a horkých plynů. Sáláním se při požáru obvykle přenáší do konstrukcí hlavní část energie z plamenů na povrchu paliva, z horkého kouře na prvky konstrukce a z hořících objektů na sousední objekty.

Čtěte také: České směrnice pro ovzduší

Pro profily bez povrchové úpravy, u kterých je konzervativní hodnota emisivity povrchu stanovena normou ČSN EN 1993-1-2:2005 jako εm = 0,7; byla regresní analýzou při výpočtu přestupu tepla do konstrukce přírůstkovou metodou stanovena numericky náhradní hodnota αc. Pro prvních 30 min. experimentu vyšla průměrná hodnota součinitele αc = 4 W/m2K, která byla využita pro vyhodnocení žárově zinkovaných vzorků.

Průměrná hodnota emisivity povrchu žárově zinkovaných prvků byla stanovena na εm = 0,322. Je pochopitelné, že zinkování s příměsí hliníku je lesklejší a lepší.

Význam emisivity lze ukázat např. na jednoduchém požárním návrhu nosníku v projektu AccessSteel, kde je stanovena požární odolnost nosníku na rozpětí 7,4. Při zatížení nosníku nominální normovou teplotní křivkou bude v 15. min teplota nosníku s emisivitou povrchu εm = 0,7, tj. bez povrchové úpravy zinkováním, θa = 618 °C. Prvek na požární odolnost R15 nevyhoví. Pro žárově zinkovaný prvek s emisivitou povrchu εm = 0,32 bude teplota v 15.

Tabulka 1: Emisivita vybraných materiálů

tags: #tabulka #emisivity #materiálů

Oblíbené příspěvky:

• Jak se platí odpad v Nymburku?
• Firmy a obnovitelné zdroje (ČR a Evropa)
• Ekologické aspekty barev střech
• Udržitelnost ve výrobě
• Výběr keramického koše do koupelny