Termowizor do budownictwa: rodzaje i zasady przeprowadzania kontroli domu

Obiektywnie ocenić wykonane prace związane z ociepleniem domu jednorodzinnego można na podstawie szeregu wskaźników. W większości przypadków są to ilość zużytej energii elektrycznej na ogrzewanie oraz odczyty termometrów. Jeśli jednak izolacja termiczna okazała się nieskuteczna, znalezienie przyczyn bez specjalistycznego sprzętu jest trudne.

W takich sytuacjach wykorzystuje się termowizor budowlany. W prezentowanym przez nas artykule szczegółowo opisano zasadę działania i cechy konstrukcyjne urządzenia. Przedstawiono zasady użytkowania i przetwarzania danych uzyskanych podczas inspekcji termograficznej.

Dlaczego warto przeprowadzać inspekcję termowizyjną?

Badanie za pomocą termowizora budowlanego domku letniskowego, willi lub domu mieszkalnego umożliwia zobaczenie na termogramie tego, co dzieje się wewnątrz różnych przedmiotów i konstrukcji budynku, bez dotykania ich. Nazywa się to kontrolą nieniszczącą.

Tego rodzaju inspekcja pokaże stan rur grzewczych w ścianach oraz ogrzewania podłogowego bez naruszania tynku lub płytek ceramicznych.

Podstawą diagnostyki termicznej jest zasada rejestrowania niejednorodności pola cieplnego, co pozwala ocenić stan badanych obiektów.

Czułość niektórych modeli sięga setnych części stopnia, dzięki czemu można nie tylko zobaczyć ślad cieplny na powierzchni konstrukcji, ale także dowiedzieć się, co dzieje się wewnątrz.

Unikalną zaletą nowoczesnych termowizorów w porównaniu z innymi środkami kontroli jest właśnie możliwość zajrzenia do wnętrza przedmiotów bez naruszania ich integralności. Nawet minimalne odchylenie wskaźników temperatury od normy będzie świadczyć o występowaniu usterek, na przykład w sieci elektrycznej.

Kontrola domu jednorodzinnego termowizorem pomoże rozwiązać różnorodne zadania:

• zlokalizować miejsca wycieków ciepła i określić stopień ich intensywności;
• skontrolować skuteczność paroizolacji i wykryć powstawanie kondensatu na różnych powierzchniach;
• prawidłowo dobrać rodzaj izolacji i obliczyć niezbędną ilość materiału termoizolacyjnego;
• wykryć przecieki dachu, rurociągów i magistrali cieplnej, wyciek czynnika grzewczego z systemu ogrzewania;
• sprawdzić szczelność pakietów szybowych okiennych oraz jakość montażu bloków drzwiowych;
• przeprowadzić diagnostykę wentylacji i systemu klimatyzacji;
• określić obecność pęknięć w ścianach budowli i ich rozmiary;
• znaleźć miejsca zatorów w systemie zaopatrzenia w ciepło;
• zdiagnozować stan instalacji elektrycznej i wykryć słabe styki;
• zidentyfikować miejsca bytowania gryzoni w domu;
• znaleźć źródła suchości/wysokiej wilgotności wewnątrz prywatnego budynku.

Budowlana kamera termowizyjna umożliwia szybkie sprawdzenie zgodności parametrów wzniesionego budynku z wymaganiami technicznymi, ocenę jakości nieruchomości przed jej zakupem oraz diagnozę działania instalacji wewnętrznych.

Przeprowadzone badanie domu skanerem termograficznym przed rozpoczęciem układania materiałów izolacyjnych pomoże prawidłowo obliczyć koszty ocieplenia

Natomiast po zakończeniu prac termowizja pozwoli skontrolować końcowy rezultat i wykryć wady montażu powodujące straty ciepła. Kontrola wskaże również mostki termiczne, które można szybko usunąć podczas przygotowań do sezonu zimowego.

Przed rekonstrukcją lub remontem starych budowli urządzenie z kamerą na podczerwień przyjdzie z pomocą, aby wykryć najzimniejsze strefy i miejsca przecieków, problemy z ogrzewaniem podłogowym oraz obiektywnie ocenić zakres planowanych prac budowlanych.

Budowa i zasada działania

Czułym elementem każdej kamery termowizyjnej jest czujnik, który przekształca promieniowanie podczerwone różnych obiektów przyrody nieożywionej i ożywionej, a także tła, na sygnały elektryczne. Uzyskane informacje są przetwarzane przez urządzenie i wyświetlane na ekranie w postaci termogramów.

U wszystkich organizmów żywych w wyniku procesów metabolicznych wydzielana jest energia cieplna, która jest doskonale widoczna dla urządzenia

W urządzeniach mechanicznych nagrzewanie poszczególnych części składowych następuje na skutek ciągłego tarcia w punktach styku ruchomych elementów. W sprzęcie i układach elektrycznych nagrzewają się elementy przewodzące prąd.

Po skierowaniu i wykonaniu zdjęcia obiektu kamera IR natychmiast tworzy dwuwymiarowy obraz zawierający pełne informacje o wartościach temperatury. Dane można zapisać w pamięci samego urządzenia lub na nośniku zewnętrznym, albo przenieść za pomocą kabla USB na komputer PC w celu szczegółowej analizy.

Niektóre modele kamer termowizyjnych posiadają wbudowane interfejsy do natychmiastowej bezprzewodowej transmisji informacji cyfrowych. Rejestrowany kontrast termiczny w polu widzenia kamery pozwala wizualizować sygnały na ekranie urządzenia w odcieniach czarno-białej palety lub w kolorze.

Na termogramach wyświetlana jest intensywność promieniowania podczerwonego badanych konstrukcji i powierzchni. Każdy pojedynczy piksel odpowiada konkretnej wartości temperatury.

Na podstawie niejednorodności pola cieplnego wykrywa się błędy w konstrukcjach inżynieryjnych domu oraz defekty materiałów budowlanych, niedoskonałości izolacji termicznej i niskiej jakości remont.

Na czarno-białym ekranie termowizora najjaśniejsze będą przedstawione strefy ciepłe. Wszystkie zimne obiekty będą praktycznie nierozróżnialne.

Na kolorowym cyfrowym wyświetlaczu obszary, które emitują ciepło silniej niż inne, zaświecą się na czerwono. W miarę zmniejszania intensywności promieniowania widmo będzie przesuwać się w stronę fioletu. Czarnym kolorem na termogramie będą oznaczone najzimniejsze strefy.

Do przetwarzania wyników uzyskanych za pomocą termowizora wystarczy podłączyć urządzenie do komputera osobistego. Pozwoli to na ponowne ustawienie palety kolorów na termogramie tak, aby wymagany zakres temperatur był jak najlepiej widoczny.

Nowoczesne wielofunkcyjne urządzenia są wyposażone w specjalną matrycę-detektor, która składa się z ogromnej liczby bardzo miniaturowych elementów czułych.

Promieniowanie podczerwone zarejestrowane przez obiektyw termowizora będzie rzutowane na tej matrycy. Takie kamery IR są w stanie wykryć kontrast temperaturowy równy wartościom 0,05-0,1 ºC.

Większość modeli termowizorów jest wyposażona w ciekłokrystaliczny wyświetlacz kontrolny do wyświetlania informacji. Jednak jakość ekranu nie zawsze świadczy o wysokim poziomie sprzętu na podczerwień jako całości.

Głównym parametrem jest moc mikroprocesora wykorzystywanego do kodowania uzyskanych danych. Szybkość przetwarzania informacji odgrywa kluczową rolę, ponieważ zdjęcia wykonane bez statywu mogą być rozmazane.

Funkcjonowanie urządzeń termowizyjnych opiera się na rejestracji różnicy temperatur między tłem a obiektem oraz przekształcaniu uzyskanych danych w obraz graficzny widoczny dla ludzkiego oka.

Kolejnym ważnym parametrem jest rozdzielczość matrycy. Urządzenia z większą liczbą elementów czułych zapewniają lepszej jakości obrazy dwuwymiarowe niż termowizory z mniejszą rozdzielczością matrycy-detektora.

Taka różnica wynika z tego, że na jedną czułą komórkę przypada mniejsza powierzchnia badanego obiektu. W obrazach graficznych o wyższej rozdzielczości szumy optyczne są prawie niewidoczne.

Rodzaje urządzeń termowizyjnych

Sprawdzenie domu jednorodzinnego pod kątem strat ciepła za pomocą kamery IR umożliwia przeprowadzenie maksymalnie dokładnych pomiarów i jakościowej analizy wszystkich wskaźników temperatury. A następnie, na podstawie szybko uzyskanych danych, prawidłowo wykonać prace remontowe i/lub modernizację obiektu mieszkalnego.

Do diagnostyki termowizyjnej wykorzystuje się dwa typy urządzeń:

• termowizory stacjonarne;
• przenośne kamery na podczerwień.

Urządzenia stacjonarne są używane głównie w zakładach produkcyjnych. Są przeznaczone do regularnego sprawdzania stanu sieci elektrycznych i ciągłego monitorowania skomplikowanego sprzętu technicznego. Stacjonarne systemy termowizyjne są wykonane na półprzewodnikowych matrycach fotodetektorów.

Za pomocą przenośnych kamer termowizyjnych przeprowadza się audyt energetyczny budynków mieszkalnych wielorodzinnych i prywatnych obiektów. Urządzenia te są wykorzystywane zarówno do jednorazowych lokalnych kontroli, jak i do kompleksowej diagnostyki domów.

Przenośne kamery termowizyjne są opracowane na bazie krzemowych niechłodzonych mikrobólometrów i doskonale nadają się do stosowania w trudno dostępnych miejscach.

Badanie termowizyjne to skuteczna bezdotykowa metoda inspekcji, którą warto łączyć z zastosowaniem drzwi aerodynamicznych do pomiaru i kontroli przepuszczalności powietrza budynków.

W zależności od możliwości funkcjonalnych wyróżnia się trzy rodzaje kamer termowizyjnych:

1. Urządzenia obserwacyjne — zapewniają jedynie wizualizację różnych obiektów kontrastujących termicznie, często w wersji monochromatycznej.
2. Urządzenia pomiarowe — tworzą obraz graficzny w zakresie promieniowania podczerwonego i przypisują każdemu punktowi sygnału świetlnego określoną wartość temperatury.
3. Pirometry wizualne — przeznaczone do bezkontaktowych pomiarów temperatury i wizualizacji pola cieplnego konkretnych obiektów w celu wykrycia stref z odchyleniami od normalnych wartości.

Cena dobrych funkcjonalnych odbiorników promieniowania cieplnego zaczyna się od 3000 dolarów. Zakup ich do jednorazowej inspekcji domu jest po prostu nieopłacalny. Wiele firm oferuje obecnie kamery termowizyjne budowlane do wynajęcia na dobę. Jest to bardzo wygodna usługa.

Można również zamówić pełne profesjonalne badanie termowizyjne domku jednorodzinnego/domu. Średni koszt badania termowizyjnego wynosi 5 dolarów za 1 metr kwadratowy powierzchni prywatnego obiektu mieszkalnego.

Z reguły cena kamer termowizyjnych jest wskaźnikiem ich funkcjonalności. Ale nawet budżetowe modele skutecznie przeprowadzają diagnostykę w podczerwieni. Dlatego przy wyborze warto kierować się podstawowymi parametrami technicznymi i umiejętnością rozwiązywania konkretnych zadań.

Możliwości funkcjonalne kamer termowizyjnych zależą od rozdzielczości czujnika podczerwieni, jego czułości oraz zakresu roboczego temperatur

Dużym plusem jest obecność dodatkowych funkcji, a mianowicie: cyfrowe powiększanie, wskaźnik laserowy, tworzenie adnotacji do termogramów, regulowana sygnalizacja kolorystyczna, określanie obszarów o maksymalnych i minimalnych wartościach temperatury.

Znacznie ułatwią termowizyjną diagnostykę domu i różne akcesoria – wymienne optyczne obiektywy szerokokątne do oglądania ogólnego planu oraz teleobiektywy do szczegółowego badania krytycznych obszarów, składane statywy, pojemniki do przechowywania akumulatorów.

Zasady korzystania z termowizora

Głównym zadaniem badania termowizyjnego jest bezbłędne wykrycie strat ciepła i usterek w działaniu systemów inżynieryjnych, a także wykrycie ewentualnych słabych punktów obiektu mieszkalnego na etapie budowy.

Diagnostyka termowizyjna budynków obejmuje:

• badanie w długofalowym obszarze podczerwieni w zakresie 8-15 µm;
• budowanie mapy temperaturowej badanych obiektów i powierzchni;
• monitorowanie dynamiki procesów cieplnych;
• dokładne obliczanie strumieni cieplnych.

Kontrolę obiektu mieszkalnego przeprowadza się zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz budynku. W pierwszym przypadku zdjęcia w podczerwieni pozwalają wykryć poważne defekty infiltracji strumieni powietrza przez przegrody budowlane domu oraz defekty izolacji termicznej. W drugim — zidentyfikować błędy w funkcjonowaniu systemu grzewczego i sieci elektroenergetycznej.

Diagnostykę termowizyjną najlepiej przeprowadzać w chłodnej porze roku, gdy różnica temperatur na zewnątrz i wewnątrz domu wynosi więcej niż 10 stopni Celsjusza

Im wyższa różnica temperatur, tym dokładniejsze wyniki kontroli. Ponadto, aby uzyskać prawidłowe dane, badany obiekt mieszkalny musi być ogrzewany bez przerwy przez co najmniej 2 doby. Latem badanie budynku kamerą termowizyjną jest praktycznie bezużyteczne ze względu na minimalną różnicę temperatur.

Sprawdzanie budynków za pomocą odbiorników promieniowania cieplnego pokazuje rozkład pól temperaturowych na powierzchniach przedmiotów lub konstrukcji w konkretnym momencie. Dlatego przeprowadzenie zdjęć kamerą na podczerwień jest silnie uzależnione od szeregu warunków, których spełnienie jest krytyczne dla uzyskania prawidłowych wyników.

Na działanie urządzenia wpływa silny wiatr, słońce i deszcz. Pod ich wpływem dom będzie się ochładzał lub nagrzewał, a zatem kontrolę można uznać za nieefektywną. Badane konstrukcje i powierzchnie nie powinny znajdować się w strefie padania jasnych, bezpośrednich promieni słonecznych lub odbitego promieniowania przez 10-12 godzin przed rozpoczęciem diagnostyki termowizyjnej.

Bloki drzwiowe i okienne zaleca się utrzymywać w stałym położeniu przez 12 godzin przed zdjęciami kamerą na podczerwień oraz podczas kontroli budynku.

Przed rozpoczęciem badania domu na urządzeniu należy ustawić podstawowe parametry, a mianowicie:

• ustawić dolną i górną granicę temperatury;
• skonfigurować zakres termowizji;
• wybrać poziom intensywności.

Inne parametry reguluje się w zależności od rodzaju izolacji termicznej, materiałów ścian i stropów. Audyt energetyczny domu jednorodzinnego rozpoczyna się od sprawdzenia fundamentów, elewacji i dachu budynku.

Na tym etapie bardzo ważne jest przeprowadzenie dokładnej diagnostyki, ponieważ obszary na jednej płaszczyźnie znacznie się różnią, a odbiorniki promieniowania cieplnego z pewnością to pokażą.

Po sprawdzeniu części zewnętrznej przystępuje się do działań diagnostycznych wewnątrz budynku mieszkalnego. Tutaj wykrywa się około 85% wszystkich wad budowlanych i usterek instalacji.

Zdjęcia wykonuje się w kierunku od okien do drzwi, powoli badając wszystkie otwory technologiczne i ściany. Drzwi między pomieszczeniami pozostawia się otwarte, aby ustabilizować przepływy ogrzanego powietrza i zminimalizować prawdopodobieństwo błędów pomiarowych.

Kontrola termowizyjna polega na etapowym sprawdzaniu różnych stref konstrukcji osłonowych, które do zdjęć kamerą na podczerwień muszą być otwarte. W tym celu należy opróżnić przestrzeń parapetową, zapewnić swobodny dostęp do listew przypodłogowych i narożników.

Ściany na czas wewnętrznej termografii budynku należy opróżnić z dywanów i obrazów, odklejających się starych tapet oraz innych przedmiotów utrudniających bezpośrednią widoczność badanego obiektu.

Domy wyposażone w grzejniki są zwykle fotografowane tylko z zewnątrz. Diagnostykę elewacji przeprowadza się przy sprzyjających warunkach pogodowych – braku wilgotnej mgły, zadymienia, opadów atmosferycznych.

Interpretacja uzyskanych danych

Urządzenia termowizyjne rejestrują różnicę temperatur od 3 ºC, co uwidacznia się na termogramie jako strefa anomalna w charakterystycznym spektrum barw. Jednak samo spektrozonalne zdjęcie nie jest wystarczającym uzasadnieniem, aby uznać diagnozowany obszar za wadliwy.

Dla wszystkich stref anomalnych należy wykonać obliczenia cieplne i wtedy już wyciągać wnioski o stanie badanych obiektów

Dlatego wraz z przenośnymi kamerami termowizyjnymi dostarczane jest oprogramowanie narzędziowe do jakościowej i ilościowej analizy termogramów oraz tworzenia raportów.

Wszystko to oznacza, że do pracy z kamerą na podczerwień nie jest wymagane specjalne przygotowanie. Po zapoznaniu się z instrukcją obsługi nietrudno samodzielnie przeprowadzić kontrolę termowizyjną i obróbkę wyników w proponowanym programie. Po analizie uzyskanych wskaźników aplikacja wyda ekspercką ocenę zdjęć.

Ponadto zebrane przez urządzenie informacje można przenieść do programów do przetwarzania danych statystycznych – arkuszy kalkulacyjnych lub specjalnych narzędzi inżynierskich, np. MathLab.

Warto również zaznaczyć, że kamera termowizyjna może podawać nieprawidłowe wyniki w przypadku nieprawidłowej konfiguracji. Podobne sytuacje zdarzają się podczas badania takich powierzchni jak szkło, błyszczące płytki, lustro.

Promieniowanie podczerwone pobliskich obiektów będzie odbijać się w tych powierzchniach, co doprowadzi do zniekształcenia termogramów. Aby prawidłowo określić temperaturę powierzchni lustrzanych w kamerach termowizyjnych, należy dodatkowo ustawić współczynniki korekcyjne.

Należy również wziąć pod uwagę zimne promieniowanie, które może odbijać się od okien i dachu budynku mieszkalnego. Otrzymany termogram może być znacznie zimniejszy niż rzeczywisty stan domu.

Ilościowa metoda analizy rozkładu pól temperatury na powierzchni konstrukcji nie uwzględnia współczynnika emisyjności i promieniowania tła otoczenia. Przy czym nie ma znaczenia, czy zdjęcie wykonuje się kamerą IR na miejscu, czy też uzyskane wyniki są przetwarzane przez oprogramowanie.

Podczas przeprowadzania czynności diagnostycznych wewnątrz budynku uzyskuje się bardziej wiarygodne wyniki, ponieważ zewnętrzne warunki klimatyczne nie wpływają na badane powierzchnie. Końcowe termogramy po przetworzeniu przez odpowiednie programy odpowiadają rzeczywistości.

Zastosowanie budowlanej kamery termowizyjnej pozwala obiektywnie ocenić jakość izolacji termicznej budynku, wykryć mostki termiczne i osiadanie izolacji, a także znaleźć ukryte uszkodzenia i defekty montażu okien, drzwi, źle wykonane połączenia dachu, ścian i stropów.

Diagnostyka w podczerwieni umożliwia prawidłowe, a więc ekonomiczne, wykonanie prac mających na celu minimalizację strat ciepła w budynku mieszkalnym, redukcję kosztów ocieplenia podłogi i izolacji termicznej innych konstrukcji.

Przeprowadzenie procedury badawczej umożliwi właściwy dobór izolacji ścian i sufitu w prywatnym budynku. W rezultacie zmniejszą się koszty ogrzewania domu prywatnego.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Zasada działania kamery termowizyjnej, sprawdzenie budynku po ociepleniu pod kątem wad oraz prawidłowa interpretacja obrazów w podczerwieni w filmie:

Funkcjonalne możliwości skanerów termograficznych:

Film o tym, jak przeprowadzić analizę i sporządzić raport techniczny z diagnostyki domu za pomocą kamery termowizyjnej z wykorzystaniem modułu oprogramowania Testo IRSoft:

Obecnie badanie termowizyjne kamerą IR to zaawansowana technologia monitorowania nieniszczącego, która pozwala kontrolować stan różnych konstrukcji, sieci komunikacyjnych i urządzeń elektrycznych.

Badanie strat ciepła za pomocą kamery termowizyjnej przeprowadza się, aby zapobiec awariom, wykryć wady izolacji termicznej i wodochronnej oraz zidentyfikować usterki w systemach technicznych domu.

Czy ma Pan/Pani doświadczenie w używaniu kamery termowizyjnej do badania słabych punktów w swoim domu letniskowym/mieszkaniu? Być może może Pan/Pani podzielić się przydatnymi informacjami na temat określania strat ciepła przez konstrukcję budynku? Proszę pisać komentarze, zadawać pytania, zamieszczać zdjęcia na temat artykułu w bloku poniżej.