Épület-termográfia (gyakorlati tanácsok a mérésekhez)

Épület-termográfia

Javasolt mérési körülmények és feltételek

A hőképfelvételek készítése, azaz a termográfia rendkívül sokoldalú mérési eljárás. A modern hőkamerák kezelése hasonlít az elterjedt digitális videokamerákéhoz. Eme – több felelőtlen hőkamera-forgalmazó által kiemelten hangoztatott – egyszerűség viszont ne tévesszen meg senkit: a mérési szempontból helyes hőképfelvételek készítéséhez szakmai tudás és megfelelő mérés-előkészítés is szükséges. (Ellenkező esetben mérési eredmények helyett csak kiértékelhetetlen “színes képek” keletkeznek.)

Szomorú tapasztalat, hogy a hőkamerák forgalmazói és a hőképfelvételeket készítő szolgáltatók is nemritkán súlyos szakmai hibákat vétenek a hőképek készítésével kapcsolatosan. Ezért az alábbiakban bemutatjuk a legfontosabb tudnivalókat gyakorlati példákkal alátámasztva, hogy a hőkép készítők és felhasználók egyaránt tisztában legyenek e technológia lehetőségeivel, de korlátaival is! A lehetőségeket már bemutattuk cikksorozatunk korábbi részeiben, most a lehetséges – elkerülendő – buktatókra helyeznénk a hangsúlyt.

 

Eltérő anyagminőségek kimutatása (forrás: PIM)
Kép: eltérő anyagminőség kimutatása hőképpel [forrás: PIM]

Az atmoszférikus ablakokhoz igazítottan készülnek közép- és hosszúhullámú hőkamerák. Amíg a hosszúhullámú kamerákkal a leghidegebb és a legmelegebb testek egyaránt mérhetők, a középhullámú hőkamerákkal hideg (pl. -50°C-os) testek nem mérhetők. (Ugyanis a hideg testek középhullámú sugárzást nem bocsájtanak ki.) Ellenben nagy előnye a középhullámú hőkameráknak, hogy üvegen át történő mérésekre alkalmasak. Ennek oka, hogy az üveg a rövid- és középhullámú hősugárzást átengedi (3,5μm-ig), a hosszúhullámút viszont nem. (Hosszúhullámú kamerák ezért nem “látnak át” az üvegen.)

A hőkamerák hullámhossz-tartományának hatása

Hosszú- ill. közép-hullámhosszú hőképfelvétel (forrás: PIM)

Bal oldali kép: hosszúhullámú kamerával készített hőkép
– nagyon jó hőmérséklet-felbontás, kevés zaj
– legmelegebb hely: ablakkeret felső pereme
(13,56°C, mivel nem lát át az üvegen)
Jobb oldali kép: középhullámú kamerával készített hőkép
– rosszabb hőmérséklet-felbontás, zajosabb kép
– legmelegebb pont: égő lámpa a szobában
(57,06°C, mivel látja az égőt az üveg mögött)

Környezeti paraméterek hatása

Ha átgondoljuk a termográfiai mérések elméletet, világossá válik, hogy igen sok környezeti paraméter befolyásolja a mérésünk pontosságát, a termográfiai vizsgálat eredményeinek a kiértékelhetőségét. Az épület-termográfia ezért csak a fűtési szezonban, megfelelően hideg (5°C alatti), száraz és szélcsendes időjárás esetén kivitelezhető. Következzenek tehát a fenti szabályok betartásának fontosságát bemutatandó hőkép-példák:

A napsütés hatása

Napsütés hatása (forrás: PIM)

Bal oldali kép: napközbeni épületfelvétel (építkezés)
– a nap hősugárzása visszaverődik az épület falain
– a falak melegnek tűnnek, holott nincs is fűtés!!!
Jobb oldali kép: épületfelvétel három órával napnyugta után
– a nappali napsütés felmelegítő hatása már
csak alig vehető észre, most tehát mérhetünk

A szél hatása

Szél hatása (forrás: PIM)

Bal oldali kép: erős szélben elvégzett termográfiai felmérés
– a szél elviszi a hőt a jobboldali falról, így az hűvösebb
– úgy tűnik, mintha jobb lenne a hőszigetelése a
hőkép közepén látható falfelületnek
Jobb oldali kép: ugyanez a mérés szélcsendben
– látszik, hogy a jobboldali fal hőszigetelése
ugyanolyan gyenge mint a hőkép közepén
falfelületnek (és ugyanolyan erős hőhidakkal)

Megjegyzés mindkét hőképhez: az épület baloldali része nincs fűtve (lépcsőház)

Erős nappali felmelegedés hatása

Erős nappali felmelegedés hatás (forrás: PIM)

Bal oldali ábra: külső fal ideális hőgradiense (állandósult állapot)
– beltéri (mérhető) falhőmérséklet: 21°C
– kültéri (mérhető) falhőmérséklet: 3°C
Jobb oldali ábra: erős nappali felmelegedés utáni éjjeli állapot
– beltéri (mérhető) falhőmérséklet: 21°C
– kültéri (mérhető) falhőmérséklet: 8°C

Megjegyzés: az előző jobboldali ábrán látható vízszintes szakasz a nappali (ideiglenes) felmelegedés hatásának eredménye. Az ábra az esti (külső hőmérséklet visszahűlése után kialakult) hőgradienst mutatja be. A külső falfelület megemelkedett hőmérséklete ahhoz a téves következtetéshez vezet, hogy rossza a hőszigetelés vagy hőhíd van jelen, holott ugyanolyan falszerkezetet feltételeztünk, mint a bal oldali ábra esetén.

Nyitva felejtett nyílászáró hatása

Nyitva felejtett ablak (forrás: Infratec)

A baloldali ablak a mérés előtt még “bukóra” volt kinyitva, látszik a kiáramló meleg levegő hatása az ablakkereten és a fölötte levő falon. Az ablak állapotáról ill. az áthidaló hőszigetelési tulajdonságáról így nincs mód korrekt értékelésre.

Fűtés hiányának hatása

Fűtés hiányának hatása (forrás: Infratec)

A képen látható ház egyik szobája vagy lakása (baloldalt fent) nincs fűtve. Hőszigetelési és egyéb építészeti hibákat ilyenkor (erről a szobáról ill. lakásról) természetesen nem lehetséges kimutatni.

Megfigyelési szög hatása a mérési eredményre

Megfigyelési szög hatása (forrás: PIMI)

Mivel az emissziós tényező sajnos függ a látószögtől is, minél jobban eltérünk a derékszögtől, annál inkább növekvő reflexió figyelhető meg. Leginkább ívelt felületek mérése esetén figyelhetjük meg ennek hatását, de pl. magas házak felső emeleteinek mérésekor is szembe állunk eme problémával: látszólag a felső emeletek egyre hűvösebbek (pedig a valóságban inkább egyre melegebbek). A magyarázata az, hogy az égbolt (felhők nélkül <-95°C) egyre erősebben tükröződik a ház külső felületén, hiába akár 95%-os a szilikátalapú építőanyagokból álló falfelületek emissziós tényezője.

Geometriai felbontás

A geometriai felbontás jelentősen befolyásolja nem csak az elérhető képminőségét, hanem a kép hőmérséklet-adatainak valódiságát. Az ezt leíró IFOV paraméter (legkisebb elemi látószög, tipikusan mrad-ban megadva) azt a látószöget adja meg, mely egy egyedülálló érzékelővel (képponttal) került leképezésre. A részletek jó reprodukálása érdekében fontos, hogy ez az érték minél kisebb legyen. Például 1,5 mrad IFOV azt jelzi, hogy minden egyes pixelhez rendelt egyedi mérési pont (kivetített mérőfolt) 1m-es távolságon 1,5 mm átmérővel rendelkezik.

Geometriai felbontás (forrás: Infratec)
Ábra: A képmező geometriai paraméterei [forrás: Infratec]

Mivel az így meghatározott „kivetített” képpont helyzetét a mérendő tárgyon nem ismerjük és maga az érzékelő-mátrix is (gyártástechnológiailag szükséges) hézagokkal rendelkezik, a fenti képpontméret 3-mal szorzandó a legkisebb mérhető tárgy méretének meghatározása céljából. Ha ezt nem tartjuk be, akkor a mérőfolt nemcsak a tárgy felületének, hanem hátterének a sugárzását is tartalmazhatja (átlagolás a mérőfolton belül). A mérési eredmény tehát akár alacsonyabb, akár magasabb is lehet a tárgy valódi hőmérsékleténél és minél nagyobb a tárgy és a háttér hőmérsékletének különbsége, annál nagyobb lesz a mérés hiba is!

Természetesen a fenti szabály nemcsak kis tárgyak (például vékony vezetékek, izzószálak stb.) esetén érvényesül, hanem nagy tárgyak (például nagy keresztmetszetű kábelek, nyílászárók stb.) mérésekor is. Nyilván más dimenziókról van szó: kis tárgyak esetén mm-nagyságrendű mérőfelületekről beszélünk, melyek az alkalmazott hőkamera és optika geometriai felbontóképessége alapján legfeljebb több tíz cm-es távolságokból mérhetők; nagy tárgyak esetén cm-méretű mérőfelületek több m-es (akár 10 m-es) távolságból történő érzékeléséről van szó. Minden esetben viszont a szabály betartását lehetővé tévő eszköz alkalmazása szükséges!

Konkrét példa: Ha szeretnénk mérni egy tízemeletes panelházat, akkor az épült felső emeleteinek méréséhez (kb. 30 méter magasságban) jó 60 m távolságból kell dolgoznunk a kép minél kisebb geometriai deformációja (a perspektivikus hatás elkerülése) érdekében. Pythagoras szerint a hőkamera és a tárgy közötti távolság ilyenkor 67 m, tehát 1,3 mrad felbontású hőkamerával az elemi mérőpont 87 mm átmérőjű, a legkisebb mérhető tárgynak tehát 261 mm-nél nagyobbnak kell lennie! (Emlékeztetőül: egy ablakkeret ritkán szélesebb 70 mm-nél). Szükséges tehát egy teleobjektív alkalmazása!

Épületgépészeti károk és hibák felfedezése

A következőkben a leggyakoribb épületszerkezeti és épületgépészeti hibák termográfiai felismerhetőségét ill. annak korlátait tárgyaljuk.

Hőhidak, hőszigetelési hiányosságok

A hőhidakat viszonylag egyszerű felismerni: ott, ahol egy kültéri felvételen a legmagasabb hőmérséklet tapasztalható, a legtöbb esetben hőhíd (vagy repedés) található. Beltéri felvételeken a leghidegebb helyek utalnak többnyire hőhidakra. Ugyanígy megállapítható, hogy melyik épületelem bír jobb vagy rosszabb hőszigetelési tulajdonságokkal. Vizsgálható még a fugák és csatlakozások kivitele, az épületelemek által okozott szerkezeti hőhidak, valamint az épületgépészeti vagy villamos szerelésből származó „hibák“ a külső falakban. A mérés egyetlen feltétele, hogy a bel- és a kültér hőmérséklet különbsége legalább 15 K legyen, ne legyen nedves a fal és ne fújjon a szél. (Természetesen a kültéri mérés napsütésmentes napszakban történjen.)

Hőhidak

Hőhidak kimutatása (forrás: Infratec)

Bal oldali kép: betonkoszorú (keret) által okozott hőhídJobb oldali kép: erkély falbekötése okozta erős hőhíd

 

Rosszul záró nyílászárók

Rosszul záró nyilászárók (forrás: Infratec)

Bal oldali kép: rosszul záró ablak (fölötte viszont nincs hőhíd !)Jobb oldali kép: beltéri hőkép rosszul záró bejárati ajtóról

Rejtett épületkonstrukciós és épületgépészeti elemek felfedezése

Ezeket a méréseket különböző időjárási ill. napszakhoz kötődő hőfolyamatok kihasználásával kell elvégezni. A „trükk” lehet a nappal történő felmelegedés után (azt követő napsütés nélküli időben) történő mérés (hőkapacitáskülönbségek alapján), vagy az éjjeli ill. a téli kihűlés miatt fellépő hőáramlás alapján elvégzett mérés. Minden esetben a kívánt hatásnak megfelelően a bevizsgálandó (keresett) anyagok és a környezetük között fennálló hőkapacitás- ill. hővezetési különbségeket kell kihasználni.

Példa erre, hogy megfelelő hőáramlás esetén a falban lévő vas- és faáthidalók láthatóvá válnak termográfiai eszközök alkalmazásával. (A vas a nagy hővezetőképessége miatt, a fa a kis hővezetése és -hőkapacitása miatt válik láthatóvá beton vagy tégla között.) Ugyanezen alapulva egymástól eltérő tulajdonságú építési anyagok (átépítések, toldások, ráépítések, befalazások) is láthatóvá tehetők, vagy akár falvastagságok meghatározhatók (pl. kéményfalazás felméréséhez).

Rejtett konstrukciós elemek (forrás: Infratec)

Bal oldali kép: fagerendák feltérképezése vakolat alatt
(fa és falazat hővezetés-képességének
eltérése alapján)
Jobb oldali kép: kéményfalazat kopásának felmérése
(falazat hőszigetelő képességének
falvastagságfüggése alapján)

Fűtési csövek és melegvíz-vezetékek elhelyezkedésének felderítése

Lehetőség van arra, hogy termográfiai eszközökkel fűtési csövek és melegvíz-vezetékek elhelyezkedését derítésük föl. Ezek a vizsgálatok feltétlenül a felfűtési fázisban végzendők el, még mielőtt beáll a felület homogén hőmérsékleteloszlása. Ezzel a módszerrel utólagosan – roncsolásmentesen – ellenőrizhető a fűtőcsövek elhelyezkedése, sűrűsége, (pl. padlófűtésnél, falfűtésnél), valamint a csövek hossza és tömítettsége, ill. a fűtőtestek és csövek légtelenítése.

Fütési rendszerek felmérés (forrás: Infratec)

Bal oldali kép: Padlófűtéscső elhelyezkedése
(a forró hely nem kifolyás, hanem elosztó !)
Jobb oldali kép: tökéletesen légtelenített fűtőtest

Kapilláris nedvesség, páralecsapódás ill. beázások megtalálása

A termográfiai vizsgálat során felfedezhető a nedvesség által okozott párolgási hőelvonás miatt fellépő hőmérséklet-csökkenés. Ez természetesen különösen jó termikus felbontású hőkamerát feltételez. Ezzel a módszerrel megtalálhatók pl. tetőbekötések, eresz- vagy szennyvízvezetékek tömítetlensége miatt bekövetkező beázások, ill. a földből feláramló vagy beszivárgó nedvesség. Szintén felderíthető ezzel a módszerrel az építési anyagokban összegyülemlett – páralecsapódásból eredő – nedvesség.

Nedvesség kimutatása (forrás: PIM / Infratec)

Bal oldali kép: Gipszkarton-burkolat mögött­
összegyűlt nedvesség (ok: páralecsapódás)
Jobb oldali kép: átnedvesedett könnyűszerkezetes fal
(ok: kapillárison felszívódott nedvesség a betonaljzatból)
Szivárgások, tömítetlenségek megtalálása

A termográfiai szivárgás-keresés a hővezetés fizikai törvényszerűségein alapszik. Amennyiben a csőrendszerben áramló közeg (többnyire víz) hőmérséklete magasabb, mint a környezeté (fűtési vagy melegvíz csövek, padlófűtés …) akkor hővezetés lép föl a környező anyagokon keresztül a külső (megfigyelhető) felületig. Így a vezeték elhelyezkedése mellett a kilépő folyadék által a környező anyagban okozott hőmérséklet emelkedés is láthatóvá válik a termográfiai eszközök használatával.

Minden esetben érvényes, hogy tömítetlenségeket csak akkor lehet termográfiai eszközökkel felfedezni, ha a szivárgás helyén létrejön egy olyan hőmérséklet-különbség, mely hővezetés révén a megfigyelhető felületen is érzékelhető. Kis elfolyások érzékelése érdekében ezért (a maximális hőfok alkalmazása mellett) nyomásfokozó eszközökkel kell növelni a kilépő közeg mennyiségét. Hidegvíz vezetékek szivárgásait csak akkor lehet megtalálni, ha forró vizet lehet rájuk csatlakoztatni.

Mivel a kilépő közeg természetesen a körülvevő anyagon belül “elfolyik” és esetlegesen meglévő üregekben gyűlik össze, természetesen ott alakul ki a legnagyobb hőemelkedés, ahol a közeg nagyobb mennyiségben képes megmaradni és a hőkapacitásának megfelelő hőmennyiséget átadni a környező anyagnak. Ebből kifolyólag nem mindig ott látszik a legnagyobb hőhatás, ahol a szivárgás helye van, hanem ott, ahol a kilépő közeg összegyűlik.

Nehezíti a szivárgások megtalálását továbbá, ha a hőkamerával látható (tehát mérhető) felület fényes (tükröződő, polírozott, mázas), ugyanis a felület hősugárzás-tükröződő tulajdonsága (alacsony emissziós tényezője) révén a detektálandó kis hőkülönbségek nemigen észlelhetők. Egy egészen más jellegű probléma adódik, ha a szivárgó csövek több rétegű takarószerkezetek (pl. hőszigetelés mögött) vannak elrejtőzve. Ilyenkor a hőszigetelés megléte lehetetlenné teszi a szivárgás helyének felismerését, kivéve, ha a kilépő közeg a szigetelésen is átfolyik a mérendő felület felé.

Szivárgás-keresés (forrás: Infratec)

Bal oldali kép: falfűtés szivárgás (1-es jelölésnél)
(a fűtési csövek elhelyezésének
ismerete nélkül viszont nem dönthető el,
hol van a szivárgás – 1, 2 vagy 3 alatt)
  Jobb oldali kép: melegvíz csővezeték szivárgása
(egyértelműen nem dönthető el a
szivárgás helye – 1, 2 vagy 3 alatt)

 

Rahne Eric  (PIM Kft.)
pim-kft.hu
gepszakerto.hu

 

Kapcsolatfelvétel

A publikáció tartalmát szerzői jogok védik, ennek (akár csak részben történő) felhasználása, elektronikus vagy nyomtatott tovább-publikálása csak a forrás és a szerző nevének feltüntetése mellett, valamint a szerző előzetes írásos engedélyének megléte esetén megengedett. A szerzői jogok (Copyright) megsértése jogi következményekkel jár.