Elmélete és kiértékelési módszerei
A hőképfelvételek készítése, azaz a termográfia - vagy szakmailag kevésbé helyesen termovízió - rendkívül sokoldalú mérési eljárás, a modern hőkamerák kezelése pedig összehasonlítható az elterjedt digitális videokamerákéval. De ez az egyszerűség ne tévesszen meg senkit: a korrekt (mérési szempontból helyes) hőképfelvételek készítéséhez szakmai (elméleti) tudás, tapasztalat és ezen túl megfelelő mérés-előkészítés is szükséges. (Különben csupán „szép színes” - de kiértékelhetetlen, téves következtetésekhez vezető - képek keletkeznének.)
Szomorú tapasztalat, hogy a hőkamerák forgalmazói és a hőképfelvételeket készítő szolgáltatók is nemritkán súlyos szakmai hibákat vétenek a hőképek előállításával kapcsolatosan. A következőkben megismételjük ezért a legfontosabb elméleti és gyakorlati termográfiai törvényszerűségek bemutatását, hogy a felvételek készítői és a kiértékeléseket felhasználók egyaránt jobban kihasználhassák a hőképek által nyújtott információkat!
Elméleti bevezető
Az infravörös hőmérsékletmérés alapja Az infravörös sugárzáson alapuló hőmérsékletmérés, vagyis a termográfia azt a fizikai jelenséget használja fel, hogy az abszolút nulla K hőmérséklet (-273,15 °C) felett a testek elektromágneses hullámokat bocsátanak ki, így például rádióhullámokat, fényt, illetve hő(sugárzás)t. Az infravörös sugárzás az elektromágneses spektrumban 760 nm és az 1 mm hullámhossztartományban található. A hőmérsékletmérés technikai szempontjából a 20 µm-ig terjedő tartománynak van jelentősége. Ez a következő részekre tagolható:
| Hullámhossz | Infravörös résztartomány |
| 0,8 µm ... 2 µm | rövidhullámú infravörös |
| 2 µm ... 6 µm | középhullámú infravörös |
| 6 µm ... 20 µm | hosszúhullámú infravörös |
A hőmérséklet mérése a mérendő test által kibocsátott elektromágneses hullámok (infravörös sugárzás) alapján történik. Ahhoz, hogy a hőmérsékletre következtetni lehessen, a testhőmérséklet és a leadott sugárzás közötti összefüggést kell szemügyre venni. Ezt az összefüggést az ideális sugárzó (fekete test) által kibocsátott sugárzás spektrális eloszlását leíró Planck-féle sugárzási törvény adja meg, aminek lényege - röviden összefoglalva - a következő: minél melegebb egy test, annál több sugárzást bocsájt ki és annál rövidebb a legerősebben kisugárzott sugárzás hullámhossza. Figyelemre méltó még, hogy a hosszú hullámhosszak mindig megtalálhatók (a hőmérséklet növekedésével erősödnek föl), a rövid hullámhosszak pedig csak forró testek esetén kerülnek kibocsájtásra.
Eme összefüggés illusztrációjaként egy-két gyakorlati anyag sugárzási maximumát mutatjuk be:
| Sugárzó test | Hőmérséklet | Sugárzási maximum |
| Mélyhűtött élelem | -18 °C | 11.4 µm |
| Bőr | 32 °C | 9.5 µm |
| Forrásban lévő víz | 100 °C | 7.8 µm |
| Sötétvörösen izzó vas | 600 °C | 3.3 µm |
| Fehéren izzó vas | 1200 °C | 2.0 µm |
Táblázat: gyakorlatban előforduló anyagok sugárzási maximumai
Az érintésmentes hőmérsékletmérés gyakorlati problémái
A mérendő objektumok tulajdonságai - hőkibocsájtás és visszaverődés Az úgynevezett fekete test az ideális fizikai sugárzó modellje, amely 100 százalékosan kibocsátja azt a hősugárzást, ami a hőmérséklete alapján a Planck-féle sugárzási törvény szerint várható. A valódi testek sugárzási képessége viszont többé-kevésbé elmarad a feketetest-modelltől. Egy test infravörössugár-kibocsátási képességét - összehasonlítva a fekete testével - az emissziós tényező (ε) írja le, mely függ elsősorban az anyagtól (jobban a felületétől), a felület érdességétől, valamint a hullámhossztól (tehát a test hőmérsékletétől). Fontos tudni, hogy az emissziós tényező téves figyelembevétele a leggyakoribb és a hiba nagyságát tekintve a termográfiai mérés eredményét a legjelentősebben befolyásoló hibaok. Ugyanis minél jobban eltér egy test emissziós tényezője az ideális 1 értéktől (tehát minél kisebb emissziós képességű), annál inkább erősödik a reflexiós (sugárzás-visszaverődési) tulajdonsága. Tehát a mérőműszer a test hőmérsékletével arányosan kibocsátott hősugárzás mellett (a legrosszabb esetben akár helyett) a környezetből származó, a mérőtárgy felületén reflektált hősugárzást is méri. E hiba csökkentése érdekében az emissziós értéket minél pontosabban kell megadni és a környezeti hőmérsékletet is figyelembe venni a tárgyhőmérséklet meghatározása során. Az átviteli szakasz hatása a mérési eredményre - átviteli veszteség Mivel a termográfia alapját képező infravörös sugárzásnak valamilyen közegen keresztül kell áthaladnia (a mérendő tárgytól a mérőberendezésig), a közeg infravörös-tartományú viselkedése (karakterisztikája) természetesen befolyásolja a mérést. A legtöbb esetben a közeg levegő, de más - az infravörös hullámokat átengedő - anyagok (például különleges mérőablakok) is előfordulnak.
 |
| Ábra: a levegő spektrális átviteli tényezője [forrás: Infratec] |
A fenti ábrán látható, hogy a levegő átviteli tulajdonsága nagymértékben függ a hullámhossztól. A jó átviteli képességű (satírozott) tartományokat atmoszférikus ablaknak szokás nevezni. Amíg az átviteli tényező a 8...14 μm tartományban - a hosszúhullámú atmoszferikus ablakban - szinte tökéletes átvitelt biztosít akár nagy távolságokra is, a 3...5 μm tartományban - a középhullámú atmoszferikus ablakban – az atmoszféra mérhető veszteségeket okoz már néhányszor tízméteres távolságok esetén is.
Hősugárzás átbocsátása a tárgy hátteréből Ez a hiba akkor jelentkezik, ha a tárgy részben áttetsző, természetesen az infravörös sugárzás szempontjából. Ilyen esetekben a tárgy hátterét éppúgy figyelembe kell venni, mint az előterét a hősugárzás visszaverődésénél. Ez különösen akkor okozhat gondot, ha közvetlenül a mérendő tárgy mögött erős hősugárzók (például technológiailag szükséges melegítőberendezések) találhatók. Épületek és épületgépészeti termográfia mérési feltételei Ha átgondoljuk az elméleti bevezető során taglaltakat, már tudjuk, hogy a mérni kívánt alacsony hőmérsékletek miatt hosszúhullámú hőkamerát kell választanunk. Ez pedig jó is nekünk, mivel a hosszúhullámú atmoszferikus ablak kedvező átviteli tulajdonsága miatt akár száz méterről is szinte „veszteségmentesen” érzékelhetjük a hősugárzást. Továbbá kedvező tény, hogy a tipikus építési anyagok (az ablaküveg és a fényes fémburkolatok kivételével !) viszonylag magas emissziós tényezővel bírnak, s mivel a mérendő tárgyak hőmérséklete tipikusan csak kis mértékben tér el a környezeti hőmérséklettől, a reflexió hatásától csak kis mértékben kell tartanunk. (Egészen más a helyzet pl. az üvegfelületekkel vagy a vadonatúj alumínium-burkolatú hőszigetelések esetén! Ezek ilyen állapotban egyszerűen nem mérhetők!)
Az épület-termográfia különlegességei
Az épület-termográfia elsődleges célja az épületek hőszigetelésének objektív és teljeskörű állapotfelmérése. De soha ne felejtsük el, hogy a termográfiai mérés a felületek hőmérsékletének pillanatfelvételét szolgálja, amelyet a legkülönbözőbb mérési körülmények befolyásolnak. Épületekkel kapcsolatosan a következő termográfiai eljárásokat különböztetjük meg egymástól: Kvantitatív (mennyiségi, számszerű) termográfiai vizsgálatok: A kvantitatív épület-termográfia célja az épület teljes, felületi hőeloszlásának értékelése és a hővezetési együttható meghatározása (pl. hőveszteség vagy fűtési energiaszükséglet számítása). Mivel ez csak igen korrekt (abszolút pontosságú) hőmérsékletadatok alapján számítható ki, a hőkamerával végzett adatgyűjtéssel kapcsolatosan nagyon szigorú feltételeket kell teljesíteni. Az eljárásra jellemző:
Kvalitatív (minőségi, általános) termográfiai vizsgálatok:
A kvalitatív hőkamerás épületvizsgálat célja az épület hőhídjainak és hőszigetelési „hibái“-nak (minőségi eltérések) keresése és dokumentálása. A legtöbb probléma kellően nagy hőmérséklet-felbontóképességű hőkamerával megjeleníthető hőkülönbségek alapján felderíthető, az abszolút (számszerűen pontos) hőmérsékletadatoknak ilyenkor csak kisebb szerepük van. Az eljárás jellemzői:
Mind a kvantitatív, mind a kvalitatív termográfiai épületvizsgálatok során bel- és kültéri vizsgálatokat egyaránt érdemes elvégezni. Sőt, a kvantitatív vizsgálatok esetén gyakorlatilag „kötelező” a beltéri mérések elvégzése, mivel csak így számítható ki az egyes felületek hőáramlási tulajdonsága. A következő táblázat áttekintést nyújt a bel- és kültéri mérések során figyelembe veendő mérési feltételekről, valamint a mérések kivitelezése közötti különbségekről (nehézségekről).
Általánosan javasolt mérési körülmények és feltételek
Ahhoz, hogy a hőkamerával ne csak szép színes képeket készítsünk a bevizsgálandó épületről, hanem építész, energetikus, statikus és maga az üzemeltető által kiértékelhető - helyes következtetéseket megengedő - HŐKÉPEK készüljenek, a következőkben felsorolt MINIMUM-feltételeknek kell feltétlenül teljesülniük:
 |
| Ábra: ipari csarnok állapotfelmérése - légtömörségi hibák és párakondenzáció [forrás: PIM] |
Speciális alkalmazás: szivárgások keresése termográfiával
A termográfiai szivárgás-keresés a hővezetés fizikai törvényszerűségein alapszik. Amennyiben a csőrendszerben áramló közeg (többnyire víz) hőmérséklete magasabb, mint a környezetéé (fűtési vagy melegvíz csövek, padlófűtés ...) akkor hővezetés lép föl a környező anyagokon keresztül a külső (megfigyelhető) felületig. Így a felfűtés során először a vezeték elhelyezkedése válik láthatóvá a termográfiai eszközök használatával. A szivárgás helyén kilép a meleg folyadék, így ez szétfolyhat a vezeték mentén és a környező anyag rétegei között oldalirányban és lefelé. A meleg folyadékról is indul most hővezetés minden irányban, így a látható felület felé is. Kellőképpen érzékeny termográfiai eszközökkel megállapítható, hogy a felületen látható hőeloszlás eltér a sérülésmentes vezeték „normális“ hőeloszlásához képest. Minden esetben érvényes, hogy csak akkor lehet termográfiai eszközökkel felfedezni tömítetlenségeket, ha a szivárgás helyén létezik vagy létrehozható egy olyan hőmérséklet-különbség, mely hővezetés révén a hőkamerával megfigyelhető felületén is érzékelhető. A feltételezett szivárgási helyeken lehetőleg több megfigyelési szögből is megismétlendő a termográfiai felvétel, hogy a reflexiókat biztonságosan ki lehessen zárni. A hőkamerarendszerrel szemben támasztott követelmények:
 |
| Ábra: a szivárgáskeresés elmélete [forrás: PIM] |
Épület-termográfiai mérések értékelése speciális szoftverekkel
A cikkünk eddigi részeiben elsősorban az épületek kvalitatív termográfiai vizsgálatával foglalkoztunk. A következőkben viszont egy olyan speciális épület-termográfiai hőkép-kiértékelő szoftvert kívánunk bemutatni, ami a kvalitatív vizsgálatot és a kvantitatív kiértékelést egyaránt képes támogatni. Nyilván, minden kiértékelés elsődleges feltétele, hogy a hőképek a már említett mérési feltételek betartása mellett legyenek elkészítve, valamint a kiértékelés szempontjából fontos környezeti paraméterek is kerüljenek rögzítésre. Természetesen e mellett szükséges az épület anyagszerkezetének (pl. felhasznált anyagok, rétegvastagságok, valamint a fűtés, szellőztetés, klimatizálás elemei) pontos ismerete is.
 |
| Kép: FORNAX kiértékelő szoftver „munka közben” [forrás: Infratec] |
Geometriai képkorrekció
Akármennyire jól körüljárhatók az épületek, a felvételek (mint a hagyományos fényképezés esetén is) bizonyos paralaxis-hibával, torzítással ill. perspektivikus hibával rendelkeznek. A kiértékelésekhez pedig többnyire ortogonális képanyagra van szükségünk. A FORNAX szoftver ezt a korrekciót egy-két gombnyomással elvégzi helyettünk.
 |
| Kép: Hőkép képgeometriai korrekció előtt és után [forrás: Infratec] |
Hőmérséklet-statisztika
Akár a legdurvább hőhidas problémák súlyosságának felméréséhez (tehát a ”Megéri vele foglalkozni?” kérdésre adandó válasz), akár a szerkezetben fellépő hőfeszültségek felméréséhez a hőmérséklet-statisztika nyújt segítséget.
 |
| Kép: Hőmérséklet-statisztikai kiértékelés [forrás: Infratec] |
Páralecsapódás, penészesedés
Miután tudjuk, hogy egy adott levegő-hőmérséklet és páratartalom mellett milyen hőmérsékletű tárgyakon (falakon) történik a páralecsapódás (a harmatpont elérése miatt) a lent felsorolt környezeti paraméterek ismeretében a belső hőképfelvétel alapján meghatározható, hogy hol várható páralecsapódás, penészesedés.
 |
| Kép: Páralecsapódás, penészesedés veszélyének jelölése a hőképen [forrás: Infratec] |
A kiértékeléshez feltétlenül szükséges paraméterek:
Falszerkezet átnedvesedése
A falszerkezet felépítésének ismerete függvényében nemcsak a páralecsapódás (és a penészesedés) veszélye mutatható ki, hanem az is kalkulálható, mennyi idő alatt (a helyiség jelenlegi használatának fenntartása mellett) nedvesedik át az építési anyag ill. a hőszigetelés. (Ez természetesen annak hőszigetelő tulajdonságának teljes elvesztéséhez vezetne, tehát mindenképpen leállítandó folyamat!) A kiértékeléshez szükséges a klimatikai viszonyoknak, a vizsgált helyiség használatának, valamint a falszerkezet rétegszerkezetének pontos ismerete.
 |
| Kép: Falszerkezet átnedvesedésének előrejelzése a hőképen [forrás: Infratec] |
Fagykárosodás veszélye
Mindazok az építési elemek ki vannak téve a fagykárnak, amelyekben valamilyen okból kifolyólag nedvesség gyűlt össze és a hőmérsékletük a fagypont alá esik. A klimatikai viszonyok ismeretében a program képes négy kategória szerint elemezni a fagykár-veszély előfordulását: fagykár-veszély csak nagyon hideg télben fagykár-veszély hideg télben fagykár-veszély ősszel és télen nincs fagykár-veszély
 |
| Kép: Falszerkezet fagykár-veszélyének jelzése a hőképen [forrás: Infratec] |
Hőáramlás számszerű meghatározása
A kvantitatív épület-termográfiai technológia legfontosabb kiértékelése a hőáramlás számszerű meghatározása. A program abból indul ki (nagyon leegyszerűsítve), hogy a lesugárzott hőmennyiség arányban áll a hőáramlás révén belülről kívülre „szállított” hőmennyiséggel. De ne feledkezzünk meg arról sem, hogy ehhez nagyon szigorú mérési feltételek betartása mellett rögzített hőképekre van szükség ! (Másként teljesen téves adatokat kapunk!)
 |
| Kép: Hőáramlás számszerű meghatározása hőkép alapján [forrás: Infratec] |
Az „U”-tényező (hőveszteségi tényező) számszerű meghatározása
A hőáramlás ismeretében meghatározható az ún. „U”-tényező (a hőveszteségi tényező) is. Természetesen ehhez a bel- és kültéri hőmérséklet is megadandó.
 |
| Kép: Az „U”-tényező (a hőveszteségi tényező) számszerű meghatározása [forrás: Infratec] |
A fűtési költségek számszerű meghatározása
Már nem nagy lépés a hőveszteségi tényezőtől a fűtési költségek számításáig eljutni. A hőveszteségi tényező alapján ugyanis meghatározható, mennyi energia szükséges az épület fűtésére (adott klimatikai viszonyok között, a megkívánt belső hőmérséklet és a szellőztetési szokások figyelembevétele mellett). Ha a különböző fűtési technológiák és fűtésanyagok energiaarányos költségei ismeretesek, „egyszerű” szorzással meghatározható a fűtési költségek várható éves összege.
Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, gepszakerto.hu
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.
Copyright © PIM Professzionális Ipari Méréstechnika Kft.
2026 | Minden jog fenntartva
Impresszum | Adatkezelés