HKL 2009.5. Épületenergetikai felmérések termográfiai eszközökkel II.
Eric Rahne, okl. villamosmérnök, igazságügyi szakértő (PIM Kft.)
Az épületek energetikailag egyik legfontosabb eleme a külső „burkolatuk” – a falak, a nyílászárók és a tető. Lényeges, hogy ezek az elemek minél jobb hőszigetelő képességgel (minél kisebb hővezető-képességgel és minél kisebb hősugárzási képességgel) rendelkezzenek. Vizsgálható még a fugák és csatlakozások kivitele, az épületelemek által okozott szerkezeti hőhidak, valamint az épületgépészeti vagy villamos szerelésből származó „sérülések“ a külső falakban. Manapság, amikor az építészet és az épületgépészet egyre közelebb kerül egymáshoz (passzívház!), fontos téma ez.
Általánosan javasolt mérési körülmények és feltételek
Ahhoz, hogy a hőkamerával ne csak szép színes képeket készítsünk a bevizsgálandó épületről, hanem építész, energetikus, statikus és üzemeltető által kiértékelhető – helyes következtetéseket megengedő – hőképek készüljenek, a következőkben felsorolt minimumfeltételeknek kell teljesülniük:
• A külső felvételek a kora reggeli vagy késő esti órákban (napsütéstől mentes napszakban) készüljenek, száraz időjárásban, szélcsendben (legfeljebb gyenge szél, <2 m/s szélerősség).
• A kül- és beltéri hőmérséklet közötti különbség legalább 15-20 K legyen.
• A beltér egyenletesen legyen felfűtve (belső ajtók nyitva), szigorúan zárt külső nyílászárók mellett.
• A fűtés automatikus éjjeli üzemmódja (ha van) ki legyen kapcsolva (tehát a teljes fűtés üzemeljen).
A fentiekből következik, hogy az épület-termográfia csak a fűtési szezonban, megfelelően hideg (5°C alatti) időjárás esetén kivitelezhető.
A hőkamera-rendszerrel szemben támasztott követelmények összefoglalása
A megfelelő minőségű, kiértékelhető hőképek készítésekor magával a hőkamerával szemben is igen komoly elvárások vannak, amelyek betartása nélkül csak felismerhetetlen, hibahelyeket kimutatni nem képes hőképeket kapunk. A hőkamerának minimálisan teljesítenie kell következő felsorolás első hat pontját:
• nagy termikus felbontás (–0,08 K vagy jobb),
• minél több képpont (minimum 320×240 pixel),
• alacsony zajszint, jó jel-zaj viszony (a –40 °C-tól kalibrált kamerák teljesítik ezt),
• hőmérséklettartomány –20 °C-tól +100 °C-ig (jobb, ha –40 °C-tól),
• üzemi hőmérséklet tartománya –10 °C-tól (jobb, ha –20 °C-tól),
• nagy geometriai felbontás (1,5 mrad vagy jobb),
• bizonyos mérésekhez teleobjektív
• könnyű kezelhetőség (például automatikus fókusz),
• nagy tárolási képesség (lehetőleg minimum 200 hőkép),
• sokoldalú kiértékelő és dokumentáló PC-szoftver
Mivel az emissziós tényező sajnos függ a látószögtől is, figyelembe kell vennünk, hogy minél jobban eltér a látószög a derékszögtől, annál inkább növekvő reflexió figyelhető meg. Leginkább ívelt felületű tárgyak 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 -273°C) egyre erősebben tükröződik a ház külső felületén, hiába körülbelül 95%-os a szilikátalapú építőanyagokból álló falfelületek emissziós tényezője.
A geometriai felbontáson túl a hőkamerával elérhető képminőséget – ill. pontosabban a mérés részletességét – a hőkamera képpontjainak száma határozza meg. Míg a digitális fényképezőgépeknél 5, 6, 7 vagy akár több mint 10 Mpixeles (10 millió képpontos) felbontásról beszélünk, mátrixos hőkamerák esetén a képpontok száma tipikusan 320×240 (tehát 76.800 képpont). Vannak kisebb képességű kamerák is – gyakori a 160×120 felbontású típus (csupán 19.200 képponttal)-, melyek ennél fogva csak kisebb felületek elfogadható részletességű megjelenítésére képesek. A következő hőképek látványosan mutatják a képpontok számának hatását a hőkép részletességére.
Tipikus épületkárok és -hibák
Ha betartottuk a keretes részünkben részletezett mérési feltételeket, már csak azt kell megtudnunk, hogy az így kapott mérési eredményeket (grafikusan megjelenítve, tehát a hőképeket) hogyan kell kiértékelni, elemezni. A következőkben ezért a leggyakoribb épületszerkezeti és épületgépészeti hibák megjelenését, felismerhetőségét tárgyaljuk külön-külön.
Hőhidak, hőszigetelési hiányosságok
A hőhidakat viszonylag egyszerű felismerni: ott, ahol egy kültéri felvételen – többnyire jól körbehatárolhatóan – a legmagasabb hőmérséklet tapasztalható (és nincs lokális külső hőforrás vagy tükröződés), hőhíd (vagy repedés) található. A beltéri felvételeken a leghidegebb helyek utalnak a legtöbb esetben hőhidakra. Ugyanolyan könnyen megállapítható (egyforma külső, illetve belső bevonat esetén), hogy melyik épületelem bír jobb vagy rosszabb hőszigetelő tulajdonságokkal. Nézzük, mi minden vizsgálható meg:
• felújítási szükségletek felmérése régi épületeken (például ablakok állapota, falak hőszigetelése, fugák és csatlakozások kivitele);
• külső hőszigetelések kivitelezésének ellenőrzése új és felújított épületek esetén, valamint utólagos épületrészek, erkélyek stb. falbekötéseinél;
• szerkezeti hőhidak jelentkezése áthidalók (például vasgerendák) miatt;
• fugák állapota (különösen a házgyári panelépületek esetén érdekes);
• épületgépészeti szerelésből származó “rések” a külső falakban.
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 (hőkapacitás-különbségek 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 hővezető-képessége 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).
(fa és falazat hővezetés-képességének eltérése alapján)
(falazat hőszigetelő képességének falvastagság-függése alapján)
Lehetőség van arra is, hogy termográfiai eszközökkel fűtési csövek és melegvíz-vezetékek elhelyezkedését derítsük fel. E vizsgálatokat feltétlenül a felfűtési fázisban kell elvégezni a termográfiai vizsgálatot, még mielőtt beáll a felület homogén hőmérséklet-eloszlása. Ezzel a módszerrel utólagosan – roncsolásmentesen – ellenőrizhető a fűtés fektetése (elhelyezése), a fektetés csősűrűsége (például padlófűtésnél, falfűtésnél), valamint a csövek hossza és tömítettsége, fűtőtestek és csövek légtelensége.
Páralecsapódás
Az épületben lévő levegő mindig tartalmaz bizonyos mennyiségű nedvességet gőz formájában. A levegő nedvességmegkötési képessége a hőmérsékletétől függ. Harmatpontnak nevezzük azt a hőmérsékletet, amely alatt a levegőben lévő pára kondenzvízként lecsapódik az ilyen hőmérsékletű felületen. Ez természetesen a fal belsejében is megtörténhet, hiszen egyrészt a fal maga levegő-, illetve páraáteresztő képességgel bír, másrészt a külső és belső hőmérséklet gradiense pont a falban lépheti át a harmatponthoz tartozó hőmérsékletet.
A páralecsapódási károk lehetséges okai:
• hiányos hőszigetelés (elsősorban a szoba sarkain vagy áthidalóknál, betonkoszorúknál vehető észre);
• az épület rossz üzemeltetése (nem megfelelő fűtés vagy szellőztetés).
Miután tudjuk, hogy egy adott levegő-hőmérséklet és -páratartalom mellett milyen hőmérsékletű tárgyakon (falakon) történik a páralecsapódás a harmatpont elérése következtében, az alább felsorolt környezeti paraméterek ismeretében a belső hőképfelvétel alapján meghatározható, hogy hol várható páralecsapódás, penészesedés. Sőt, a falszerkezet felépítésének függvényében nemcsak a páralecsapódás (és a penészesedés) veszélye mutatható ki, hanem az is kalkulálható, hogy – a helyiség jelenlegi használatának fenntartása mellett – mennyi idő alatt nedvesedik át az építési anyag, illetve a hőszigetelés. (Az átnedvesedés természetesen a hőszigetelő tulajdonság szinte teljes elvesztéséhez vezetne, tehát mindenképpen leállítandó folyamat.)
A kiértékeléshez feltétlenül szükséges paraméterek:
• belső és külső levegő-hőmérséklet és relatív páratartalom a mérés időpontjában
• szellőztetés és helységhasználat a mérés időpontjában
• megvizsgált helyiség tipikus használata (nappali, iroda, hálószoba, raktár stb.)
• klimatikai adatok (pl. leghidegebb téli hőmérséklet, legnagyobb relatív páratartalom)
• megvizsgált helyiség térfogata, szellőztetés sebessége, nedvességterhelése (pl. emberi légzéstől)
Kapilláris nedvesség, illetve beázások
A termográfiai vizsgálat során felfedezhető az elpárolgó nedvesség (a szükséges elpárolgási hőmennyiség) által okozott hőelvonás miatt fellépő hőmérséklet-csökkenés. Az ilyen vizsgálat természetesen különösen jó termikus felbontású hőkamerát feltételez. E módszerrel megtalálhatók a következő jelenségek:
• földből feláramló vagy beszivárgó (kapilláris) nedvesség;
• tetőbekötések vagy ereszvezetékek tömítetlensége miatt bekövetkező beázások;
• szennyvízvezetékek tömítetlensége miatti beázások.
(átszivárgás a földből) [forrás: Infratec]
Szivárgások, tömítetlenségek keresése
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 hőmérsékletkülönbség, 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 szivargó 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.
Kvantitatív módszerek
A kvantitatív épület-termográfiai technológia legfontosabb kiértékelése a hőáramlás, majd ennek alapján a hőveszteség számszerű meghatározása. Az ezt végző program – nagyon leegyszerűsítve – abból indul ki, hogy a külső fal felületi hőmérséklete arányban áll a hőáramlás révén belülről kívülre szállított hőmennyiséggel. De ne feledkezzünk meg arról, hogy ehhez nagyon szigorú mérési feltételek betartása mellett rögzített hőképekre van szükség, másként teljesen téves adatokat kapunk. A hőáramlás ismeretében meghatározható az úgynevezett U tényező, vagyis a hőveszteségi tényező számszerű értéke is. Természetesen ehhez meg kell adni a bel- és kültéri hőmérsékletet.
Fűtési költségek számszerűsítése
A hőveszteségi tényezőtől már nem nagy lépés eljutni a fűtési költségek számításáig. A hőveszteségi tényező alapján ugyanis meghatározható, mennyi energia szükséges az épület fűtésére (adott klimatikai viszonyok között, a megkívánt belső hőmérséklet és a szellőztetési szokások figyelembevételével). Ha a különböző fűtési technológiák és fűtésanyagok energiaarányos költségei ismeretesek, egyszerű szorzással meghatározható a fűtési költségek várható éves összege.
Légszigetelési vizsgálatok
Az energiamegtakarítás egyik fontos eleme az ingatlan légcseremennyiségének minimalizálása (de nem teljes megszüntetése, mert akkor biztosan páralecsapódás lépne föl). A cél érdekében törekednek minél jobban záródó nyílászárók beépítésére. Gyakran viszont nem is a tömítetlen nyílászárók okozzák a legnagyobb légmozgást, hanem a hiányos vagy teljesen hiányzó párazáró fóliák, a rossz falbekötések, a hibás tetőtéri tömítések stb. felelősek a huzatért.
Annak vizsgálata, hogy mely helyeken áramlik (be vagy ki) a levegő, általában a BlowerDoor módszerrel történik: a külső térbe fújó ventilátorral 50 Pa-lal csökkentik a belső légnyomást a külsőhöz képest, így kívülről beáramlik a levegő a tömítetlen helyeken. Minél gyorsabban áramlik be a levegő, annál erősebb a légcsere, és annál több energia kell a belső hőmérséklet fenntartásához (mivel folyton utána kell melegíteni vagy hűteni a beáramló levegőt). Az eljárás önmagában télen-nyáron alkalmazható: nyáron anemométeres légsebességmérőkkel és ködfejlesztőkkel, télen akár termográfiai eszközökkel kombinálva. A téli időjárásban ugyanis kihasználható, hogy a hideg külső levegővel lehűtött épületelemek termográfiai eszközökkel jól detektálhatók.
A légáramlás vizsgálatával a következőket lehet felderíteni:
• hibás ablakkeret-falbekötés, illetve rossz tömítésű vagy deformálódott nyílászárók;
• hiányos tömítésű redőnyök, illetve szerelési fedőik;
• rossz szigetelésű búvónyílások levegőztetett tetőtereknél;
• szerelési kivágások gipszkartonfalakban (villamos szerelés stb.),
• tetőtér és alapfal, valamint könnyű építésű és hagyományos épületrészek közötti átmenetek hibái;
• hiányos tetőtéri pára- és levegőzáró fóliák.
A BlowerDoor technológia – megfelelő műszerekkel kiegészítve – további vizsgálatokra is alkalmas:
• szintenkénti és zónánkénti légcsereadatok meghatározása (sokcsatornás nyomásméréssel);
• szellőztetőrendszerek működésének és hatékonyságának vizsgálata (nyomáskülönbség-méréssel);
• elszívórendszerek és kémények működésének ellenőrzése (nyomáskülönbség- és légsebességméréssel);
• égéstermékek visszaáramlásának felderítése (szén-dioxid-, illetve szén-monoxid-érzékelővel).
Rahne Eric (PIM Kft.)
pim-kft.hu
termokamera.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.
