Εφαρμοσμένη Θερμογραφία στη

Transcript

1 Το υλικό της παρουσίασης αυτής προέρχεται από το αρχείο (i) της IRISTEM Engineering (ii) της INFRAEC GmbH, (iii) του Dr.-Ing. Georg Dittié. Τα σχετικά αρχεία παραμένουν στην αρχική τους ιδιοκτησία Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος Εφαρμοσμένη Θερμογραφία στη Διαχείριση Κτιρίων Εισηγητής: Αχιλλέας Χ. Χριστοδουλίδης Διπλ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός Διεύθυνση Μηχανικής & Πωλήσεων IE

2 Θέματα Φυσικές Αρχές Θερμογραφίας Νόμοι της ακτινοβολίας Η αρχή της Υπέρυθρης Ραδιομετρίας Ειδικά χαρακτηριστικά σωμάτων & μετρήσεων Εφαρμοσμένη Θερμογραφία στη Διαχείριση Κτιρίων Συμβουλευτική στην Εξοικονόμηση Ενέργειας Συμβουλευτική Σφαλμάτων & Επιθεώρηση Η/Μ εγκαταστάσεων Λογισμικό & σημαντικές παραμέτροι θερμογραφικών συστημάτων IRBIS MOSAIC & FORNAX Ανάλυση & Γεωμετρική Διακριτικότητα θερμογραφικών συστημάτων

3 Φυσικές Αρχές θερμογραφίας Sir Frederick William Herschel Ανακάλυψε τις υπέρυθρες το 1800

4 Τρόποι μετάδοσης θερμότητας Με αγωγιμότητα Με ρεύμα (αερίου) Με ακτινοβολία Στο εσωτερικό και ανάμεσα σε στερεά σώματα θερμοζεύγος Στο εσωτερικό αερίου και ανάμεσα σε αέρια ή από αέριο (α) σε στερεό σώμα δεν απαιτείται ύπαρξη μέσου διαδίδεται δίδ και στο κενό Τρόπος μέτρησης θερμογραφικού συστήματος

5 Αρχή Μετρήσεων Θερμογραφίας Όλα τα σώματα στη φύση με θερμοκρασία υψηλότερη από το απόλυτο μηδέν (0.0 K ή C) εκπέμπουν υπέρυθρη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η μέτρηση της θερμοκρασίας των σωμάτων μπορεί να γίνει χωρίς άμεση επαφή Η διαδικασία δημιουργεί εικόνα

6 Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα Ζώνες μήκους κύματος υπερύθρων

7 Νόμος της ακτινοβολίας του Πλανκ (Planck)

8 Νόμος της μετατόπισης του Βιν (Wien) Μήκος κύματος μέγιστης ακτινοβολίας, σε σχέση με τη θερμοκρασία σώματος λ max = (2898 / Τ) µm (Τ σε Kέλβιν) Επιφάνεια θερμοκρασία Μέγιστο ακτινοβολίας κατεψυγμένα -18 C 11.4 µm δέρμα 32 C 9.5 µm βραστό νερό 100 C 7.8 µm σίδηρος, κόκκινος 600 C 3.3 µm σίδηρος, λευκός 1,200 C 2.0 µm επιφάνεια ηλίου 6,000 C 0.6 µm

9 Νόμος Στέφαν-Μπόλτσμαν (Stefan-Boltzmann) Συνολική ενέργεια υπέρυθρης ακτινοβολίας σε συνάρτηση με θερμοκρασία M = σ * T 4 σ = 5,67 * 10-8 W*m -2 *K -4

10 Ατμοσφαιρικά Παράθυρα : «ζώνες μήκους κύματος που η υπέρυθρη ακτινοβολία διαδίδεται μέσα στην ατμόσφαιρα» Transmission in atmosphere depends greatly on the wavelength

11 Παράμετροι ακτινοβολίας των σωμάτων Συντελεστής εκπομπής ε ικανότητα σώματος για εκπομπή υπέρυθρης ακτινοβολίας Συντελεστής απορρόφησης a Συντελεστής διάδοσης τ ικανότητα σώματος για απορρόφηση υπέρυθρης ακτινοβολίας ικανότητα σώματος για διάδοση υπέρυθρης ακτινοβολίας Συντελεστής ανάκλασης ρ ικανότητα σώματος για ανάκλαση υπέρυθρης ακτινοβολίας

12 Ορισμός συντελεστή εκπομπής ε ε = Ακτινοβολία που εκπέμπεται από Σώμα θερμοκρασίας T Ακτινοβολία που εκπέμπεται από Μέλαν σώμα θερμοκρασίας T Επηρεάζεται από: Σύσταση του υλικού Επιφανειακό στρώμα του υλικού Τραχύτητα επιφάνειας Γωνία λήψης Οι τιμές του συντελεστή εκπομπής, από πίνακες, δεν είναι πάντα δυνατό να χρησιμοποιηθούν αξιόπιστα!

13 Σύσταση υλικών Φασματικός συντελεστής εκπομπής μη μεταλλικών σωμάτων Σχετικά υψηλός (μεσαίοί και μακρό μήκος) ) Αυξάνεται, με την αύξηση του μήκους κύματος Σχετικά σταθερός συντελεστής, ανεξάρτητα από τη σύσταση της επιφάνειας

14 Σύσταση υλικών Φασματικός συντελεστής εκπομπής μεταλλικών σωμάτων Σχετικά χαμηλός, έως πολύ χαμηλός Μειώνεται, όταν αυξάνει το μήκος κύματος Εξαρτάται ιδιαίτερα από τις ιδιότητες των επιφανειών

15 Βασική εξίσωση θερμογραφικών μετρήσεων Φ M = τ P ( ε Φ ϑ ) + (1 ε ) Φ( ϑ )) + (1 τ ) Φ( ϑ ) ( O U P P

16 Εφαρμοσμένη θερμογραφία στη διαχείριση κτιρίων

17 Εφαρμογές στα Κτίρια Ανίχνευση ενεργειακών διαρροών Μέτρια θερμομόνωση Θερμικές γφρς γέφυρες Εντοπισμός κατασκευαστικών σφαλμάτων Εγκλωβισμένες υγρασίες Καλυμμένες κατασκευές Εντοπισμός σφαλμάτων Η/Μ εγκαταστάσεων ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΚΤΙΡΙΩΝ! Σφάλματα σε ηλεκτρολογικές εγκαταστάσεις Ανίχνευση διαρροών στα υδραυλικά Επιθεώρηση η λειτουργίας συστημάτων κλιματισμού μ

18 Θερμογραφία και εξοικονόμηση ενέργειας Διεθνής ενεργειακή κατάσταση Υπερκατανάλωση ενέργειας - υπερθέρμανση πλανήτη Σταδιακή μείωση αποθεμάτων συμβατικών πηγών ενέργειας Νομοθεσία Πρωτόκολλο Κιότο 1997 Ευρωπαϊκή οδηγία 2002/91/CE Νόμος του 08 «Μέτρα για τη μείωση κατανάλωσης ενέργειας» Σαν αποτέλεσμα της νομοθεσίας Εταιρείες & Ιδιώτες πιέζονται στην κατεύθυνση μείωσης κατανάλωσης

19 Θερμογραφία και εξοικονόμηση ενέργειας Κεντρικά πλεονεκτήματα της Θερμογραφίας ακρίβεια αποτελεσματικότητα ευχρηστία μετρήσεων χωρίς επαφή (non-contact), οι οποίες δημιουργούν εικόνες που υποδεικνύουν τα προβλήματα Προϋποθέσεις! Κατάλληλος εξοπλισμός & λογισμικό Εκπαιδευμένος χρήστης στις (IR) μετρήσεις Επιλογή / Δημιουργία των κατάλληλων θερμικών συνθηκών Συσσώρευση εμπειρίας για τις συγκεκριμένες εφαρμογές

20 Συμβουλευτική στην Εξοικονόμηση Ενέργειας Επιθεωρήσεις Μόνωσης Ποιοτικός Έλεγχος Βελτιώσεων Κτίριο με μέτρια μόνωση Το ίδιο κτίριο μετά από βελτιώσεις στη μόνωση (Απομένουν προβλήματα στο υπόγειο & παράθυρα)

21 Συμβουλευτική στην Εξοικονόμηση Ενέργειας Επιθεωρήσεις Μόνωσης Εσωτερικό Κτιρίων Ι Ψυχρή γωνία & προβληματική μόνωση κάτω από τη στέγη

22 Συμβουλευτική στην Εξοικονόμηση Ενέργειας Επιθεωρήσεις Μόνωσης Εσωτερικό Κτιρίων ΙΙ Παράθυρο με σημαντικές απώλειες ενέργειας

23 Συμβουλευτική στην Εξοικονόμηση Ενέργειας Επιθεωρήσεις Μόνωσης Εσωτερικό Κτιρίων ΙΙΙ Δοκιμή «Υποπίεσης Θύρας» Μετρήσεις με τον χώρο σε υποπίεση Εξώθυρα Μέτρηση m3/hr Εξαερισμός Δημιουργία μικρής υποπίεσης στο εσωτερικό του κτιρίου Ανάδειξη των περιοχών μη στεγανότητας (εισόδου αέρα) στο κτίριο

24 Συμβουλευτική στην Εξοικονόμηση Ενέργειας V Ψυκτικοί Θάλαμοι Η θερμογραφία είναι ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος για το έλεγχο της μόνωσης, επιπέδων θερμοκρασίας και λειτουργικής κατάστασης Ψυκτικών Θαλάμων. Σε θερμά κλίματα, όπως της Ελλάδας, η ηλεκτρική κατανάλωσή τους μπορεί να φθάσει (ή και να ξεπεράσει) ) το 1 MW.

25 Συμβουλευτική Σφαλμάτων Κτιρίων Εντοπισμός Υγρασιών Σύγκριση πρόσφατης υγρασίας (εξαιτίας συνεχούς διαρροής σωλήνα) και παλαιότερης υγρασίας που μερικά έχει «στεγνώσει» και η οποία προκλήθηκε από κάποια βροχόπτωση Η «ηλικία» της υγρασίας μπορεί να καθοριστεί με βάση το σχήμα και την οξύτητα του θύλακα της στο θερμογράφημα

26 Συμβουλευτική Σφαλμάτων Κτιρίων Εντοπισμός Περιοχών Συμπύκνωσης Σε χαμηλές θερμοκρασίες είναι δυνατό η εσωτερική επιφάνεια τοίχου να έχει χαμηλότερη από τη θερμοκρασία συμπύκνωσης της ποσότητας υδρατμών που βρίσκεται στο χώρο Η συμπύκνωση σταδιακά φθείρει & αποσαθρώνει τις κρύες περιοχές Τα όρια της περιοχής συμπύκνωσης & αποσάθρωσης μπορούν να καθοριστούν με μετρήσεις από τη θερμογραφία και με χρήση λογισμικού προσομοίωσης, όπως π.χ. το FORNAX

27 Συμβουλευτική Σφαλμάτων Κτιρίων Επιθεώρηση σωληνώσεων Ανίχνευση διαρροής σε καλυμμένες σωληνώσεις

28 Συμβουλευτική Σφαλμάτων Κτιρίων Επιθεώρηση κλιματιστικών συστημάτων Η θερμογραφία μπορεί να βοηθήσει στην αποτελεσματική δημιουργία εικόνας της λειτουργίας των κλιματιστικών μονάδων Το αριστερό θερμογράφημα δείχνει μονάδα οροφής, με «μερική» λειτουργία, ενώ στο δεξιό φαίνονται τρία τμήματα μ μονάδας, εκτός λειτουργίας.

29 Λογισμικό Θερμογραφίας Κτιρίων IRBIS 3 Mosaic Ι «Σύντηξη» (fusion) των οπτικών εικόνων με ραδιομετρικές πληροφορίες θερμοκρασιών από τα θερμογραφήματα Κλιμάκωση, περιστροφή, επεξεργασία, ανάλυση...

30 Λογισμικό Θερμογραφίας Κτιρίων IRBIS 3 Mosaic ΙΙ Αυτόματη ή/ και χειροκίνητη συνένωση αρκετών θερμογραφημάτων σε ενιαίο, το οποίο στη συνέχεια μπορεί να αναλυθεί Λήψη όλων των πληροφοριών θερμοκρασίας

31 Συμβουλευτική Σφαλμάτων Κτιρίων - ΑΣΦΑΛΕΙΑ! Θερμική Επιθεώρηση Ηλεκτρολογικών Εγκαταστάσεων Σημαντικός αριθμός πυρκαγιών στα κτίρια ξεκινά από διάφορα προβλήματα στις ηλεκτρολογικές εγκαταστάσεις - πίνακες Ορισμένα Αίτια: Γενικά δεν επιβλέπονται (σπάνια ά οπτικά) και η συντήρησή ή τους είναι ευκαιριακή Συχνά οι Πίνακες είναι στο εσωτερικό ντουλαπιών (για λόγους αισθητικής κλπ) και κάποτε αγνοείται η ύπαρξή τους Στα κτίρια υπάρχει αριθμός εύφλεκτων υλικών και στην εγγύτητα των πινάκων (ή και στο εσωτερικό τους) Δραστηριότητα pest (ποντίκια κα)! Μη ελεγχόμενη επέκταση ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων, η οποία κάποτε ξεπερνά το αρχικό σχεδιαστικό όριο ρεύματος (A) των πινάκων

32 Συμβουλευτική Σφαλμάτων Κτιρίων ΑΣΦΑΛΕΙΑ! Θερμική Επιθεώρηση Ηλεκτρολογικών Εγκ/σεων ΙΙΙ Επικινδυνότητα:

33 Συμβουλευτική Σφαλμάτων Κτιρίων ΑΣΦΑΛΕΙΑ! Θερμική Επιθεώρηση Ηλεκτρολογικών Εγκ/σεων ΙV Επικινδυνότητα:

34 Διαμόρφωση (IR) Θερμογραφικών Συστημάτων Σύντομη Πρακτική Θεώρηση Επιδόσεων

35 Συστήματα Επίπεδης Εστιακής Διάταξης (Focal Plane Arrays) Βασική διαδρομή (IR) ακτίνας σε σύστημα FPA 1. Επιφάνεια, π.χ. κτίριο ή πίνακας) με σημεία προς μέτρηση 2. Φακός 3. Ανιχνευτής (συνήθως) άψυκτο μικροβολόμετρο

36 Συστήματα Επίπεδης Εστιακής Διάταξης (Focal Plane Arrays) Γεωμετρική διακριτικότητα

37 Γεωμετρική διακριτικότητα Πως επηρεάζει την μέτρηση «Γεωμετρική διακριτικότητα είναι το ελάχιστο μέγεθος αντικειμένου που, σε συγκεκριμένη απόσταση, προβάλλεται σε ένα πίξελ αισθητηρίου συνήθως εκφράζεται με τον όρο IFOV (instantaneous t field of view), σε mrad» Συνήθως, για να έχουμε αξιόπιστη (IR) μέτρηση έρη η το ελάχιστο μετρούμενο μέγεθος αντικειμένου, σε συγκεκριμένη απόσταση, είναι αυτό που καλύπτει την επιφάνεια 2 έως 4 πίξελς του αισθητηρίου της θερμοκάμερας. Ο συνδυασμός: (i) Ποιότητας & αριθμού πίξελς αισθητηρίου (ii) οπτικών & (iii) ηλεκτρονικών καθορίζει το τελικό αποτέλεσμα!

38 Γεωμετρική διακριτικότητα Πως επηρεάζει την μέτρηση Παράδειγμα στη Θερμογραφία Κτιρίων Ι.α Θερμική εικόνα 76,800pixels Θερμική εικόνα 1, pixels Resolution enhancement

39 Γεωμετρική διακριτικότητα Πως επηρεάζει την μέτρηση Παράδειγμα στη Θερμογραφία Κτιρίων Ι.β Λεπτο ομέρεια Θε ερμικής εικό όνας 76,800 0pixels Λεπτομέρε 1,23 Resoluti ια Θερμικ pix on enhan ής εικόνα xels ncement ς Σφάλμα μέτρησης, σαν αποτέλεσμα μη επαρκούς γεωμετρικής ε διακριτικότητας ας Ακριβής μέτρηση από τη θερμοκάμερα 123MP 1.23MP

40 Γεωμετρική διακριτικότητα Πως επηρεάζει την μέτρηση Παράδειγμα στην Επιθεώρηση (IR) Ηλεκτρολογικών Μέτρηση από 30 εκατοστά Μέτρηση από 150 εκατοστά

41 Εφαρμοσμένη θερμογραφία στη Διαχείριση Κτιρίων Σας Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Αχιλλέας Χ. Χριστοδουλίδης