ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΕΜΠΟΡΙΟΥ, ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΚΑΙ ΤΟΥΡΙΣΜΟΥ Εφαρμογές θερμογραφίας στην ενεργειακή απόδοση των κτηρίων Χριστόδουλος Ελληνόπουλος Λειτουργός Βιομηχανικών Εφαρμογών Υπηρεσία Ενέργειας
Τι είναι Θερμογραφία? Εισαγωγή Για να γίνει άμεσα αντιληπτή η έννοια της Θερμογραφίας, μπορεί κανείς να σκεφτεί το έξης: Η Φωτογραφία περιγράφεται ως η «απεικόνιση του φωτός» Η Θερμογραφία περιγράφεται ως η «απεικόνιση της θερμότητας» Εικόνα φωτογραφίας Εικόνα θερμογραφίας
Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα Μια συνηθισμένη φωτογραφική μηχανή διαμορφώνει μια εικόνα χρησιμοποιώντας το ορατό φως, ενώ μια θερμοκάμερα διαμορφώνει μια εικόνα χρησιμοποιώντας την υπέρυθρη ακτινοβολία (περά (infra-) από το κόκκινο (- red) της ορατής περιοχής του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος).
Θερμική Ακτινοβολία Η υπέρυθρη ακτινοβολία (Infrared radiation) αποτελεί μέρος της θερμικής ακτινοβολίας. Όλα τα σώματα με θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν (0 ο Κ ή - 273 ο C), εκπέμπουν θερμική ακτινοβολία, ακόμα και τα αντικείμενα που νομίζουμε ότι είναι πολύ κρύα (όπως οι κύβοι πάγου). Όσο μεγαλύτερη θερμοκρασία έχει ένα σώμα τόσο περισσότερη θερμική ακτινοβολία εκπέμπει. Αυτό απεικονίζεται με αντίστοιχη διαφορά στη χρωματική απόδοση ενός θερμογραφήματος (μπλε = ψυχρό, κόκκινο = θερμό)
Θερμογραφία Και η απάντηση στην ερώτηση «Τι είναι Θερμογραφία?» Γενικά, ο όρος θερμογραφία αναφέρεται στο σύνολο των τεχνικών καταγραφής της επιφανειακής θερμοκρασίας ενός αντικειμένου, ανεξάρτητα από το φυσικό φαινόμενο στο οποίο βασίζονται. Ειδικότερα, ο όρος υπέρυθρη θερμογραφία (Infrared Thermography) αφορά: στην ανίχνευση της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο και η οποία είναι ανάλογη της θερμοκρασίας του, και στην αποτύπωση της υπέρυθρης θερμογραφία σε θερμική εικόνα (μέσω συστημάτων υπέρυθρης απεικόνισης)
Εφαρμογές υπέρυθρης θερμογραφίας σε κτήρια Αποτύπωση ενεργειακών απωλειών από το κέλυφος του κτηρίου. Έλεγχος πληρότητας της μόνωσης. Έλεγχος απόδοσης της μόνωσης Εντοπισμός υγρασίας. Εντοπισμός διαρροών στο υδραυλικό σύστημα του κτιρίου. Εντοπισμός και έλεγχος εγκιβωτισμένων σωληνώσεων. Έλεγχος ηλεκτρολογικού και μηχανολογικού εξοπλισμού. Έλεγχος διαρροών αέρα. Έλεγχος μετά από επισκευή φθορών που εντοπίστηκαν.
Εφαρμογές υπέρυθρης θερμογραφίας σε κτήρια Στις περισσότερες των περιπτώσεων, όταν κάτι δεν πάει καλά σχετικά με τη λειτουργιά ή τη δομή ενός υπό εξέταση αντικειμένου, το πρόβλημα συνοδεύεται από αντίστοιχη αύξηση, μείωση ή τοπική συγκέντρωση θερμοκρασίας στην επιφάνεια του. Στη συντριπτική πλειοψηφία οι επιθεωρήσεις κτιρίων πραγματοποιείται με τη χρήσης της παθητικής προσέγγισης της θερμογραφίας. Δηλαδή τα σημεία ενδιαφέροντος θερμογραφούνται ως έχουν και παρατηρούνται πιθανές ασυνήθιστες θερμοκρασιακές διαφορές (ΔΤ ή hot spots), από μια θερμοκρασία αναφοράς, οι οποίες είναι ένδειξη πιθανού σφάλματος.
Θερμικό αποτύπωμα σφαλμάτων Το παρακάτω θερμογράφημα, παρουσιάζει το θερμικό αποτύπωμα ενός σφάλματος σε μια οροφή. Στο σημείο που υποδεικνύει το βέλος, αποτυπώνεται θερμικά ως σφάλμα καθώς η περιοχή αυτή εμφανίζει τοπική μείωση των επιπέδων θερμοκρασίας σε σχέση με τη γειτονική περιοχή λόγο συσσώρευσης υγρασίας.
Θερμικό αποτύπωμα σφαλμάτων Παράθυρο όπου ο θερμογραφικός έλεγχος δείχνει διείσδυση κρύου αέρα σε συνθήκες κρύου εξωτερικά και ζέστης εσωτερικά.
Θερμικό αποτύπωμα σφαλμάτων Το παρακάτω θερμογράφημα, παρουσιάζει το θερμικό αποτύπωμα ενός σφάλματος στην πρόσοψη μιας κατοικίας. Στο σημείο που υποδεικνύει το βέλος, αποτυπώνεται θερμικά ως σφάλμα καθώς η περιοχή αυτή εμφανίζει ελλιπή μόνωση σε σχέση με τη γειτονική περιοχή.
Θερμικό αποτύπωμα σφαλμάτων Η ίδια κατοικία με επισκευασμένη μόνωση.
Θερμικό αποτύπωμα σφαλμάτων Εντοπισμός μέσω του θερμογραφικού ελέγχου, του σημείου εισροής υδάτων σε μονωμένο δώμα. Η θερμική συμπεριφορά του νερού λόγο της μεγάλης θερμοχωρητικότητας του, έχει σαν συνέπεια θερμοκρασιακές διαφορές να γίνονται εύκολα ανιχνεύσιμες στην επιφάνεια ενός δομικού στοιχείου ή μιας κατασκευής.
Θερμικό αποτύπωμα σφαλμάτων Διαφορετικά είδη δόμησης. Με την υπέρυθρη θερμογραφία μπορούν να ανιχνευθούν τμήματα του κελύφους του κτιρίου για τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί διαφορετικά υλικά δόμησης (διαφορετικός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας)
Θερμικό αποτύπωμα σφαλμάτων Επιθεώρηση υποδαπέδιας θέρμανσης. Η υπέρυθρη θερμογραφία μπορεί να αποτελέσει εξαιρετικό εργαλείο ελέγχου της ομαλής ή μη λειτουργίας εγκιβωτισμένων συστημάτων
Θερμικό αποτύπωμα σφαλμάτων Επιθεώρηση διαρροής από κλιματιστικό σώμα. Το θερμογράφημα δεξιά υποδεικνύει την υποεπιφανειακή διαρροή του κλιματιστικού σώματος λόγω βλάβης.
Θερμικό αποτύπωμα σφαλμάτων Για έλεγχο της σωστής λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα η θερμοκρασία (105.86 o C) που λαμβάνεται από την θερμοκάμερα πρέπει να ελεγχθεί με τη θερμοκρασία λειτουργιάς του ρουλεμάν βάσει των προδιαγραφών του κατασκευαστή.
Θερμικό αποτύπωμα σφαλμάτων Μέσω της θερμογραφίας μπορεί να ελεγχτεί η διανομή του φορτίου σε ηλεκτρολογικό πίνακα χωρίς να απαιτείται επαφή.
Καταγραφή και λήψη μετρήσεων Όπως σε κάθε είδους μέτρηση / τεχνική επιθεώρησης, έτσι και στην περίπτωση της υπέρυθρης θερμογράφησης πρέπει να ακολουθούνται συγκεκριμένα βήματα μεθοδολογίας, συχνά σύμφωνα με πρότυπα (π.χ. EN 13187), με σκοπό τη σωστή και ασφαλή διεξαγωγή, καταγραφή και λήψη μετρήσεων. Τα βήματα αυτά, σε γενικές γραμμές, είναι τα εξής: 1.Σχεδιασμός μέτρησης 2.Επίσκεψη στο χώρο μέτρησης 3.Προετοιμασία μέτρησης κανόνες ασφάλειας μέτρησης 4.Δημιουργία θερμογραφημάτων 5.Επεξεργασία θερμογραφημάτων
Συνθήκες μετρήσεων / Περιβαλλοντικές συνθήκες Σε Ψυχρά κλίματα Απαραίτητη η ύπαρξη υψηλής διαφοράς θερμοκρασίας (άνω των 10 ο C) ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό του κτιρίου προτιμούνται ώρες θερμοκρασιακών μεταβολών (π.χ. νωρίς το πρωί) Αποφεύγονται οι μέρες με βροχόπτωση Χαμηλή ταχύτητα ανέμου (<2 m/s) Τα κτίρια πρέπει να θερμαίνονται σταθερά Σε περίπτωση νυχτερινής λήψης, απαραίτητη η ύπαρξη καθαρού ουρανού (τα σύννεφα αντανακλούν την υπέρυθρη ακτινοβολία)
Συνθήκες μετρήσεων / Περιβαλλοντικές συνθήκες Σε Θερμά κλίματα Απαραίτητη η ύπαρξη υψηλής διαφοράς θερμοκρασίας (άνω των 10 ο C) ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό του κτιρίου προτιμούνται ώρες θερμοκρασιακών μεταβολών (π.χ. νωρίς το απόγευμα) Προτιμούνται οι ζεστές ηλιόλουστες μέρες Χαμηλή ταχύτητα ανέμου (<2 m/s) Τα κτίρια πρέπει να ψύχονται σταθερά Σε περίπτωση νυχτερινής λήψης, απαραίτητη η ύπαρξη καθαρού ουρανού (τα σύννεφα αντανακλούν την υπέρυθρη ακτινοβολία)
Ρύθμιση των παραμέτρων της θερμοκάμερας Η βασική προετοιμασία της μέτρησης, περιλαμβάνει τη ρύθμιση των παραμέτρων της θερμοκάμερας που αφορούν κυρίως: στο επίπεδο και το εύρος των μετρούμενων θερμοκρασιών (level, span) στο συντελεστή ακτινοβολίας ε (emissivity factor) στην ανακλώμενη θερμοκρασία (Reflection temperature) στην αντιστάθμιση της ατμόσφαιρας (θερμοκρασίας και υγρασίας) στην απόσταση στόχου
Προετοιμασία μέτρησης Ο πίνακας που ακολουθεί παρουσιάζει ενδεικτικές τιμές του ε για ορισμένα υλικά που συχνά συναντώνται στα κτίρια.
Ρύθμιση του συντελεστή ε Μια πολύ βασική παράμετρος που επηρεάζει τη μέτρηση και επαλήθευση θερμογραφημάτων είναι ο συντελεστής ακτινοβολίας ε. Οι δυο εικόνες που ακλουθούν δείχνουν τη σημασία της σωστής επιλογής του ε. Με εισδοχή στην θερμοκάμερα, της τιμής του συντελεστή ακτινοβολίας ε κατά 50% λιγότερο από το πραγματικό, η μέτρηση της θερμοκρασίας του ποτηριού που λαμβάνουμε από την θερμοκάμερα μειώνεται κατά 23%.
Συμπεράσματα Δεν απαιτείται καμιά επαφή με το υπό εξέταση αντικείμενο έλεγχος από απόσταση Έγκαιρος εντοπισμός προβλημάτων δυνατότητα πρόγνωσης Μεγάλο εύρος εφαρμογών Σημαντική η πιστοποίηση του θερμογράφου (από αναγνωρισμένο εκπαιδευτικό κέντρο) και του εξοπλισμού Η κατάλληλη εκπαίδευση είναι μείζονος σημασίας για την κατανόηση της θερμογραφίας Το κόστος ενός ποιοτικού εξοπλισμού κυμαίνεται μεταξύ 15000 50000 Μην ξεχνάτε, ότι η επιθεώρηση με υπέρυθρη θερμογραφία δεν είναι τίποτα άλλο από μια αναφορά της κατάστασης του κτιρίου τη χρονική στιγμή της θερμογράφησης. Συνεπώς η θερμογράφηση υπό κακές θερμικές και περιβαλλοντικές συνθήκες δίνει αναξιόπιστες πληροφορίες