1 ÚVOD 2 TEORETICKÉ POZADÍ INFRAČERVENÉ TERMOGRAFIE

Transkript

1 1 ÚVOD Podle oficiálních údajů se v zemích Evropské unie spotřebuje v budovách 40-50% z celkové vyrobené energie [1]. Ročně je v České Republice zatepleno zhruba 16 mil. m 2 ploch obvodových stěn za zhruba 16 mld. Kč [2]. Lze předpokládat, že díky pobídkám v dotačních programech bude meziroční nárůst zateplovaných ploch činit více než 8% než tomu bylo v roce Z těchto čísel je zřejmé jak masivně dodatečné zateplení budov probíhá, přitom lze předpokládat, že ještě dalších 500 mil. m 2 stěn na zateplení čeká. Při uvedeném množství zateplovaných ploch je zřejmé, že není zcela možné provést dodatečné zateplení ve všech případech dostatečně kvalitně a bez vad a poruch. Vady a poruchy ETICS, vzniklé jednak špatným návrhem v projektové přípravě nebo přímo špatným provedením na stavbě mohou mít poměrně vážné následky jak pro statiku obvodového pláště budovy, tak pro kvalitu vnitřního prostředí nebo požární bezpečnost stavby. Určující bude zejména vztah vady nebo poruchy k vnitřnímu prostředí, kdy vinou poruchy poklesne teplota na vnitřní straně stěny pod kritickou teplotu, což bude mít za následek výskyt kondenzátu a lokální zvýšení vlhkosti. V těchto případech mohou vznikat na vnitřní straně zateplovaného obvodového zdiva plísně, jejichž spóry nejsou pouhým okem viditelné a mohou přežívat i několik let a vyklíčit v příhodných podmínkách. Plísně mohou způsobovat alergické reakce nebo respirační potíže jak je ukázáno na konkrétním případě panelového domu v [3]. Některé mohou dokonce produkovat mykotoxiny (sekundární metabolity), které za určitých okolností kontaminují potraviny. Cílem článku je poukázat na možnost použití infračervené termografie jako jedné z výhodných možností bezkontaktní diagnostiky při odhalování vad a poruch dodatečného zateplení pomocí kontaktního zateplovacího systému. Kontaktním zateplovacím systémem budeme rozumět vnější tepelně izolační kompozitní system (dále jen ETICS, z anglického External thermal insulation composite systems) tak jak ho definuje [4]. Ačkoliv existuje více možností diagnostiky vad a poruch ETICS, které lze provádět "in situ", tento článek pojednává výhradně o infračervené termografii, případné zájemce o další metody odkazuji na [5]. 2 TEORETICKÉ POZADÍ INFRAČERVENÉ TERMOGRAFIE Teplo se ve stavebních konstrukcích může šířit celkem třemi možnými způsoby: vedením (kondukcí), prouděním (konvekcí) a sáláním (radiací). Ačkoliv může některá složka šíření tepla 1 / 8

2 převládat a obvykle to tak skutečně i bývá, je dobré vědět, že na šíření tepla se podílí v určitém poměru vždy kombinace těchto složek. Princip infračervené termografie využívá právě složku radiační. Radiací rozumíme obor vlnových délek elektromagnetického záření, které umožňují přenos tepla mezi tělesy, ať jsou již oddělena vakuem nebo látkovým prostředím, které je pro záření prostupné. Samotný přenos tepla je umožněn ultrafialovým zářením, viditelným a infračerveným [6]. Infračervené záření je jen oborem záření elektromagnetického v rozsahu vlnových délek 1000 μm až 0,7 μm. V literatuře se lze setkat i s odlišným oborem vlnových délek infračerveného záření, ale pro další výklad se principielně nejedná o podstatnou záležitost. Jak již bylo zmíněno, infračervené záření je pouze podmnožinou záření elektromagnetického, čímž jsou i determinovány jeho základní vlastnosti: šíří se rychlostí světla, vakuem i látkovým pro záření propustným prostředím. spektrum Obr. 1 Elektromagnetické Každé těleso, které má teplotu vyšší než je 0 K je zdrojem infračerveného záření. Výkon, který je tímto záření přenášen označujeme jako tzv. zářivý tok P, ten lze definovat jako poměr zářivé energie a času, tedy: (1) 2 / 8

3 kde Pe je zářivý tok ve W, dee zářivá energie v J, dt čas v s. Při dopadu zářivého toku Pe na těleso je část zářivého toku pohlcena Pα, část toku Pρ odrazena a část toku P τ propuštěna, platí tedy, že součet jednotlivých toků musí být roven celkovému zářivému toku: (2) Pokud dáme do poměrů jednotlivé složky zářivého toku a celkový zářivý tok získáme: (3) Poměr pohlceného toku a celkového toku nazýváme pohltivostí αωλ, poměr odraženého toku a celkového toku nazýváme odrazivostí ρ Ωλ a analogicky poměr toku, který byl materiálem propuštěn vůči celkovému toku propustností τ Ωλ. Pro pevná tělesa obvykle platí, že nejsou propustná, tedy, že τ Ωλ, součet pohltivosti a odrazivosti musí být roven jedné. Vyzařování tepelného záření tělesy je tedy ovlivněno nejen schopností tělesa záření vyzařovat, ale také pohlcovat a odrážet. O tělesu, které absorbuje veškeré záření bez ohledu na vlnovou délku záření hovoříme jako o tzv. absolutně černém tělesu (α=1). Absolutně černé těleso je fyzikální abstrakcí, která slouží ke snadnějšímu popisu záření zdrojů. Přesně vzato, absolutně černé těleso neexistuje, neboť každý skutečný povrch alespoň malou část záření odrazí. Poměrně dlouhou dobu se mělo za to, že energie vyzařování je libovolně dělitelná, tento předpoklad však neumožňoval uspokojivě matematicky vyjádřit závislost intenzity vyzařování na vlnové délce. V roce 1900 Max Planck vyslovil doměnku, že se emise a absorbce zářivé energie může dít pouze po celistvých množstvích, tzv. kvantech a tuto myšlenku matematicky vyjádřil jako závislost spektrální intenzity vyzařování černého tělesa (zářiče) na absolutní teplotě a vlnové délce: (4) 3 / 8

4 kde Hλ je spektrální intenzita vyzařování černého zářiče ve W.m -3, c1=3, první Planckova konstanta ve W.m 3, c2=1, druhá Planckova konstanta v m.k, λ vlnová délka záření v m, T termodynamická teplota povrchu zářiče v K. Vztah (4) se nazývá Planckův vyzařovací zákon. Tento zákon v roce 1879 experimentálně ověřil slovinský matematik Jožef Stefan. Zjistil, že při měření vyzařování kuželové dutiny je intenzita vyzařování úměrná čtvrté mocnině absolutní teploty. V roce 1881 Planckův vyzařovací zákon teoreticky odvodil Ludwig Boltzman a zapsal ve tvaru: (5) kde Hb je intenzita vyzařování absolutně černého tělesa ve W.m -2, δ=5, Stefan-Boltzmannova konstanta ve W.m 2.K -4, T termodynamická teplota v K. Následující diagram ukazuje závislost vyjádřenou v rovnici (5). Ukazuje jakým způsobem je závislé vyzařování tělesa na různých teplotách. Pokud se podíváme na osu s vlnovou délkou, zjistíme, že při vysokých teplotách nad 600 C je vlnová délka ve viditelném části spektra. Znamená to, že můžeme pozorovat zabarvení těles ohřátých na tuto teplotu mezi červenou a bílou barvou. 4 / 8

5 černého celkovou vyzařování veličinu, Rovnice která tělesa. (5) intenzitu šedého se se označuje Pro nazývá vyzařování zářiče Obr. reálné emisita 2 jako a využití dokonale i Stefan-Boltzmannův pro Závislost [7]: je reálná, potřeba černého intenzity nebo-li vztah tělesa šedá (5) zákon vyzařování stejné modifikovat tělesa. a platí teploty Poměrem na pro o vlnové lze člen, vyzařování vyjádřit celkové který délce rohodující by absolutně a intenzity vyjadřoval teplotě poměrná H Hb případě kde Pro (6) šedý ε absolutně zářič (reálné černého těleso) tělesa pohltivost celková je je emisivita tedy nerovná intenzita nutné [5]), tělesa jedné: uvést vyzařování (dříve vztah poměrný (5) šedého absolutně i s emisivitou, součinitel zářiče černého ve která salání, W.m tělesa se -2 eventuálně, již jako W.mv -2. ε δ=5,67.10 T emisivitě délky vlnové důvodů spektrální teplotu může celé infračervené který jeho Pomocí dopadajícího Vypočítané škálu. správně okolních emitovaného omezen atmosférické být metody infračervená problematických dlouhodobějšího úspěchem vazeb, hlavní kde Jak Vzhledem Senzorem (7) ukazuje pole H teplotě může pod měnit být vidět délky měřené se a těchto bezkontaktní -8 se, 2,6 emisivita zavádí termodynamické k kamery obsahovat s a ze větší tomu, že vlnovou μm vztahu plochy bodů závisí její se pojem než a správná emisivita (též spektrální tzv. tělesem délkou. 4 i tělesa (7), teploměr, tisíce získat μm bolometr, množství intenzita termodynamická teplotě. Stefan-Boltzmannova volba je v bolometrů. skla Typickým tak emisivita emitované určitém celková pohltivost neboli teplotní blíží má emisivity vyzařování absorbovaného resp. kamery). Emisivita bode. k intenzita pyrometer. povrchu skla materiálem, Elektrický nule, jeho záření přesný reliéf rovnají. ελ. 0,97 Zařízení, teplota povrchů uspořádání tedy šedého měřeného tělesa, Při závisí vyzařování výsledek a konstanta odpor Z sklo jakékoliv dopadajícího který povrchu našeho materiálů která zářiče je bolometru teplotě povrchu. téměř měření reálného lze dokazuje vlnové pohledu zářiče integrovaného k W.m závislá se zcela transaparentní. infračerveného takovému určující pohybuje K v se délce 2 tělesa tomu.k K. propustné. mění výhradně -4 ale sklo., vliv. tělesa a se zajímavější teplotě měření obvodu v Např. používají závislosti Emisivita rozmezí W.m-2, metoda, Ve 3.1 Odhalování výsledné PRAKTICKÉ problematickou skutečnosti ETICS Možnosti metoda lze poskytuje výhody které jsou infračervené zvolené na materiálech ji použít diagnostické rozsah teplotní destrukční tepelných ovlivňují termografie okno). záření infračerveného nemá této a problémů poměrně může POUŽITÍ výhody míst emisivity měření infračervenou metody záležitostí. pole destrukční Vyhodnocení vlivem kamery a tepelně ETICS. být 8-14 mostů také a infračervené přesněji je provádět může přesné termovizní nemusí INFRAČERVENÉ měřeného diagnostiky kamerou absorbce μm, je záření, tedy Pokud technické a zkoumaným Vizuální účinky pomocí tepelných kde, termografii výsledky být vzniklých nemůžeme "in závisí která převáděno termovizní měření jak meteriálu vzduchu. termografie stavebníkem situ", její bych termografických kontrola vlastnosti se obvodový příčinu. vazeb v i objektem zjistilo k reálném termovizních uvedl: TERMOGRAFIE poměrně vyhledávání měřit zkušenostech Z snímek teplotu pro nemůže v tohoto nutné při Kromě obvodového jsou zateplených zcela plášť přímo větší posuzování čase, odráženo. komplikovanou uvedené následně odhalí brát snímků důvodu akceptovány. být budovy, celé názornost tepelných teplotu v zcela hodnotitele. řady potaz, poruchu, pláště obvodových dosáhnout Může ztráty vad přepočítáná nebývá povrchu, dostatečná, měřený jiných na mostů, že a záležitostí. též nejmenší zcela Oproti poruch zvolenou tedy záření lze tedy aplikací, docházet obor měří rychlého pomocí popř. konstrukcích bezkontaktní tomu, ETICS. přímo triviální vzniká jiné, vlnových se (tzv. barevnou Kromě je Naopak záření. tepelných na lze Z intenzita k možné kontaktní se v určení použít těchto pro (matice), zeslabení jeho Mezi kameře. záležitostí na 0-0,99 měřit vlnové se na délek může pro dává hodnotileli konktétní představu o teplotách zkoumaného objektu, určit Uvedené poruchy mohou měření [8]. znehodnocuje. provádět stěn. letních teoretickou přesnost výsledky měření na lze termovizní trhu diagnostikovat výhody triviální v dostupné nepřeberné podobě však měření záležitostí. neznamenají, problematická termovizních a výrazně přiměřeně množství Především ovlivnit. že snímků levné, místa termovizní je Předně, třeba v jsou exteriéru techniky pamatovat pochopitelné pokud i interiéru (je a následná si nutné z základní i čeho pro budovy. měřit laika, zkušenosti. infračerveného označováno barevnou provádět určující pouze v teplotní zimních spád měsících mezi (typicky interiérem a listopadu exteriérem, do března), který vybrat), dodatečného soustavě pěnového celoplošně ale izolantu ETICS, Na Výsledkem 3.2 Jako - nutné Dále druhé Praktická Také hodnocení samotné jedná modelový, měsících). která ETICS. měření, i VVU-ETA zohlednit škálu, straně polystyrenu. lze nutné a výbavou, se práce jako nepřekrývá se zateplení pomocí o měření aplikace Infračervená záření Jejich projeví kde poměrně termovizních který teplotní vyloučit z s do také interiéru, v určitý není první může povrchu je zanedbání této výpočtu Z obvodových infračervené výskytem nutné třeba spáry následujícího reliéf). přítomnost komplexní barevný metody revizi. termografie názorně diagnostická kdy snímků provádět se stavební součinitele jednotlivých kamerou Pro lze Průčelní plísní zmínit zjišťovat odstín stěn hrubá větší termografie diagnostikovat metodu silného ukázat by snímku na konstrukce, se o jsou panelového měl názornost metoda odpovídá prostupu nevýhodách chyba, a vhodných vnitřní však panelů. přehřívání použití štítové větru a provádět jednotlivé s neomezuje měřením - zřejmé, straně která modelový a Takto tepla infračervené panely tepelné určité která přímého domu, klimatických laiky, odborník interiérů teplotní této se snímky, konstrukce. U, že v teplotě. může by minulosti metody: vazby při postaveného vyjádřena pouze příklad pěnový potřeba difúzního měli pole návrhu stavby které s projevit termografie patřičnou podmínek, např. z převáděno polystyren výroby mít vzniklé zachycují diagnostika měření (toto jako tloušťky záření, v vadou odpovídající skutečnosti, by v rozích exteriéru konstrukční teplotní zkušeností měření obsahovat měl neboť je které z které na tepelného návrh není či intenzitu exteriéru. a být poruchou vady nastavenou koutech zajistí je se můžeme pole měření vložen min. mosty které provádí 60 anebo (někdy 20 Lze mm jek v 5 / 8

6 teploty na Svěltejší tepelnou že eliminována za tepelným Na nebyl následek pravé termovizním dalším nižší proveden místa izolací. straně ztrátám. termovizním (v tepelná výskyt ideálním na Obr. obrázku snímku ETICS plísní vazba 3 Termovizní případě snímku uvedena tedy s mezi obr. přesahem styku znamenají je by 3 stropní i světlé zobrazen podlaha barevná měla snímek do konstrukcí barvy být spodní vyšší - škála, zateplený štítová obvodová štítové vyjadřují úniky části která a stěna stěny obvodovou tepla stavby štít stěna vyšší odpovídá co téhož bez a nejtmavší). a ukazují teploty, nepochybně nebyla oken objektu. stěnou. konkrétním s naopak tak nedostatečnou místa Pro Toto Ze dostatečně vede snímku lepší tmavější řešení teplotám. s nedostatečnou ke orientaci je zbytečným může patrné, barvy mít je 6 / 8

7 části průčelí se Další Obr. dokonce stavby 4 termovizní objektu Termovizní přibližují - obr.5. snímek tepelně snímek Vlevo byl pořízen izolačním dole štítové jsou u stěny téhož viditelné vlastnostem s panelového neprovedeným nižší průsvitných tepelně domu, izolační přetažením konstrukcí. tentokrát vlastnosti bylo ETICS zachyceno stěny, do u spodní soklu 7 / 8

8 izolačními 3.3 termovizních dostačující pixelů, paměťové barevné kterého dnes vyhodnocovat Bluetooth, pečlivě špatného výměně Uživatel termografie a stavby vyhodnocovacího stavebníkem kontrole 2011) Zdroj: [1] [2] Naprosto Dalším 4 Při 40 ZÁVĚR posuzovanání Trendy moderní tis. resp. posoudit se trendem palety Kč. návrhu jasným karty data snímky jednodušší, vlastnostmi v 120x120 kamer. Mezi infračervené dotykové již pro lze s zda v popř. možností současným vad vyhodnocují nejznámější terénu zvýraznění tak mobilita. Ukazuje porucha pixelů, a zasílat realizace uživatelsky tablety pokud termografii uložení Celkově které se, či bezdrátově trendem teplotního a je výrobce vada ETICS. je snímky již jsou přívětivé až pro běžně mají vznikla nutné schopny zejména základní patří Obr. S pole. cenové kamery dodatečným dostupný termogramů. a K tabletu vlivem společnosti 5 automatizované mobilitě Tyto možné precizně Obvodová diagnostiku zpřístupnění menší vztahu kamery nevhodného bez i pro v dnes zateplením součinnosti nutnosti hmotnost FLIR, Pro a vysoce k rychle se stěna již vnitřnímu vad uživatele měřící kamery v TESTO. neodmyslitelně současné užívání vlastnit a mobilní měřit. a 1.NP poruch téměř rozměry. techniky, paměťovu prostředí s jsou Disponují rozlišením s propojovací objektu zařízení vždy horšími ETICS době předpřipraveny Software, tedy dochází patří je kartou dají nebo jsou jako slotem vždy tepelně [3] konference S poruch ohledem Česká MOHAPL, ŠAFRÁNEK, Rady Literatura, nebo nových bytu kvality ETICS. (článek 2010/31/EU. tisková na nevhodným vyžadovanou tedy rychlou, Martin. cenovou stavebních otvorových Z Jiří. byl software musí kancelář: zákony, termovizního uveden Výskyt Nové nedestrukční Stavebnictví, sám dostupnost návrhem prací metodou lze vyhlášky, výplní, požadavky Informace zajistit plísní v konstatovat, časopise související měření doc. popř. Autoři: které a dostatečnou termovizní a nejen 2011, dřevokazných internetové bezkontaktní z Ing. realizací lze mají , Soudní Ing. energetickou diagnostiky roč. že Miloš s zjistil běžně montáží Bc. se techniky 5, Inženýrství výměnu ETICS. zda-li infračervená č.2, Kalousek, Aleš stránky hub metodou až Praha, ETICS. s. vad 10x porucha Zvěřina, náročnost v 38. vzduchu možnosti obytných menší a ISSN poruch, pomocí Ph.D. komentáře termografie vznikla studentské větráním. spárovou budov dodávaného místnostech. ale které nevhodným také podle stane lze Infračervená průvzdušnost. konferenci při najít Směrnice závěrečné běžnou Sborník příčiny 80x80 užíváním i pořídit kabely. rozhraní vlivem jsou i JuFoS nutné pomocí EP pro vad 3už [4] [5] [6] pokus všemu viditelnou teploměr musí infračerveným. [7] mezi [8] konstrukcí, Juniorstav. ČSN Úřad VAVERKA, VUTIUM. Když s jeho část měřil i existovat Uvedený sálavostí KALOUSEK, 2004, za měřením červenou spektra, objev 73 teplotu pro britský roč technickou pro vztah a , části teploty emisivitou Brno: Jiří. astronom, jednotlivých kterou lidské Miloš. část. Provádění č.1, 626 Stavební neviditelného VUT v jednotlivých s. S podstatě oko Termovizní chápeme s. normalizaci, 31. překvapením tělesa. v ISBN sir neviditelné Brně, ISSN: vnějších barev. tepelná William jiným spektra jako částí diagnostika Teplota metrologii technika tepelně Herschel vyjádřením světlo zjistil, záření, barevného s. může 89. stoupala na izolačních a ISBN: které betonových v a sloužit. zde jednotlivé energetika roce státní Kirchhoffova spektra vyzařuje k 1800 teplota červené zkušebnictví, Pomocí kompozitních barvy nemohl budov. konstrukcí. provedl teplo. ještě zákona, a skleněného a Herschela pomocí Brno pochopitelně Toto vyšší poprvé systémů Sanace který : záření a Nakladatelství rtuťových správně svůj 20 hranolu napadlo udává s. (ETICS). betonových nazval jednoduchý tušit usoudil, závislost rozložil teploměrů vložit k čemu Praha: že a 8 / 8