Новости

Новости

Поверхностные температурные поля ограждающих конструкций зданий в ИК-лучах спектра излучения


Инфракрасная (ИК) термография или тепловидение представляет собой метод регистрирующего обследования температурных полей поверхности ограждений зданий. Электромагнитное тепловое (инфракрасное) излучение возникает в твердых телах, жидкостях и газах вследствие колебаний атомов в кристаллической решетке или вращательно-колебательного движения молекул. ИК-излучение занимает диапазон электромагнитного спектра с длинами волн 0,8-1000 мкм. Возникновение теплового излучения определяется только температурой и оптическими свойствами излучающего тела. Природа тепловых лучей та же, что и световых. Поэтому законы распространения, отражения и преломления, установленные для световых лучей, справедливы и могут быть использованы и для тепловых.
Диапазон ИК- излучения принято дополнительно разбивать на отдельные участки. ИК-спектр разделяют на коротковолновой участок с длиной волны 0,8 до 1,4 мкм, средневолновой - 1,4 до 3 мкм и длинноволновой - от 3 до 1000 мкм. В инженерном тепловидении терминами «коротковолновой» и «длинноволновой» участки спектра обычно обозначают диапазоны 3,5 - 6,5 мкм и 7-14 мкм, что связано с особенностью используемой аппаратуры.
Типовая схема контроля ограждающих конструкций здания в ИК- лучах показана на рис. 3.1.

Поскольку здания всегда находятся в окружении других зданий или физических тел, то поток излучения, регистрируемый тепловизором, складывается из потока излучения собственно участка конструкции здания, части потока излучения окружающей среды и сторонних объектов, отраженных от объекта контроля. Помимо этого в объектив тепловизора попадает также прямое излучение внутренних элементов его, в том числе и приемника излучения. Собственное излучение тепловизора учитывается при его калибровке по эталонным источникам, представляющим модели черного тела.
Поэтому градуировка тепловизора полностью справедлива при визировании со степенью черноты е = 1. При обследовании реальных объектов показания тепловизора зависят не только от температуры на поверхности ограждений, но и от ее излучательных свойств. В табл. 3.1 приведены величины степени черноты некоторых строительных материалов, которые следует учитывать при проведении тепловизионной съемки.
Степень черноты строительных материалов, рекомендуемые фирмой FLIR Systems (США), для использования при выполнении ИК-съемки зданий и сооружений для различных спектральных диапазонов, представлены в табл. 3.2.



Влияние степени черноты на результаты термографирования объектов двояко. Во-первых, отсутствие информации о его истинном значении делает невозможным точное измерение температуры, причем погрешность определения температуры At тем выше, чем больше неопределенность значения s. При качественном обследовании зданий точное значение степени черноты как правило, необязательно, но изменения ее по поверхности контроля могут привести к появлению ложных сигналов, которые могут быть приняты за дефекты.
Во-вторых, температура объекта обследований и степень черноты сложным образом воздействуют на вид термограмм (ИК- снимков), что затрудняет их интерпретацию в шкале температур. Связь приращений температур и степени черноты следует из законов теплового излучения. По закону Стефана-Больцмана, в его интерпретации для серых тел, справедливо отношение

где T - абсолютная температура тела, К.
Из данного соотношения следует, что если на участке поверхности стены здания из кирпича укрытого минеральной штукатуркой со средней степенью черноты e = 0,94 имеют место изменения степени черноты на Ae = ±0,02, то термографирование ее при T = 293 К даст изменения температуры AT = ±1,56 К. Эта величина превышает паспортную чувствительность современных тепловизоров 0,01...0,05 °C.
Для увеличения точности измерений современная тепловизионная аппаратура, используемая для обследования зданий и сооружений, выполняется двухволновой, имеющей каналы коротковолнового 3,5...5 мкм и длинноволнового 8... 14 мкм излучения. Отношение сигнала в двух каналах используется для снижения влияния излучательной способности тел на температурные измерения, но полностью исключить его не могут.
В инженерной практике находят применение более сотни моделей тепловизоров российских, украинских, европейских, американских, китайских и японских фирм различного класса. Для выполнения ИК- съемки ограждающих конструкций зданий наиболее подходит тепловизор ИРТИС-2000 российского производства. Он характеризуется высокой чувствительностью 0,05 °C и хорошим пространственным разрешением вследствие малой скорости сканирования объекта и применения фотоприемника охлаждаемого жидким азотом. ИРТИС-2000 - двухволновой прибор со спектральными диапазонами 3...15 и 8...12 мкм.
Для диагностики и научных исследований применимы модели ThermalCam Е2 или ThermalCam SC 3000 (США), ряд приборов фирмы CEDIP (Франция) и других производителей.
В качестве переносных электронных средств диагностики в промышленности и строительстве можно использовать тепловизоры и пирометры корпорации Fluke Corporation или аналогичные приборы других фирм.