Ověření použitelnosti termografického zjišťování povrchové teploty u lesklých povrchů při eliminaci odraženého záření pomocí kovového štítu
Přesné určení emisivity a následné zjištění povrchové teploty u lesklých materiálů je možno provést například za pomoci opatření jejich povrchu materiálem se známou hodnotou emisivity (například samolepicí folií nebo nástřikem barvou ve spreji). Příspěvek pojednává o další možnosti určení povrchové teploty a vlivu emisivity lesklých materiálů pomocí kovového štítu, který eliminuje negativní vliv odraženého záření při termografickém měření.
Úvod
Pro eliminaci negativního vlivu odraženého záření při termografickém měření v exteriéru byl na Stavební fakultě VŠB-TU Ostrava zkonstruován speciální kovový štít – viz Obr. 1. a Obr. 2. Podrobné pojednání o problematice termografického měření za pomocí kovového štítu je uvedeno v [1] a [2]. Jeho vnitřní povrch je opatřen materiálem s vysokou hodnotou emisivity.
Ve stavební praxi v rámci termografické diagnostiky obvodových konstrukcí budov vyvstává potřeba určení venkovní povrchové teploty na skleněných plochách (okna, lehké obvodové pláště apod.). To však znemožňují dva následující problémy:
Obr. 1. Kovový štít pro eliminaci vlivu odraženého záření: 1 – tělo (plášť), 2 – manipulační úchyty, 3 – fixační prvek, 4 – měřicí otvor (strana měřicí), 5 – měřicí otvor (strana měřená), 6 – uzavřená část (strana měřicí)
- Uvedené materiály však na rozdíl od ostatních materiálů (např. omítky, některých typů obkladů apod.) odrážejí světelné paprsky a tím i obraz okolních předmětů (např. zástavba, vegetace, obloha) a zároveň paprsky jejich infračerveného záření (tzv. zdánlivě odraženou teplotu). Uvedená skutečnost má pak za následek, že termografický snímek (resp. plošné rozložení teplot) skleněné plochy se stává nepřehledným. Z tohoto důvodu je pak termografická diagnostika u skleněných ploch problematická.
- U skleněných ploch se hodnota emisivity pohybuje podle konkrétního typu skla přibližně v rozmezí od 0,67 až 0,97, což je poměrně velký rozptyl. Emisivitu však s ohledem na problém uvedený v bodě 1. není možno při praktickém měření určit. A to ani při běžně používaném způsobu, kdy se měřený povrch opatří nálepkou či barvou se známou hodnotou emisivity a na základě určené povrchové teploty na tomto materiálu se určí emisivita měřeného povrchu. Totéž platí i tehdy, jestliže povrchovou teplotu změříme kontaktně [3].
Zmíněné problémy je možno vyřešit právě pomocí speciálního kovového štítu [1]. Pokud štít přiložíme k měřené skleněné obvodové konstrukci, dojde tím k eliminaci jak dopadajících světelných paprsků, tak také infračerveného záření od okolních předmětů (např. zástavba, vegetace, obloha). Následně, když pořídíme termografický snímek zmíněné obvodové konstrukce, zjistíme jeho venkovní povrchovou teplotu bez výše uvedených rušivých vlivů.
Pro ověření správné funkce kovového štítu (Obr. 1. a Obr. 2.) určeného pro eliminaci vlivu odraženého záření bylo provedeno měření povrchových teplot na lesklém materiálu v exteriéru (a jejich následné porovnání), a to:
- Pomocí kontaktního teplotního čidla.
- Pomocí termokamery s využitím výše uvedeného kovového štítu [1] a [2].
Obr. 2. Praktické použití kovového štítu při měření izolačního dvojsklaMěření povrchových teplot lesklého materiálu (izolačního dvojskla) pomocí kovového štítu bylo provedeno současně s měřením pomocí kontaktního čidla. Snímání povrchových teplot bylo provedeno kontaktním termočlánkem ALMEMO NiCr-Ni (K) - ZA 9020 FS.
Pro určení povrchové teploty termokamerou s využitím zmíněného kovového štítu bylo zapotřebí stanovit emisivitu měřeného povrchu. Pro tento účel byla použita emisivita povrchu zjištěné termokamerou v laboratoři.
Po fixaci kovového štítu k měřenému oknu otevřenou částí dojde k odfiltrování okolního záření, které negativně ovlivňuje výsledky měření. Poté se termokamera nasune do otvoru, který je umístěn na zadní uzavřené části a pořídí se termografický snímek. Celé toto měření by mělo proběhnout v co nejkratší době, a to z důvodu negativního vlivu tohoto štítu na výsledné určení teploty zkoumaného povrchu.
Popis měření
| Teplota vzduchu θvzd [°C] | Relativní vlhkost φ [%] | Povrchová teplota θkont [°C] | Emisivita povrchu εlab [–] |
|---|---|---|---|
| 0,3 | 83,0 | 4,9 | 0,89 |
Použití tohoto zařízení umožňuje nastavit v termografickém systému hodnotu zdánlivě odražené teploty rovnu hodnotě teploty venkovního vzduchu (θodr,s = θvzd = +0,3 °C). Takto zjištěná povrchová teplota při emisivitě εlab = 0,89 vykazovala hodnotu θir,s = +3,7 °C (Obr. 3.).
Obr. 3. Diagnostická měření lesklého materiálu při použití technického zařízení (θodr,s = θvzd)
Obr. 4. Diagnostická měření lesklého materiálu při použití technického zařízení (ε = 1)
Pomocí simulace software termokamery byl také zjišťován vliv nepřesnosti zadané hodnoty emisivity ε na výslednou hodnotu povrchové teploty θir,s. Jak plyne z výsledků – viz Tabulka 2. a Tabulka 3., resp. Graf 1., je tento nezanedbatelný. Určité nepřesnosti v zadání emisivity ovlivňují výrazněji výsledné hodnoty povrchových teplot.
| emisivita ε [–] | 0,85 | 0,86 | 0,87 | 0,88 | 0,89 | 0,90 | 0,91 | 0,92 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Odražená teplota (se štítem) θodr,s [°C] | Povrchová teplota zjištěná termokamerou θir,s [°C] | |||||||
| 0,3 | 3,8 | 3,8 | 3,7 | 3,7 | 3,7 | 3,6 | 3,6 | 3,5 |
| emisivita ε [–] | 0,93 | 0,94 | 0,95 | 0,96 | 0,97 | 0,98 | 0,99 | 1,00 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Odražená teplota (se štítem) θodr,s [°C] | Povrchová teplota zjištěná termokamerou θir,s [°C] | |||||||
| 0,3 | 3,5 | 3,5 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 3,3 | 3,3 |
Graf 1. Grafické znázornění výsledků měření povrchové teploty lesklého materiálu v závislosti na různých hodnotách emisivity při použití technického zařízení
Rozdíly mezi změřenou povrchovou teplotou kontaktním čidlem θkont = +4,9 °C (Tabulka 1.) a povrchovou teplotou změřenou s použitím technického zařízení θir,s = +3,7 °C (Tabulka 2.) jsou způsobeny zřejmě rozdílnou hodnotou emisivity samolepicí hliníkové pásky a hodnotou emisivity povrchu měřeného skla, kde vliv na výslednou povrchovou teplotu má velikost průměrné zdánlivě odražené teploty.
S nastavením hodnoty emisivity povrchu na ε = 1 (Obr. 4.) u materialů s nízkou hodnotou emisivity vzniká u kovového štítu větší nepřesnost při určování povrchové teploty.
Při nastavené hodnotě emisivity povrchu ε = 1, kdy zdánlivě odražená teplota okolního vzduchu nemá na výslednou povrchovou teplotu vliv, tato následně vykazovala hodnotu θir,s = +3,3 °C (Obr. 4.). Vliv emisivity ε je malý při jejich vysokých hodnotách (cca ε > 0,90). S klesající hodnotou se její negativní vliv na přesnost výsledných hodnot povrchových teplot zvyšuje.
Závěr
Praktické měření potvrdilo skutečnost, že při použití kovového štítu doje k eliminaci jak dopadajících světelných paprsků, tak také infračerveného záření od okolních předmětů (např. zástavba, vegetace, obloha). Za těchto podmínek pořízený termografický snímek lesklé obvodové konstrukce vykazuje objektivní rozložení venkovních povrchových teplot bez výše uvedených rušivých vlivů. Při termografickém měření na obvodových konstrukcích budov v exteriéru při použití kovového štítu v důsledku výše uvedené eliminace dopadajícího infračerveného záření od okolních předmětů dojde také ke zmenšení chyby měření v důsledku případně nepřesného určení emisivity povrchu měřeného materiálu.
Literatura
- [1] Solař, J., Peřina, Z., Čmiel, F., Fabian, R.: Způsob eliminace odraženého záření při termografickém měření v exteriéru, TZB-info, ročník 16/7, 2013, ISSN 1801-4399.
- [2] Peřina, Z., Solař, J., Čmiel F., Fabian, R.: The Elimination of Reflected Radiation in an Infrared Thermographic Measurement in the Exterior, Proceedings of the Conference on the Rehabilitation and Reconstruction of Buildings CRRB 2013: selected, peer reviewed papers from the conference, November 14–15, 2013, Prague, Czech Republic, Trans Tech Publications, 2014, s. 187–190, ISBN 978-3-03835-083-5.
- [3] ČSN ISO 18434-1:2008 Condition monitoring and diagnostics of machines – Thermography – Part 1: General procedures, This standard is the Czech version of the International Standard ISO 18434-1:2008 (ČSN ISO 18434-1 Monitorování stavu a diagnostika strojů – Termografie – Část 1: Všeobecné postupy, Praha: ČNI, 2009).
The exact determination of emissivity and the following determination of surface temperature of glossy materials can be carried out e. g. after applying a material with a known value of emissivity on the surface (e. g. self-adhesive foil or spray tint). The contribution deals with other possibility of determination of surface temperature and the influence of emissivity of glossy materials using a metal shield that reduces the negative influence of the reflected radiation during the termographical measurement.