Zewnętrzne systemy ociepleń stają się coraz bardziej popularne na europejskim rynku budowlanym. Wraz z powstaniem bardziej rygorystycznych wymagań certyfikacji energetycznej oraz przepisów w zakresie efektywności energetycznej budynków, konstruktorzy zwracają coraz większą uwagę na dokładne i efektywne stosowanie tych systemów. Niestety wiele metrów kwadratowych zewnętrznych systemów izolacji cieplnej w nowych lub istniejących budynkach zostały zainstalowane bez użycia najlepszych praktyk. W celu lepszego zrozumienia nieprawidłowości w systemach izolacji, jak również charakterystyki cieplnej produktów izolacyjnych, konsorcjum firm, w tym włoskie Stowarzyszenie Izolacji Cieplnej i Akustycznej (Association for Thermal and Acoustic Insulation - ANIT), przeprowadziło projekt badawczy z użyciem kamer termowizyjnych FLIR Systems.

Badania mające na celu uznanie nieprawidłowości w systemach izolacji oraz ich montażu zostały przeprowadzone przez ANIT i dwóch członków tej organizacji, a mianowicie firm: Caparol oraz FLIR Systems. Badanie było koordynowane przez Tep srl, przedsiębiorstwo usług inżynieryjnych, koncentrując się na badaniach nieniszczących efektywności energetycznej budynków.

Budowanie na próbę

W celu badania zjawisk cieplnych charakteryzujących instalację zewnętrznych systemów ociepleń, zbudowano egzemplarz testowy, pokryty z trzech stron płytą izolacji cieplnej (EPS z dodatkiem grafitu). W górnej części próbki ściany pokryte były w taki sposób, że posiadały typowe błędy wykonawcze. Dolna część była odpowiednio wykonana, z lub bez kołków EPS.

Aktywna analiza termograficzna

Próbka ściany monitorowana i analizowana była podczas cyklu ładowania i rozładowania przez energię słoneczną. Jej okresowe obrazy termiczne były rejestrowane i przechowywane. Dzięki aktywnej termografii, ładowanie odbywało się przez promieniowanie słoneczne i wywierało wpływ na powierzchnię próbki testowej. Podczas fazy rozładowania określana była struktura, w której gromadzona jest energia, a następnie monitorowano uwalnianie energii w cieniu. Do tego badania ANIT zdecydował się na użycie kamery termowizyjnej FLIR T640 , która okazała się być najlepiej dostosowana do tego typu badania.

 Rys.1 Wzór układu testowego przed pokryciem.

Przenikanie ciepła w różnych warunkach

Aby prawidłowo zrozumieć to, co wydarzyło się w różnych przypadkach wskazanych na obrazie termograficznym, należy przeanalizować i poznać ewentualne anomalia, dotyczące wymiany ciepła w zmiennych warunkach na powierzchni izolacji.

Przy przepływie ciepła w zmiennych warunkach (tj. zmiennych temperaturach powierzchni) odporność termiczna przewodności właściwej i grubość każdego z tych materiałów nie są wystarczające do określenia właściwości termicznych różnych warstw. W rzeczywistości, należy również wziąć pod uwagę gęstość i ciepło właściwe materiałów. Parametry, które charakteryzują materiały w warunkach zmiennych połączonych z promieniowaniem struktury powierzchni zewnętrznej izolacji cieplnej są nazywane efektywnością termiczną.

Efektywność termiczna jest miarą zdolności cieplnej penetracji energii. Istotna jest: temperatura powierzchni zewnętrznej izolacji cieplnej, którą poddaje się silnemu wpływowi promieniowania słonecznego. Następnie bada się w jaki sposób materiał z poziomu powierzchni prowadzi ciepło do kolejnych warstw materiału w połączeniu ze zdolnością materiału do gromadzenia ciepła. Efektywność w tym kontekście wyraża się, jako łatwość materiału do ogrzewania, za pomocą promieniowania słonecznego wewnątrz: im niższa wartość, tym mniejsza jest ilość energii potrzebnej do ogrzewania materiału.

Próbka badawcza składa się z kilku materiałów o różnych wartościach efektywności cieplnej:

Klej do izolacji (EFR. = 906), EPS z dodatkiem grafitu (eff = 27) i PCV - z kołkami (eff = 530).

Wykres 1 przedstawiający różnice temperatur, które występują na górnej części próbki podczas obciążeń termicznych, w których są obecne i celowe błędy instalacyjne.

Wykres 2 temperatury prezentujący górną część próbki pokazuje, że nie ma materiału izolacyjnego o małej przewodności cieplnej, o ograniczonej pojemności cieplnej, kleju i kołków PVC, które mają wysoką przewodność cieplną oraz większą pojemność cieplną. Z uwagi na energię zmagazynowaną w wyniku promieniowania słonecznego izolacja chłodzi się szybciej, ponieważ ilość zmagazynowanej energii jest mniejsza to znaczy, że ma objętościowo mniejszą pojemność cieplną.

Analiza próbki

Analiza właściwości materiałów wykazuje różne zachowanie pod względem energii ładowania spowodowanego promieniowaniem i późniejsze opróżnienia energii wskutek cienia.

a) po naświetleniu promieniowaniem słonecznym stymulacja ogrzeje powierzchnię. PCW i klej, mają większą efektywność niż EPS, więc będą one początkowo chłodniejsze niż SWW i EPS ogrzeje się łatwiej. Kołki i odcinki klejone będą najzimniejszym punktem powierzchni.

b) Następnie badana próbka jest schładzana w cieniu. PVC i klej mają większą objętościową wydajność ciepła, dzięki temu te materiały zgromadziły więcej energii cieplnej, a tym samym będą początkowo cieplejsze niż EPS. Materiał EPS szybciej ostygnie; kołki i spoiny klejone będzią najgorętszymi punktami na powierzchni.

Analiza termiczna jasno określa, że istnieją dwa rodzaje warstw powierzchniowych:

materiał izolacyjny o małej przewodności cieplnej i ograniczonej pojemności cieplnej, klej i kołki PCV posiadające wyższą przewodność cieplną oraz większą pojemność cieplną. Podczas wykonywania analizy zdjęć termograficznych, osoba wykonująca pomiar musi być świadoma tego, co jest identyfikowane jako anomalia powierzchni: konieczne jest, aby zrozumieć, zewnętrzny system izolacji cieplnej, a to jak stwierdzono w odpowiednich warunkach środowiskowych, może być uważane jako wada.

Kamera FLIR T640bx

ANIT zdecydował się na wykorzystaniekamery termowizyjnej FLIR T640bx z powodu różnych wymagań technicznych. Badanie próbki wymaga możliwości zbadania luki temperatury blisko 0,5 ° C, do rejestrowania i kontrolowania powierzchni automatycznej zmiany temperatury podczas upływu czasu. Potrzebny aparat również musi być w stanie generować wysokiej jakości obrazy wideo, które mogłyby aktywnie badać zachowania termiczne powierzchni.

Kamera FLIR T640bx idealnie się do tego nadaje. T640bx to wysokiej klasy kamera termowizyjna z wbudowaną wizualną kamerą o rozdzielczości 5MP, opcją wymiennych obiektywów, auto-focusem i dużym 4,3" ekranem dotykowym LCD. Łączy w sobie doskonałą ergonomię z najwyższą jakością obrazu, zapewniając wyrazistość i dokładność oraz rozbudowane możliwości komunikacyjne.

Rys.4 T640bx to wysokiej klasy kamera termowizyjna z wbudowaną kamerą o rozdzielczości 5MP światła widzialnego.