Termoauditi - Termogrāfija

Ēku infrasarkanais jeb siltumattēlojums

Infrasarkanais starojums ir cilvēka acij neredzamais, bet sajūtām labi zināmais siltuma jeb termostarojums. Ēkas siltuma starojuma izcelsmes novērtēšana ir balstīta uz pretējo siltuma plūsmu (ārējās un iekšējās) atspoguļošanu.

Atšķirīgās temperatūras telpā un laikā tiek fiksētas ar termogrāfijas ekipējumu, un starojuma intensitātes mērījuma punkti izveido defektīvo vietu digitālu attēlu.
Infrasarkanā (IS) (angļu valodā – infrared (IR)) staru atspoguļošana jeb vienkārši termogrāfija ir mūsdienīga tehnoloģija, kas ļauj atklāt (kvalificēt) un novērtēt (kvantificēt) siltuma starojuma laukus apsekojuma vietā. Šī diagnostikas metode vizualizē siltumu, t. i., paplašina cilvēka trīsdimensionālo un divdimensionālo vizuālo uztveri.
Infrasarkanais starojums sākas tur, kur beidzas cilvēka redze, tālab to tik vienkārši nevar ieraudzīt, bet citādi tas pielīdzināms «parastai» dienas gaismai. Pēc savas izcelsmes IS starojums ir neredzams cilvēka acij, bet mēs to spējam sajust ar citām maņām. To ir izjutis ikviens, kurš jebkad ir sajutis siltuma starojumu no uguns liesmām karstā krāsnī vai ugunskurā un redzējis tumšsarkanās uguns mēles, kad pastiprinās degšana un izstarotais siltuma daudzums.
Tālab infrasarkanais starojums, paaugstinoties temperatūrai (virs 750o C), kļūst nedaudz «redzamāks» bez speciālām tehniskām ierīcēm. Dabā, sadzīvē IS sarkanais starojums būtībā ir siltuma starojums un to var vizualizēt tikai ar termogrāfa jeb speciāla «siltumaparāta» starpniecību. Jebkurš objekts, ķermenis, kura temperatūra ir augstāka par absolūto nulli (–273o C), izstaro infrasarkano starojumu jeb siltumu, jo tajā notiek lēnāka vai straujāka elementārdaļiņu (atomu, elektronu u. c.) kustība. Šo daļiņu kustība rada siltuma enerģiju. Jo augstāka temperatūra, jo vairāk enerģijas rodas un jo tā ir vieglāk uztverama.

Termogrāfija uztver izstarojumus spectra garajos viļņos divos dažādos «logos» – vai nu starp 3–5 mikrometriem (μm) vai starp 8–14 mikrometriem (μm). Pastāv daudzi apstākļi, kas var ietekmēt ir attēla precizitāti un kvalitāti, piemēram, vējš, materiālu necaurspīdība un caurspīdība, spēja uztvert vai atstarot ir starus, skatleņķis, kādā tiek uzņemts apsekojamais objekts, vides izstarojums un mitruma daudzums apkārtējā vidē un objektā.
IS starojums var tikt pārveidots digitalizētā attēlā ar IS optiskajiem līdzekļiem līdzīgi kā redzamās gaismas fotoaparātā, tikai attēla atspoguļojums ir komplicētāks, un iekārta ir daudzkārt sarežģītāka un dārgāka.
Saskaņā ar fizikas pamatlikumiem siltuma pārnese var notikt trijos veidos: siltuma vadāmības, konvekcijas un IS starojuma ceļā. Siltuma vadāmība (angļu valodā – conduction) ir tieša siltuma enerģijas pārnese cietā objektā no molekulas uz molekulu, un to izraisa starpmolekulārās sadursmes. Konvekcija ir siltuma pārnese šķidrumā vai gāzē (parasti gaisā) no vienas vietas uz citu gravitācijas ietekmē. Starojuma siltuma pārnese notiek infrasarkano staru emisijas un absorbcijas ceļā. Praksē siltuma pārneses novērtēšanā parasti sastopamies ar visu triju siltuma pārneses veidu sajaukumu.

Siltumattēlojums jeb termogrāfija
Infrasarkano staru (IR) termogrāfija ir tehnoloģija, ar kuras palīdzību iespējams uztvert IR starojuma «miksli» un to pārveidot cilvēkam redzamā gaismā, t. i., atspoguļot to digitālā attēlā vai izdrukā uz papīra. Digitālo attēlu, ko iegūst IR kamerā, pēc tam var izmantot, lai novērtētu temperatūru atsevišķos attēla punktos un/vai, lai aprēķinātu objekta izstaroto vai atstaroto enerģijas daudzumu. Izmantojot dažādas krāsu shēmas, var iegūt attēlus ar atšķirīgiem tālākās izmantošanas mērķiem (diagnostikai, analīzei, biznesam, tiesvedībai u. c.).
IR siltumattēlojuma lietojums pēdējā desmitgadē ir pieaudzis, jo termoattēlojums ir kļuvis pieejamāks. Lielās, masīvās termokameras ir pārtapušas portatīvos IR instrumentos. Tas dod iespēju IR inženierim veikt ērtākus un precīzākus objekta uzmērījumus un konstatēt: a) siltumnepietiekamību («slimai» jeb siltumnenoturīgai būvei, ēkai, mājoklim); b) siltumpārmērību (pārslogotam jeb bojātam dzinējam, mašīnai, vilcienam, lidmašīnai, kuģim); c) siltumlabklājību (cilvēkā un viņa dzīves un darbības vidē, tās atbilstību ekspluatācijas, būvniecības un/vai tehniskajiem normatīviem).
IR staru jeb siltumkameras nenodara kaitējumu ne cilvēkam, ne dabai, ne pētāmajam objektam. IR staru detektors ir pārveidotājs, kas uztver saņemto IR starojuma enerģiju un pārveido to digitālā attēlā. Siltumattēla veidošana jeb termogrāfija ir videi un objektam draudzīga un ar to saskanīga metode. Novērtējuma laikā nav jāiekļūst objekta struktūrā: cilvēkā, ēkā, mājoklī, ražošanas iekārtā u. c. Tas ir ļoti vērtīgi, kad runa ir par laiku un drošību.

Termogrāfija uztver izstarojumus spectra garajos viļņos divos dažādos «logos» – vai nu starp 3–5 mikrometriem (μm) vai starp 8–14 mikrometriem(μm). Pastāv daudzi apstākļi, kas var ietekmēt IR attēla precizitāti un kvalitāti, piemēram, vējš, materiālu necaurspīdība un caurspīdība, spēja uztvert vai atstarot IR starus, skatleņķis, kādā tiek uzņemts apsekojamais objekts, vides izstarojums un mitruma daudzums apkārtējā vidē un objektā. Vējš ietekmē objekta siltumattēlu, jo rada neprognozējamas temperatūras nobīdes uz apsekojamās virsmas, kas savukārt deformē siltuma starojumu un līdz ar to arī IR attēlus.
Termoinženieris vai termoauditors nav jāidentificē kā termofotogrāfs. Mūsdienās termoinženieris vai termoauditors gan Amerikas Savienotajās Valstīs, gan Eiropas Savienībā ir pieredzējis sertificēts siltuma jeb IR starojuma apsekotājs, kurš veido siltuma attēlus un pats arī spēj analizēt un izskaidrot virsmas temperatūru un emisivitāti.

Arhitekti un būvnieki – siltuma starojuma dizaineri
Arhitekti veido ēkas siltuma starojumu, projektējot tās siltumnoturību. Padomju laika daudzdzīvokļu apbūvei arhitekti, projektējot ēkas, izmantoja PSRS būvnormatīvus, kas pieļāva trīs četras reizes lielāku norobežojošo konstrukciju (sienu, griestu, logu, durvju, bēniņu) siltuma caurlaidību nekā mūsdienu būvnormatīvi (LBN 002-01).
Siltuma patēriņa un siltuma starojuma apzināšanu Latvijas ēkās būtiski veicināja ES «Ēku energoefektivitātes direktīva» (2002), ES enerģētikas komisārs Andris Piebalgs, valsts aģentūra «Mājokļu aģentūra». To gan nevar apgalvot par Latvijas iekšpolitisko atbalstu energoefektitātei: Latvijas Saeima ir nokļuvusi tikai līdz saistošā likuma («Par ēku energoefektivitāti») 1. lasījumam, savukārt valdība 2007. gadā tā arī neapstiprināja piecus gadus gaidīto atbalsta programmu vecās daudzdzīvokļu apbūves renovācijai.
Ēku ārējo konstrukciju kontekstā siltuma noplūdes var atklāt, parādot nevēlamos termiskos tiltus pat šķietami labi nosiltinātās virsmās. Šīs siltumnenoturības labākie piemēri ir siltumcaurlaidības neviendabīgums gan vecajā daudzdzīvokļu mājokļu apbūvē, to renovācijas projektos, gan jaunajos būvapjomos. Termogrāfija ir noderīga gan gadījumos, kad nepieciešams objektīvs trešās puses novērtējums, gan ēku būvprojektu ekspertīzes līmenī.
Vēl augstāka siltumnoturība, t. i., vismaz trīs reizes zemāka ēkas siltumcaurlaidība salīdzinot ar LBN 002-01, tiek panākta, projektējot zema enerģijas patēriņa ēkas jeb tā sauktās pasīvās mājas. Austrijā un Vācijā šādas ēkas būvē jau desmit gadus, bet Latvijā šādu ēku piedāvājuma mājokļu un biroja telpu tirgū vienkārši nav. Nav apzinātā pieprasījuma, lai gan visnotaļ daudz runājam par vispārēju enerģijas, tostarp siltuma, taupīšanu.

Siltuma starojums un civilā būvniecība
Infrasarkanā starojuma attēlojums jeb termogrāfija ir ne vien mūsdienīga tehnoloģija, bet arī maz lietota diagnostikas metode, kas ļauj kvalificēt (atklāt) un kvantificēt (novērtēt) siltuma starojuma laukus jebkurā apsekojuma vietā. IS starojuma izmantošana civilajā būvniecībā ir neierobežota, lai noteiktu ēkas ārējās un iekšējās čaulas siltuma starojumu, novērtētu arhitekta, būvinženiera, būvuzrauga, būvdarbu veicēja, kā arī ēkas apsaimniekošanas kvalitāti, noskaidrotu siltuma zudumu vietas un apjomu.
Lai gan aktīvās infrasarkano staru termogrāfijas metodes, piemēram, atdzesēšanas (cooling down) vai ieslēgšanas (lock-in) termogrāfija uzlabo rezultātus daudzos novērtējumos, tās civilajā būvniecībā netiek izmantotas. Vairumā gadījumu termogrāfija tiek izmantota šķietami statiskos (quasi-static) gadījumos. Piemēram, pelējuma vietas mērījumu interpretēšana ar termogrāfa palīdzību uz virsmas var būt ļoti sarežģīta atsevišķu dublēšanās efektu dēļ:
emisivitātes maiņa sakarā ar būvelementa sastāva maiņu, siltuma caurplūdes maiņa caur mitru būvelementu, neparasta atdzišana ar plūstoša gaisa palīdzību vai ar neīstas radiācijas avota atspulgu. Atdzesēšanas (cooling down) termogrāfija var tikt izmantota, lai identificētu apakšvirsmas strukturālos trūkumus.
Prakse ir parādījusi, ka aktīvā termogrāfija un IT programmatūras lietojums ir spējīgs identificēt un kvantitatīvi novērtēt strukturālos trūkumus vai mitruma vietas ēkas materiālos un ir jaunatzīts tehniskais paņēmiens, lai pārveidotu šķietami statisko siltuma starojuma kvalitatīvo novērtējumu kvantitatīvā digitalizētā termoattēlā
Ar šo IS starojuma diagnostikas metodi veidotais divdimensiju un/vai trīsdimensiju temperatūras lauks var tikt novērtēts kvantitatīvi, izmantojot mūsdienīgu programnodrošinājumu no jebkura attāluma – pat tad, ja apsekojamam objektam ir ne vien sarežģīta forma, bet arī netradicionāli būvmateriāli. Siltuma starojuma attālas skenēšanas iekārtas ir izstrādātas dažādiem inženiertehniskajiem un saimnieciskajiem risinājumiem.

Autors: Krišjānis Zaķis
Publikācijā izmantotas autora termogrammas
“LATVIJAS BŪVNIECĪBA” Nr.1, 2008