Metodologia din 13 aprilie 2004

1. GENERALITĂȚI
1.1. Obiectul prevederilor
Termografia este o metodă utilizată pentru vizualizarea, înregistrarea și reprezentarea distribuției temperaturii pe suprafața anvelopei clădirii.
Obiectul metodologiei îl constituie precizarea succesiunii etapelor de efectuat prin care se obține informația termică asupra construcției și prelucrarea acestei informații pentru integrarea sa în proiectele de specialitate.
Metodologia pune la dispoziția specialiștilor:
- o procedură de înregistrare a distribuției temperaturii pe suprafața investigată a anvelopei clădirii/elementului de construcție analizat;
- o procedură de prelucrare a imaginilor termografice în vederea identificării și localizării defectelor de izolare termică și a zonelor de infiltrații de aer din anvelopa clădirilor, respectând prevederile din reglementările tehnice în vigoare.
1.2. Domeniul de aplicare
Prezenta metodologie se aplică la reabilitarea termică a fondului construit de clădiri de locuit.
Metodologia este o procedură eficientă pentru detectarea neregularităților termice ale elementelor de construcție care alcătuiesc anvelopa clădirilor prin examinare termografică. Metoda este utilizată pentru identificarea variațiilor mari ale proprietăților termice, inclusiv etanșeitatea la aer ale componentelor care alcătuiesc anvelopa clădirilor.
Neregularitățile proprietăților termice ale elementelor constituente ale anvelopei unei clădiri au ca rezultat variații ale temperaturii pe suprafețele anvelopei. În acest fel, prin cunoașterea distribuției temperaturii pe suprafața anvelopei se poate evalua structura și poziția punților termice. În mod normal aceste elemente se pot defini pe baza proiectului clădirii, în condițiile din proiect, dar sunt dificil de evaluat în condiții reale, ținând cont de calitatea execuției, îmbătrânirea și degradarea calității materialelor sau în lipsa proiectului de execuție al clădirii.
Temperatura pe suprafață este influențată de structura și umiditatea anvelopei și de debitul de aer care traversează anvelopa clădirii. Distribuția temperaturii pe suprafață poate fi deci utilizată la detecția neregularităților termice datorate defectelor de izolare, conținutului de umiditate și/sau infiltrațiilor de aer din elementele de închidere ale anvelopei clădirii.
Activitatea de termografiere se desfășoară:
- la recepția lucrărilor,
- la cerere,
- în caz de cutremure și mișcări de teren.
- la reabilitări de clădiri.
Termografia se aplică la:
● clădiri cu sursă de căldură interioară:
- construcții civile (clădiri de locuit, clădiri publice),
- clădiri industriale,
● clădiri fără sursă de căldură interioară:
- clădiri de patrimoniu
1.3. Utilizatorii prevederilor
Metodologia se adresează celor care utilizează metoda termografică în construcții, utilizatori potențiali fiind ingineri care se ocupă de expertiza și reabilitarea clădirilor, auditori energetici, ingineri structuriști, energeticieni, specialiști în fizica construcțiilor, arhitecți cu specializarea protejarea patrimoniului construit.
Rezultatele determinărilor constituie date utilizate în fiecare dintre specialitățile în care se aplică metoda termografică.
1.4. Definiții
Termenii utilizați în prezenta metodologie sunt cei din referința normativă EN ISO 7345/1995 (1.6. [2]).
Termenii de utilizare generală se definesc astfel:
Termografie: determinarea și reprezentarea distribuției temperaturii prin măsurarea densității radiației infraroșii (IR) de la o suprafață, incluzând interpretarea mecanismelor întâmplătoare ce produc neregularități în imaginile termice.
Termograf: un sistem sensibil la radiația IR care produce o imagine termică bazată pe temperatura radiantă aparentă.
Imagine termică: imagine care este produsă de un termograf și care reprezintă distribuția temperaturii radiante aparente pe o suprafață.
Termogramă: o imagine termică, obținută printr-o înregistrare a ecranului camerei de luat vederi, pe un suport cu date analogice (bandă magnetică) sau pe un suport cu date digitale (memorie magnetică, dischetă, CD).
Radianță totală: raportul dintre fluxul de căldură și produsul dintre unghiul solid în jurul direcției Delta*) și aria proiectată normal la această direcție (EN ISO 9288: 1996).
NOTA C.T.C.E. PIATRA NEAMT
--------------------------
Temperatură radiantă aparentă: temperatură determinată pe baza radianței totale măsurate.
NOTĂ: Această temperatură este temperatura echivalentă a corpului negru care ar produce aceeași radianță totală.
Densitatea radiației infraroșii: caracteristica distribuției în volum (pe suprafață) a energiei în spectrul IR.
Izotermă: o regiune pe ecran alcătuită din puncte, linii sau arii având aceeași densitate a radiației infraroșii.
Imagine izotermă: imagine termică cu izoterme.
Fereastră atmosferică: domeniu de lungimi de undă transparent pentru radiația IR (nu există absorbție a radiației IR).
1.5. Simboluri
Simbolurile utilizate în prezenta metodologie și unitățile de măsură (ȘI) corespunzătoare sunt:
- R - puterea radiației emise pe unitatea de suprafață [W/mp]
- æ - submultiplu al unității pentru lungime, æ = 10^-6 m
- h - constanta lui Planck, h = 6,626196 * 10^-34 J*s
- k - constanta lui Boltzmann, k = 1,380622*10^-23 J/K
- T - temperatura absolută [K]
1.6. Documente conexe
[1] SR EN ISO 13187/2000
Performanța termică a clădirilor. Detecția
calitativă a neregularităților termice în
anvelopa clădirilor. Metoda termografică
[2] EN ISO 7345/1995
Thermal insulation. Physical quantities and
definitions. (Izolare termică. Mărimi fizice
și definiții).
[3] SR EN ISO 10077/1
Performanța termică a ferestrelor, ușilor și
obloanelor - Calculul transmitanței termice.
Partea I: Metoda simplificată.
[4] SR EN ISO 6946
Părți și elemente de construcție - Rezistența
termică și transmitanța termică - Metodă
de calcul.
[5] SR EN 12524
Materiale și produse pentru construcții -
Proprietăți higrotermice - Valori de proiectare
tabelate;
[6] SR EN ISO 9288
Izolație termică. Transfer de căldură prin
radiație. Mărimi fizice și definiții.
[7] SR EN 22726
Ambianțe termice. Aparate și metode de măsurare
a mărimilor fizice.
[8] NP 048-2000
Normativ pentru expertizarea termică și
energetică a clădirilor existente și a
instalațiilor de încălzire și preparare a apei
calde de consum aferente acestora,
B.C. nr. 4/2001.
[9] NP 049-2000
Normativ pentru elaborarea și acordarea
certificatului energetic al clădirilor existente,
B.C nr. 5/2001.
[10] NP 047-2000
Normativ pentru realizarea auditului energetic
al clădirilor existente și a instalațiilor de
încălzire și preparare a apei calde de consum
aferente acestora, B.C nr. 5/2001.
Metodologia se bazează pe Standardul Internațional ISO 6781 DIN 1983, intitulat: "Thermal performance în buildings. Qualitative detection of thermal irregularities în building envelopes. Infrared method" sau "Performanța termică a clădirilor. Detecția calitativă a neregularităților termice în anvelopa clădirilor. Metoda termografică", care a fost modificat pentru a se ține cont de dezvoltarea performanțelor echipamentului și practicii inspecțiilor, rezultând Standardul European EN 13187/noiembrie 1998. Modificarea principală constă în adăugarea unei proceduri pentru "încercări simplificate cu o cameră de luat vederi în IR". Versiunea română a acestui standard este SR EN ISO 13187/2000.
Completarea adusă prin prezenta metodologie o reprezintă elementele de prelucrare a informației termice și integrarea acesteia în normativele apărute în domeniu.
1.7. Principiul termografiei
În contextul standardului SR EN ISO 13187/2000, termografierea se realizează cu ajutorul unui sistem sensibil la radiația infraroșie care produce o imagine bazată pe temperatura radiantă aparentă a suprafeței vizate. Radiația termică (corespunzătoare domeniului infraroșu cu lambda = 2 - 12 æ) emisă de suprafața vizată este convertită de sistemul sensibil la radiația în infraroșu într-o imagine termică care reprezintă intensitatea relativă a radiației termice. Intensitatea imaginii este funcție de temperatura suprafeței, de caracteristicile suprafeței, de condițiile de mediu și de tipul de senzor.
Procedura de măsurare implică și interpretarea imaginilor termice (termograme).
1.8. Responsabilități
Lucrările se execută de specialiști în IR în colaborare cu specialiști în termotehnica specifică construcțiilor (anvelopă, instalații), și în fizica construcțiilor, respectând prevederile prezentei metodologii.
2. METODOLOGIA PENTRU DETERMINĂRI TERMOGRAFICE ÎN CONSTRUCȚII
2.1. Documentarea lucrării
- Analiza proiectului clădirii investigate privind folosința principală și regimul de exploatare a clădirii.
- Estimarea volumului de muncă în teren și evaluarea necesarului de materiale.
- Estimarea emisivității materialelor de finisaj a suprafețelor vizate din tabelele corespunzătoare (1.6. [2]):
2.2. Strategia înregistrării
- Analiza prognozelor meteorologice și stabilirea perioadei optime pentru înregistrare.
- Stabilirea, de comun acord cu beneficiarul, a unui regim stabilizat de încălzire a clădirii.
- Alegerea poziției stațiilor (punctelor) de vizare.
- Examinarea termografică se realizează conform prevederilor din (1.6. [1]), detaliate în continuare.
2.3. Condițiile generale ale măsurătorilor
Pentru a defini condițiile reale de încercare trebuie să fie luați în considerare următorii factori;
a) specificațiile și capacitățile echipamentului termografic;
b) caracteristicile anvelopei clădirii, adică tipurile corespunzătoare și localizarea sistemelor de încălzire, a elementelor structurale și a straturilor termoizolante;
c) proprietățile radiative ale suprafeței, de exemplu materialele de finisaj;
d) factorii climatici (temperatura și umiditatea relativă a aerului, viteza vântului);
e) posibilitatea unui acces ușor pentru o inspecție ușoară;
f) influențele vecinătății.
Se condiționează existența unui regim termic și aeraulic care poate fi asimilat regimului staționar de transfer de proprietate (căldură și masă):
- Diferența de temperatură de pe fețele anvelopei trebuie să fie de minim 15°C ca să permită detecția neregularităților termice;
- Diferențele de temperatură și de presiune pe fețele anvelopei să fie constante;
- Variația (pe durata înregistrărilor) a temperaturii aerului interior și exterior să fie sub 2°C;
- Anvelopa să nu fie expusă la radiația solară directă;
- Viteza vântului să fie sub 2 m/s.
Dacă examinarea este efectuată în situația unor abateri de la condițiile de încercare prevăzute/preconizate, de acest fapt trebuie să se țină seama la examinarea și evaluarea rezultatelor și trebuie specificat în raportul termografic.
Este posibilă obținerea unor informații privind structura clădirii, și în cazul în care, în lipsa existenței diferenței de temperatură între fețe, se realizează o încălzire locală într-un punct al structurii.
2.4. Dotările minime
Efectuarea încercărilor termografice este condiționată de existența unei aparaturi specifice - termograf, a unor aparate auxiliare de măsurare a unor mărimi fizice necesare interpretării termogramelor, a unor dispozitive conexe necesare funcționării aparaturii de măsură, a unor mijloace auxiliare de măsură și a unor materiale consumabile.
Termograful trebuie să cuprindă:
a) un senzor pentru radiația infraroșie care operează la lungimi de undă între 3 și 12 æm, care poate detecta temperaturi radiante aparente de interes cu o rezoluție suficientă. (Anexa A.1.)
b) un dispozitiv care face vizibilă și afișează sub forma unei imagini termice temperatura radiantă aparentă de pe suprafața examinată.
c) un dispozitiv care face posibilă înregistrarea imaginii termice și dacă este relevantă, măsurarea digitală a datelor (informațiilor).
Aparate auxiliare:
- pirometre, termometre, instrumente de măsură a vitezei vântului, data-loggere pentru temperatura și umiditatea relativă a aerului, umidometre pentru pereți.
Dispozitive conexe:
- acumulatori necesari diferitelor aparate, încărcători pentru acumulatori.
Mijloace auxiliare:
- rulete de 10...30 m, GPS, busolă, binoclu, aparat foto, lanterne.
Material consumabil:
- azot lichid (pentru aparatele care își realizează referința cu ajutorul acestuia).
2.5. Efectuarea înregistrării
1. Informațiile care trebuie să fie înregistrate sunt cele referitoare la temperatura aerului exterior, nebulozitate, precipitații și orice umiditate în exteriorul anvelopei clădirii, cât și condițiile de vânt. De asemenea, se notează orientarea clădirii în raport cu punctele cardinale.
2. Dacă scopul principal al examinării termografice este să localizeze infiltrațiile de aer, diferența de presiune trebuie să fie de cel puțin 5 Pa la locul inspecției. Examinarea termografică trebuie să fie făcută în planul suprafeței caracterizată de presiunea minimă.
3. Trebuie să fie estimate efectele produse de straturile de aer ventilat din pereți sau de la sursele de căldură (dacă există) instalate în clădire (conducte încastrate, coșuri de fum, etc.) asupra temperaturii anvelopei examinate.
4. Trebuie să fie determinate cu o precizie de ±1°C temperaturile aerului interior și exterior, înainte de începerea înregistrărilor. Se recomandă măsurarea cu o precizie de ±2 Pa pe fața expusă la vânt și opusă vântului la nivelul fiecărui etaj. Se înregistrează valorile constatate. Se identifică direcția diferenței de presiune prin secțiunea anvelopei clădirii și poziția planului neutru, dacă există.
Se pregătește și se reglează termograful în conformitate cu instrucțiunile sale de utilizare: sensibilitatea, domeniul, emisivitatea și apertura sunt fixate prin setări ale reglajelor pentru a acoperi domeniul de temperatură al suprafeței care se studiază.
Variațiile în temperatura radiantă aparentă din imaginea termică a suprafeței anvelopei clădirii trebuie să fie măsurate cu o precizie de max (±10% sau de ±0,5°C). Temperatura de referință a suprafeței se determină cu o precizie de ±0,5°C.
Examinarea trebuie să înceapă cu efectuarea unei încercări preliminare pe suprafața anvelopei. Se studiază în detaliu părți ale suprafeței care prezintă interes special sau zone care prezintă anomalii. Trebuie să fie înregistrate termograme ale părților selectate ale anvelopei investigate (părți care nu prezintă defecte cât și părți în care se bănuiește prezența defectelor de construcție).
Pentru a decide dacă o variație a radiației de la suprafața implicată se datorează reflexiei de la o altă suprafață este cel mai bine să se studieze suprafața din diferite poziții pentru că, în general, reflexia se va modifica cu poziția.
Pozițiile părților reprezentate în termograme trebuie să fie indicate pe un plan sau schiță a clădirii.
Dacă termogramele indică infiltrații de aer, acestea trebuie verificate prin măsurători ale vitezei aerului, dacă este posibil.
2.6. Interpretarea rezultatelor
Examinarea termografică a părților de construcție cuprinde:
- determinarea câmpului de temperaturi superficiale pe o parte a unei anvelope a clădirii, pornind de la distribuția temperaturii radiante aparente obținută prin intermediul unui sistem sensibil la radiația infraroșie;
- analiza câmpului de temperaturi superficiale, constatarea defectelor de izolare, conținutului de umiditate și/sau infiltrațiilor de aer;
- în cazul neizotermiei - evaluarea tipului și dimensiunii neizotermiei suprafeței.
2.7. Modele termografice
Neregularitățile izolației termice, etanșeitatea la aer și structura clădirii vor produce diferite modele ale temperaturii superficiale. Anumite tipuri de defecte au o formă caracteristică într-o imagine termică, în evaluarea termogramelor trebuie să fie considerate următoarele caracteristici ale modelului:
- uniformitatea temperaturii radiante aparente în raport cu secțiunile suprafețelor structurilor similare în care nu exista punti termice;
- regularitatea și incidența secțiunilor mai reci sau mai calde, de exemplu la parapeti și la colturi;
- localizarea contururilor și a formei caracteristice a secțiunilor mai reci sau mai calde;
- diferența masurata între temperatura medie a unei suprafete a structurii analizate și temperatura secțiunilor selectate mai reci sau mai calde;
Neregularitatile în aspectul unei termograme indica adesea un defect al anvelopei cladirii. Aspectul unei termograme referitoare la o construcție cu un defect poate varia considerabil.
- Infiltratiile de aer (la imbinari și intersectii) în anvelopa cladirii produc forme neregulate cu margini neregulate și variatii mari de temperatura;
- Lipsa izolatiei produce forme regulate și bine definite neasociate cu aspectul structurii cladirii. Aria defectului are o variație de temperatura relativ uniforma;
- Umiditatea prezenta în structura produce în mod normal un model pestrit și difuz. Variatiile de temperatura nu sunt externe în cadrul modelului.
Pentru acele părți ale anvelopei cladirii în care a fost detectata prezenta defectelor de izolare termica și a infiltratiilor de aer, trebuie să se faca o scurta analiza a tipului și extinderii fiecarui defect.
Rezultatele incercarii pot fi verificate prin efectuarea de sondaje în zonele suspectate a fi cu defectiuni sau prin prelevare de carote și prin supunerea acestora unor examinari vizuale. Acest supracontrol local, distructiv, va fi extrapolat la scara intregii cladiri (înregistrări termografice).
2.8. Procedeul general pentru interpretarea imaginilor termice
Etapele importante ale interpretarii imaginilor termice sunt cuprinse în algoritmul prezentat în continuare:
┌───────────────────────────────┐
┌───────────────────────────────┐
│
1. Desene arhitecturale, etc.│
│ 2. Condiții interne și externe│
└────────────┬──────────────────┘
└───────────┬───────────────────┘
└───────────────┬───────────────────┘
│
v
┌─────────────────┐
┌----------------------------┐
│ 3. Determinarea │
|4. Informații suplimentare, |
│
distributiei │<───|de exemplu termograme de
|
│
temperaturii │
|referința ale unei structuri|
│
anticipate
│
|similare fără defecte
|
└──────────────┬──┘
└----------------------------┘
│
v
┌─────────────────┐
┌────────────┐
┌─────────────────┐
┌------------------┐
│5. Imagine
│
│6. Evaluarea│
│7. Comparatie
│
|8. Cauze aleatorii|
│termica rezultata│
│distributiei│
│între distributia│
|care determina
|
│din examinarea
├─>│temperaturii├─>│de temperatura
│
┌┤neregularitati
|
│ termografica a
│
│din imaginea│
│anticipata și
│
│|termice ale unor
|
│
cladirii
│
│
termica
│
│ cea reala
│
│|structuri similare|
└─────────────────┘
└────────────┘
└──┬──────────────┘
│└------------------┘
│
┌─────────────┘
│
│
┌---------------------------┐
v
v
|9. Informații
suplimentare|
┌──────────────┐
┌───────────────────────────┐
| (exemplu: termograme ale
|
│
11. Raportul│
│10. Identificarea problemei│<──┤ unei structuri cu defecte,|
│
examenului │<─┤ - Orice neregularitate
│
| calcule etc.
|
│
termografic │
│ termica este definita
│
└---------------------------┘
└──────────────┘
└───────────────────────────┘
Celulele 1, 2, 5, 6, 10 și 11 reprezinta activitatea specialistului IR:
Celulele 3, 4, 7, 8, și 9 reprezinta activitatea specialistului în termotehnica.
Distributia temperaturii anticipate pentru părțile inspectate trebuie să fie determinata utilizand planuri și alte documente referitoare la anvelopa cladirii și la sistemul de incalzire și ventilare al cladirii examinate.
Distribuția de temperatură reală trebuie să fie evaluată din termograme. Dacă această distribuție de temperatură diferă de cea așteptată, acest fapt trebuie să se noteze. Se consideră ca defecte acele neregularități care nu pot fi explicate pe baza proiectului anvelopei în conformitate cu planurile, sau pe baza efectelor surselor de căldură, sau nu pot fi atribuite variațiilor de emisivitate sau valorii coeficientului de transfer termic.
2.9. Raportul tehnic termografic
Raportul tehnic termografic trebuie să includă:
a) descriere a încercării cu referire la standard și o declarație conform căreia a fost efectuată o încercare cu o cameră de luat vederi în IR, numele clientului și adresa completă a beneficiarului;
b) scurtă descriere a construcției clădirii (această informație trebuie să se bazeze pe schițe sau altă documentație disponibilă);
c) tip(uri) de material(e) de finisaj utilizate în structură și valoarea (valorile) estimată(e) ale emisivității acestui (acestor) material(e);
d) orientarea clădirii în raport cu punctele cardinale indicate într-un plan și descrierea împrejurimilor (clădiri, vegetație, peisaj etc.);
e) specificarea echipamentului utilizat, incluzând fabricantul, modelul și numărul seriei;
f) data și ora încercării;
g) temperatura aerului exterior; se dau cel puțin valorile minime și maxime observate:
i) cu 24 h înaintea începerii examinării și
îi) în timpul examinării;
h) informații generale despre condițiile radiației solare, observate pe parcursul a 24 h înainte de începerea examinării;
i) precipitații, direcția și viteza vântului în timpul examinării;
j) diferența între presiunea aerului pe partea expusă la vânt și opusă vântului, oriunde este necesar pentru fiecare etaj;
k) alți factori importanți ce influențează rezultatele, de exemplu variații rapide ale condițiilor meteorologice;
l) declarație asupra oricăror abateri de la condițiile relevante de încercare;
m) schițe și/sau fotografii ale clădirii indicând pozițiile termogramelor;
n) rezultate ale analizei legate de tipul și extinderea fiecărui defect de construcție care a fost observat, extindere relativă a defectului printr-o comparație între partea cu defecte a anvelopei și părți similare de-a lungul clădirii;
o) identificarea părților clădirii examinate;
p) rezultate ale măsurătorilor și investigațiilor suplimentare;
q) recomandări pentru beneficiari;
r) dată și semnătură.