W instalacjach chłodniczych wykorzystuje się różne metody diagnostyki. Jednym z parametrów pozwalającym na diagnostykę układów chłodniczych jest temperatura. Można ją określać, wykorzystując techniki pomiarowe bazujące na metodach kontaktowych i bezkontaktowych. Jedną z metod bezkontaktowych jest pomiar przy pomocy kamer termowizyjnych.

Pomiary parametrów metodami kontaktowymi nie zawsze dają pełną informację na temat pola temperatury badanej powierzchni. Przykładowo przy pomocy termometrów oporowych oraz termoelektrycznych. Generalnie metody kontaktowe pozwalające określić pole temperatury są trudne w realizacji oraz często posiadają wąski zakres pomiarowy (materiały ciekłokrystaliczne).

Alternatywą mogą być metody bezkontaktowe np. bazujące na pomiarze widma promieniowania fal elektromagnetycznych. Kamery termowizyjne wykorzystują fale o długości od 3 do 15 mikrometrów do zobrazowania pola temperatury na powierzchniach o zróżnicowanej geometrii.

Każde ciało o temperaturze wyższej od temperatury 0 K emituje fale elektromagnetyczne. Jego powierzchnia charakteryzuje się określonym współczynnikiem emisyjności (rys. 1).

Rys. 1. Emisyjność wybranych materiałów dla różnej długości fali

Istnieją różne rodzaje kamer termowizyjnych i w zależności od celu do jakiego są one przeznaczone mogą one posiadać różne charakterystyki pracy:

• „„ przy pomiarach w otwartej przestrzeni, często w warunkach niekorzystnej pogody (kamery do zastosowań militarnych – pracują one w niskich obszarach długości fal).
• „„ w warunkach wymagających dużej rozdzielczości temperaturowej – które wykorzystywane są w pomiarach laboratoryjnych i medycznych,
• „„ do pomiarów przemysłowych (kamery te pracują w obszarze wysokich długości fal przy emisyjności zmieniającej się w niewielkim zakresie).

W tabeli przedstawiono emisyjność wybranych, częściej spotykanych w technice chłodniczej, materiałów w zakresie spektralnym dla kamer długofalowych (LW).



Należy podkreślić, iż prawidłowy dobór współczynnika emisyjności warunkuje dokładność pomiarową kamery termowizyjnej. Kamery termowizyjne znajdują zastosowanie:

• „„ w zadaniach związanych z detekcją ruchu i systemami celowniczymi w zastosowaniach militarnych i ochrony granic,
• „„ w diagnostyce (medycznej, przemysłowej, instalatorskiej i budowlanej),
• „„ w systemach meteorologicznych,
• „„ w elektrotechnice.

Pole zastosowań kamer termowizyjnych ciągle się poszerza z racji dość łatwej obsługi jak również szybkiej informacji jakościowej pozwalającej na identyfikację umiejscowienia źródeł temperatury. Na rysunku 2 przedstawiono przykładowe zastosowania kamer termowizyjnych FLIR w zagadnieniach związanych z medycyną oraz techniką zbrojeniową.

Rys. 2. Kamery termowizyjne FLIR w zastosowaniach militarnych i medycznych

Zastosowania kamer termowizyjnych w diagnostyce instalacji z lewobieżnymi obiegami termodynamicznymi

Kamery termowizyjne coraz częściej wykorzystywane są w diagnostyce instalacji chłodniczych i ciepłowniczych w celach np. detekcji wycieków czy określania temperatury wymienników ciepła (rys 3). Wykorzystuje się je również w budownictwie w celu określenia strat cieplnych poprzez tzw. mostki termiczne oraz stwierdzania prawidłowości wykonania prac izolacyjnych.

Rys. 3. Obieg chłodniczy w obrazie kamery termowizyjnej [1]

Diagnostyka termowizyjna obiegów chłodniczych, gdy istnieje potrzeba określenia rozkładu temperatury w wymienniku ciepła (typu powietrze - czynnik chłodniczy), może okazać się niezwykle użyteczna. Kamera termowizyjna może być nieodzownym narzędziem ponieważ jakościowy wynik pomiaru temperatury pozwala określić z dość dobrą dokładnością występowanie obszarów dochłodzenia cieczy, przemiany fazowej oraz przegrzania pary. Diagnozować można zarówno wymienniki ciepła jak również sprężarki oraz zawory rozprężne. Taka diagnostyka może pozwolić na wczesne wykrycie defektów termicznych związanych z powierzchniami martwymi w wymienniku ciepła (zapchane rurki zasilane z kolektora rozprowadzającego), a nawet może pozwolić na wykrycie możliwości potencjalnego uszkodzenia systemu sprężarkowego.

Kamera termowizyjna jednoznacznie pozwala na określenie, czy dobrano prawidłowo wymiennik do instalacji chłodniczej. Termowizja może być również przydatna podczas analizy strat ciepła w komorach chłodniczych. Kolejne zdjęcia (rys. 4) przedstawiają chłodnicę wentylatorową oraz mostek termiczny w ścianie, który przyczynia się do dodatkowych strat cieplnych.

Rys. 4. Chłodnice wentylatorowe oraz mostki cieplne w komorze chłodniczej

Kamery termowizyjne stosowane są również w diagnostyce urządzeń z obiegami lewo bieżnymi realizującymi procesy grzania. Wężownicę ogrzewania podłogowego, współpracującą z pompą ciepła, przedstawiono na rysunku 5. Kamera termowizyjna w tym wypadku pozwala na detekcję uszkodzenia w miejscu jego wystąpienia bez demontażu paneli podłogowych.

Uwarunkowania diagnostyki elementów obiegów lewobieżnych (...)

Podsumowanie

Kamera termowizyjna przy poprawnym skonfigurowaniu pozwala dokonać pomiaru temperatury lokalnej z niewielkim błędem (do 0,5°C). Nawet jeśli nie jest dobrany prawidłowy współczynnik emisyjności materiału, to jakościowy obraz otrzymywany z kamery niesie wystarczającą ilość informacji diagnostycznej by móc określić przyczyny niepoprawnego funkcjonowania systemów chłodniczych.

Obraz z kamery termowizyjnej przedstawia pole temperatury. Można go porównać z obliczeniami projektowymi wykonywanymi przy pomocy kodów CFD.

LITERATURA

[1] Erik BJÖRK, Björn PALM, Johan NORDENBERG: A thermographic study of the one off behavior of an all-refrigerator. Applied Thermal Engineering. 30 (2010) 1974e1984.
[2] KOSTOWSKI E.: Promieniowanie cieplne. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa. 1993.
[3] KRUCZEK T.: Wyznaczanie radiacyjnej temperatury otoczenia przy pomiarach termowizyjnych w otwartej przestrzeni. Pomiary Automatyka Kontrola. Nr 11/2009. s. 882-885.
[4] KRUCZEK T.: Analiza wpływu czynników zewnętrznych na wyniki termowizyjnego pomiaru temperatury. Materiały V Krajowej Konferencji – Termografia i Termometria w Podczerwieni. Ustroń. 14-16 listopad 2002. s.327-332.