Reklama
 
 
 
Reklama
Osobliwości występujące przy termowizyjnych badaniach obiektów chłodniczych
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 23.06.2017

W artykule przedstawiono jakościowy i ilościowy wpływ ewentualnych błędów popełnianych przy ocenie emisyjności badanego obiektu oraz temperatury jego otoczenia na wynik termowizyjnego pomiaru temperatury tego obiektu, zwłaszcza w przypadku obiektów chłodniczych. 

 

Na wynik termowizyjnego pomiaru temperatury ma wpływ kilka parametrów, a w szczególności emisyjność badanej powierzchni i temperatura elementów otoczenia badanego obiektu, a także temperatura i wilgotność powietrza atmosferycznego oraz grubość warstwy powietrza pomiędzy kamerą i obiektem (równa odległości kamery od obiektu).

 

Największe znaczenie mają dwa pierwsze czynniki, ponieważ pozostałe są ściśle powiązane z emisją i pochłanianiem promieniowania podczerwonego w powietrzu atmosferycznym podczas pomiaru. Przy niewielkich odległościach obiektywu kamery od badanego obiektu w czasie typowych pomiarów (na ogół rzędu kilku metrów) wpływ ten ma znaczenie drugorzędne.

 

Niedokładne określenie emisyjności lub temperatury otoczenia rzutuje na wynik pomiaru. Wpływ ilościowy błędów popełnionych przy określaniu temperatury otoczenia lub emisyjności na wynik pomiaru zależy od wartości tych parametrów, temperatury badanej powierzchni oraz pozostałych wymienionych wcześniej czynników.

 

W przypadku termowizyjnego badania obiektów chłodniczych, częstym przypadkiem jest sytuacja, w której powierzchnia badana ma temperaturę niższą niż otoczenie. W takim przypadku wpływ ewentualnych błędów w ocenie emisyjności badanej powierzchni ma zupełnie inny charakter, niż w przypadkach gdy temperatura badanego obiektu jest wyższa niż temperatura otoczenia. Może to stanowić zaskoczenie dla niektórych użytkowników kamer.

 

 

Opis przepływu promieniowania cieplnego podczas pomiaru

 

Powierzchnie ciał mające temperaturę wyższą od temperatury 0 K (-273,150C) emitują promieniowanie cieplne [1]. Intensywność tej emisji zależy od tzw. współczynnika emisyjności, przyjmującego wartości z przedziału 0,0÷1,0. Powierzchnie posiadające współczynnik emisyjności (nazywany też w skrócie emisyjnością) równy 1,0 nazywane są ciałami czarnymi, natomiast ciała mające emisyjność równą 0,0 są ciałami doskonale odbijającymi promieniowanie (refleksyjność tych ciał wynosi 1,0). Powierzchnie takich ciał odbijają 100% padającego na nie promieniowania. Dla ciał nieprzezroczystych suma emisyjności i refleksyjności wynosi 1,0 [1].

 

Detektor kamery termowizyjnej reaguje na strumień energii radiacyjnej wychodzącej z badanej powierzchni, który po przejściu przez obiektyw pada na powierzchnię tego detektora [2]. Ciała rzeczywiste charakteryzują się zawsze niższym współczynnikiem emisyjności od jedności w związku z czym od badanej powierzchni odbija się zawsze część promieniowania cieplnego emitowanego przez elementy otoczenia i padającego na tę powierzchnię. W efekcie strumień promieniowania cieplnego wychodzący z badanej powierzchni składa się ze strumienia emisji własnej badanego ciała emitowanego zgodnie z prawem Planck’a [1] oraz strumienia energii emitowanego przez otoczenie i odbijającego się od tej powierzchni. Sumę tych dwóch strumieni w teorii radiacyjnej wymiany ciepła nazywa się jasnością powierzchni [1]. W pierwszym etapie funkcjonowania kamery, jej detektor reaguje na wymieniony strumień energii nazywany jasnością. Podanie do pomiarowego systemu kamery temperatury otoczenia i emisyjności badanej powierzchni umożliwia systemowi pomiarowemu obliczenie „emisji własnej” badanej powierzchni, a w kolejnym kroku wyznaczenie jej temperatury.

 

W celu przeanalizowania wpływu emisyjności badanej powierzchni i temperatury otoczenia na wynik pomiaru termowizyjnego, przyjęto uproszczenie w modelu radiacyjnej wymiany energii w czasie pomiaru, polegające na zaniedbaniu obecności powietrza w przestrzeni pomiędzy kamerą i obiektem, co ma uzasadnienie przy pomiarach z niewielkich odległości. Układ taki przedstawiono schematycznie na rysunku 1., gdzie przedstawiono także występujące w procesie pomiarowym strumienie energii.

 

 

2017 4 82 1

Rys. 1. Schemat przepływu promieniowania cieplnego podczas pomiaru; 1 – badana powierzchnia, 2 – otoczenie badanej powierzchni, 3 – kamera termowizyjna, 4 – emisja własna badanej powierzchni, 5 – emisja otoczenia padająca na badaną powierzchnię

 

 

Następnie dla przyjętego układu przedstawionego na rysunku 1. sformułowano równania bilansów jasności [1, 3, 4, 5, 6], do których w dalszych przekształceniach zastosowano prawa zamkniętości i wzajemności [1]. Wymienione prawa dotyczą matematycznego opisu radiacyjnej wymiany ciepła. Po przekształceniach otrzymano zależność wyrażającą jasność badanej powierzchni:

 

2017 4 82 2

 

gdzie:

h1 − jasność badanej powierzchni, W/m2;

e1, e2 − emisja własna elementów 1 i 2, odpowiednio; W/m2;

T1, T2 − temperatury elementów 1 i 2, K lub 0C;

ε1, r1 − emisyjność i refleksyjność powierzchni 1.

 

 

Wpływ niedokładności wyznaczenia emisyjności badanej powierzchni na wynik pomiaru

 

(...)

 

 

Wpływ niedokładności wyznaczenia radiacyjnej temperatury otoczenia na wynik pomiaru

 

(...)

 

 

Uwagi końcowe

 

Wyniki obliczeń zaprezentowane w artykule są słuszne dla kamery długofalowej (LW) działającej w typowym dla kamer długofalowych zakresie spektralnym 7,5÷13 μm.

 

W artykule przedstawiono wyniki analizy wrażliwości termowizyjnego pomiaru temperatury na niedokładności określenia emisyjności badanej powierzchni i temperatury otoczenia. Jak wykazały obliczenia, wpływy te są szczególnie duże przy niskich wartościach emisyjności badanego obiektu.

 

Typowym przypadkiem występującym podczas badania instalacji chłodniczych i klimatyzacyjnych jest sytuacja, kiedy temperatura badanego obiektu jest niższa od temperatury otoczenia. W takim przypadku zawyżenie emisyjności badanego obiektu powoduje podwyższenie wartości mierzonej temperatury. Jest to pozornie nietypowa właściwość (osobliwość) i dlatego efekt ten może być zaskoczeniem dla niektórych użytkowników kamer, ponieważ w sytuacji gdy temperatura badanego obiektu jest wyższa od temperatury otoczenia (przypadek najczęściej występujący podczas inspekcji termowizyjnych) podwyższenie emisyjności skutkuje obniżeniem wartości mierzonej temperatury.

 

Zawyżenie wartości radiacyjnej temperatury otoczenia wpływa zawsze na obniżenie wartości wyniku pomiaru temperatury. Przy emisyjności większej od 0,8 wpływ ten jest już stosunkowo mały, niezależnie od wartości innych parametrów.

 

Otrzymane współzależności pomiędzy poszczególnymi parametrami są wytłumaczalne w sensie jakościowym, natomiast otrzymane wyniki obliczeń numerycznych przedstawione na załączonych wykresach umożliwiają również ocenę ilościową analizowanych zjawisk.

 

 

 

 

dr inż. Tadeusz KRUCZEK
– Instytut Techniki Cieplnej,
Politechnika Śląska

 

 

LITERATURA:

[1] KOSTOWSKI E.: Promieniowanie cieplne. PWN. Warszawa. 1993.
[2] KRUCZEK T.: Kamery termowizyjne − zasada działania i zastosowania w diagnostyce instalacji. Instalator Polski. nr 4. 2013. s. 30-32.
[3] KRUCZEK T.: Wpływ temperatury otoczenia badanego obiektu na wynik termowizyjnego pomiaru temperatury. Napędy i Sterowanie. nr 5. 2010. s.121-124.
[4] KRUCZEK T.: Znaczenie temperatury otoczenia oraz jej określanie przy pomiarach termowizyjnych. Mat. Konf. „VIII Konferencja Krajowa Termografia i Termometria w Podczerwieni TTP2009”. Ustroń. 2009. s. 61-71.
[5] KRUCZEK T.: Use of infrared camera in energy diagnostics of the objects placed in open air space in particular at non-isothermal sky. Energy. vol. 91. 2015. s.35-47.
[6] KRUCZEK T.: Conditions for the use of infrared camera diagnostics in energy auditing of the objects exposed to open air space at isothermal sky. Archives of hermodynamics. vol. 36. nr 1. 2015. s.67-82.

 

 

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.