CC BY
62
УДК 658.652
Горячев В.Я., Голобоков С.В., Кожичкин Д.А.
Пензенский государственный университет, г. Пенза
ДИАГНОСТИКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ МЕТОДОМ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Аннотация. Представлены результаты тепловизионных исследований внешних ограждающих конструкций промышленных зданий. Приведены типичные примеры дефектов монтажа и разрушения покрытий в процессе эксплуатации.
Ключевые слова: тепловизор, потери тепла, дорожка холода.
Современный уровень развития техники и технологии отличается высокой сложностью и энерговооруженностью объектов, высокой степенью автоматизации, безопасности и экономичностью. Однако по мере усложнения систем и алгоритмов управления снижается надежность отдельных элементов и систем в целом. Оптимизация технологических процессов требует точного регулирования систем, задания и поддержания режимов работы. Отклонения от установленных режимов снижают производительность установок и качество продукции, могут привести к развитию аварийных ситуаций.
Для сохранения заданного уровня надежности проводятся регламентные и профилактические работы, периодический контроль, диагностика и самодиагностика систем управления. Перспективным направлением в настоящее время считается ранняя диагностика, позволяющая обнаружить отклонение режимов и технического состояния объектов. По результатам периодических обследований можно проследить тенденции дрейфа характеристик и спрогнозировать время наступления отказа и периодичность профилактических работ.
В последнее время тепловизионные исследования получают все более широкое распространение для диагностики технического состояния объектов в различных областях науки, промышленности, энергетики. Тепловизор - портативный прибор, позволяющий измерить яркостную температуру поверхностей. Измерения выполняются дистанционно, по энергетической светимости нагретой поверхности исследуемого объекта [1,2]. Современные тепловизоры преобразуют изображение в инфракрасных лучах в видимое в заданной цветовой гамме и присваивают каждому пикселю соответствующее значение температуры. Типовое разрешение современных тепловизоров — 0,1°C.
В современных приборах автоматически выполняется отстройка от температурного фона - окружающей температуры. Кроме того, в памяти прибора заложены коэффициенты излучения основных материалов - металлы, пластмассы, кирпич, бетон, керамика и т.п., что позволяет автоматизировать обработку изображений и существенно повысить удобство в использовании [2,3].
На рис 1. представлен видимый и тепловой снимок в лаборатории ПГУ, на примере которого можно проследить распределение температур и алгоритмы обработки теплового изображения.
Рис. 1 - Температурные поля в лаборатории ПГУ
Значения температур в контрольных точках, отмеченных крестиками:
М1 - самая горячая точка, электрический чайник, 60°С;
М2 - открытая поверхность кожи человека, 32,9°С;
М3 - поверхность верхней одежды 19,1°С;
М4 - фон, соответствует средней температуре объекта 16,7°С;
М5 - самая низкая температура, поверхность наружной стены 14,6°С.
Программа обработки изображений «Ir-Soft» позволяет провести статистический анализ и представить относительную долю поверхности объекта с заданной температурой [2]. На тепловом снимке квадратом выделена интересующая область. На рис.2 представлена гистограмма площади поверхностей с разными температурами.
14 J *С M-xlhuvw ь1.Ь X Среднее хачемме 70 8 к 70,0
КЗ 19,7 25,0 30,3 JV 41,0 4*3 51,7 57,0 62.3 67,6
*С
Рис. 2 - Гистограмма выделенной области с различной температурой
Поверхность кожных покровов человека с температурами от 30 до 35°С занимает около 10% от общей поверхности выделенной области. Программа автоматически определяет максимальную и минимальную и подсчитывает среднюю температуру - 20,8°С.
Горизонтальными и вертикальными линиями можно задавать направления и строить температурный профиль в интересующей части выделенного объекта. На рис.3 представлены профили температур Р1 - на высоте 1,5 м от пола и Р2 - на плоскости стола.
Тепловизионные исследования внешних ограждающих конструкций зданий и сооружений позволяют определить режимы работы энергетических объектов, обнаружить места утечки тепла, измерить температуры отдельных элементов, градиенты температур и оценить техническое состояние объекта [2,4]. Типичные дефекты здания панельного типа представлены на рис. 4-6.
Рис. 4 - «Горячие» пятна на внешней поверхности панелей
При рекомендуемой толщине стен для средней полосы России порядка 600 мм толщина панелей составляет около 300 мм, этого явно недостаточно. В результате наблюдается нагрев внешних поверхностей панелей и повышенная потеря тепла в местах монтажа системы отопления.
Рис. 5 - Типичные нарушения технологии монтажа
На рис.5 в т. М2 разрушена заделка швов между панелями; в т. М1 слабая тепловая изоляция цоколя, внутри подвала имеется нагретый объект, это вызывает усиленный отток тепла. Равномерно «фонит» вся поверхность стен.
На рис.6 также наблюдается нагрев участков внешних поверхностей стен элементами системы отопления и потеря тепла через эти участки.
Рис.6 - Утечки тепла через стыки и поверхности стеновых панелей
Тепловизионные снимки позволяют выявить конструктивные недостатки и нарушения технологии при монтаже, ремонте и эксплуатации здания. На рис.7 представлен тепловой снимок наружной стены на лестничной площадке. Температура точек М6 и М7 составляет 10°С при температуре фона на уровне 13°С. Каркас здания выполнен из сборного железобетона и металлоконструкций. Недостаточ-
ное утепление создает мостики холода тепла.
в форме металлопроката, через которые происходит утечка
1П*С
ю а *с
Рис. 7 - Дорожки холода на внутренних поверхностях пола коридора
На рис.8 представлен другой фрагмент наружной стены здания. Утечки тепла наблюдаются через поверхность стены, трещины и щель в оконном проеме. На поверхности стены обнаружены более холодные области - темно-синие пятна, скорее всего, как следствие намокания стены, промерзания и отслоения штукатурки в центре снимка.
Рис. 8 - Участок наружной стены
Другой типичный дефект - монтаж подоконника, представлен на рис. 9.
а?-*
Рис. 9 - Снимок подоконника в коридоре
На снимке хорошо видна щель между стеной и оконным блоком - М5. Температура составляет около 8°С. Также заметна дорожка холода в стойке крепления подоконника - М4. Просматриваются точки крепления гвоздями или шурупами - М3. Температура поверхности стены составляет около 12°С.
На рис. 10 представлены кирпичная кладка без штукатурки. На поверхности видны глубокие трещины, кладочный раствор частично разрушен. В результате через щели наблюдается потеря тепла.
Рис. 10 - Кирпичная кладка
Монтаж пластикового окна (рис. 11) выполнен некачественно. В т. М1 обнаружена щель, через которую идет утечка тепла. Заполнение монтажных зазоров пеной в т. М2 также выполнено с нарушением технологии.
Рис. 11 - Пример установки пластикового окна
На рис. 12. представлен снимок входной двери. Современная металлическая дверь с хорошим утеплителем, потерь тепла через поверхность практически нет. Но при установке дверь перекошена в раме, дверное полотно неплотно прилегает к уплотнителю. В верхней левой части обнаружена локальная зона с перепадом температур от минус 20 до +17°С, и потери тепла через щель.
Рис. 12 - Входная дверь
На рис. 13 представлен снимок металлических ворот в цех для въезда грузовых автомобилей. Ворота имеют хорошее утепление, и через их поверхность потерь тепла не наблюдается. Однако за счет неплотной подгонки створок в верхней части образуется зазор между стеной и створкой. Температура в зазоре - т. М1 составляет 20°С, при наружной температуре минус 20°С. Через неплотности ворот за счет сквозняков идет колоссальная потеря тепла.
Рис. 13 - Ворота в цех
Многие из указанных дефектов визуальному контролю не поддаются. Тепловизионные исследования позволяют оперативно, с минимальными затратами времени провести диагностику и оценить техническое состояние здания [4, 5]. Выявление слабых мест и дефектов позволяет своевременно запланировать объемы ремонтных работ, проверить качество ремонта, и тем самым повысить надежность объектов в эксплуатации и снизить расходы на их содержание.
Своевременное обнаружение и устранение дефектов конструкции позволяет свести к минимуму вероятность отказов и предотвратить развитие аварийных ситуаций в зимний период, когда ликвидация последствий связана с остановкой производства и значительными потерями.
ЛИТЕРАТУРА
1. Инструкция по эксплуатации тепловизора «Testo-882».
2. Сайт www.testo.ru
3. Интернет-ресурс http:// sat-infrared.ru/
4. Сайт www.e-v-t.ru/SHOP/FILES/TESTO/teplovisors testo building
5. Дроздов В.А., Сухарев В.И. Термография в строительстве — М.: Стройиздат, 1987. — 237 с.
