Что означает температура поверхности?
Известно, что тепло передается в направлении от более горячего места к более холодному. Но иногда измеряемая температура может ввести в заблуждение. В частности, когда процесс передачи тепла все еще не завершен, температуры еще не достигли своих стабильных пиковых значений. В тех случаях, когда на поверхность оказывают сильное влияние внешние силы – такие как испарение, солнечный свет, ветер или холодный день с чистым небом – измеряемая температура, скорее всего, не будет отражать реальную природу переноса тепла через материалы, видимые при помощи тепловизора. Если не замечать этих влияний или не понимать, как они изменяют результат тепловизорной съемки, то очень легко столкнуться с неприятностями!
В обоих изображениях верхняя часть стены затенена большим выступом, а нижняя ее часть передает тепло солнечного освещения. В левом изображении изолированная (плотно упакованной целлюлозой толщиной 9 см) полость нагрета сильнее, чем окружающие ее каркас стены. Через несколько часов окружающая конструкция нагревается сильнее, чем изолированные полости. Хотя каркас имеет более высокую теплопроводность, и должен был нагреться раньше изолированных полостей, у него намного выше теплоемкость, и для достижения более высокой температуры требуется больше энергии и времени.
Такая дилемма встречается при тепловизорной диагностике зданий, как зимой, так и летом. Например, когда нагрев солнечными лучами приводит к пропусканию тепла сквозь стену, температуры, и рисунки распределения тепла часто получаются обратными друг к другу. Известен случай, когда термографист сообщил клиенту, что северная стена здания изолирована, а южная – нет.
Что же произошло?
Термографист посчитал, что стены находятся в неизменном состоянии, что не соответствовало реальному положению вещей. Оказалось, что в любое время года, когда солнце нагревает наружную часть здания, направление переноса тепла может очень быстро измениться в сторону внутренней части здания. Когда такое происходит, не изолированные полости нагреваются очень быстро. Но совершенно неожиданно в большинстве ситуаций, сразу после этого нагреваются и изолированные полости. В последнюю очередь нагревается сама конструкция здания. На первый взгляд это кажется противоречащим интуиции, так как каркас здания имеет более высокую теплопроводность, чем изолированная полость.
Но объяснение, естественно, заключатся в том, что теплоемкость каркаса здания намного выше теплоемкости изоляции. То есть, необходимо подождать некоторое время, чтобы было передано больше тепла для достижения той же самой температуры. Поэтому, в зависимости от того, когда проводится инспекция стены, стена может выглядеть изолированной или неизолированной. Еще более коварным является то, что в ряде случаев стена может оказаться настолько неоднородной, что будет казаться, что она вообще не имеет каркаса!
Что можно сделать, чтобы избежать таких проблем?
Очень полезно следить за температурами. Если температуры изменяются, это является указанием на то, что передача тепла еще не завершилась, или что действуют незамеченные влияния. Очень удобным способом изображения и выявления такого рода явления может служить "кривая охлаждения".
Можно провести довольно простую демонстрацию. Для этого нужно налить горячую воду в чашку с толстыми стенками, и используя тепловизор, каждые 60 секунд замерять температуру поверхности чашки и температуру поверхности воды. Вычертив по результатам измерений кривую охлаждения для обеих температур, как функцию от времени, можно видеть некоторые интересные тепловые взаимосвязи.
Температура чашки будет возрастать, пока она не достигнет стабильного состояния, после которого чашка начнет остывать до температуры окружающей среды. Горячая вода начнет остывать немедленно, и продолжит делать это до тех пор, пока она тоже не достигнет температуры окружающей среды. Но взаимное поведение этих двух кривых одновременно и интересно и познавательно. Оно может помочь лучше понимать температуру и передачу тепла в реальной работе. Если термографист сталкивается с инспекцией стены в доме или офисе, обращенной к солнцу, то, находясь внутри помещения, можно многое узнать, наблюдая полный температурный цикл!
Температуры могут иметь смысл. Но они могут и сбивать с толку. Если понимать условия передачи тепла и направления тепловых потоков, то температура окажется другом. Но если выполнять беспечные замеры температуры, и думать, что они могут что-то означать, то, скорее всего, можно оказаться в кипятке, и это не каламбур.
В следующий раз будут обсуждаться кратковременные потоки тепла, особенно в строениях. Также будет уделено внимание неприятным тенденциям среди тех отдельных представителей отрасли тепловизорной диагностики, которые уверены в своей способности вычислить тепловое сопротивление по инфракрасным изображениям.
Похожие материалы:
