Введение к работе
з Актуальность проблемы
Применение инфракрасной (ИК) термографической техники для диагностики строительных объектов известно в течение нескольких десятилетий. Фактически, строительство явилось первой областью гражданского применения ИК аппаратуры, первоначально созданной для военных применений. Прежде всего, страны с холодным климатом, такие как США, Канада, Швеция, Финляндия, Россия и другие, начали использовать ИК термографию для оценки тепловых потерь и диагностики скрытых дефектов в строительных зданиях и сооружениях, прежде всего в ограждающих конструкциях и в перекрытиях крыш. С целью формализовать так называемые базовые процедуры испытаний в указанных странах был разработан ряд национальных стандартов и методических указаний, приведенных в списке литературы [1-И].
В бывшем СССР практические работы проводились с помощью портативных тепловизоров шведской фирмы AGEMA Infrared Systems, начавшей коммерческую активность на союзном рынке с 70-х годов. Применение отечественных тепловизоров в полевой съемке было ограничено их низкими техническими возможностями. Результаты отечественных исследований в указанной области, проводившихся, в основном, во ВНИИ строительной физики, были описаны в монографии {12]. Данная работа была опубликована в 1984 г. и до сих пор является единственным последовательным изложением основ строительной термографии на русском языке.
В силу известных причин, интенсивность отечественных научных исследований, в том числе и в анализируемой области, существенно снизилась в последние годы. Существуют немногочисленные группы практиков Е гг.Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Томске, Новосибирске и некоторых других городах, выполняющих работы по ИК строительно» термографии. В 1987 г. силами специалистов НИИ Мосстроя в Департаменте строительства г.Москвы утверждена методика ИК диагностики в строительстве
4 и это является одним из немногих достижений в данной области за последние десять лет.
Вместе с тем, спад отечественных исследований пришелся на новый качественный скачок в ИК технологии, что привело на Западе вначале к появлению на рынке безазотных тепловизоров, а, начиная с 1998 г., тепловизоров на мозаичных детекторах, расположенных в фокальной плоскости и работающих при комнатной температуре (модель «Термовижн-570» фирмы FSI, США, слившейся в 1997 г. с фирмой AGEMA Infrared Systems). Появление на рынке малогабаритных, имеющих стандартное автономное питание и не требующих наличия встроенных холодильников тепловизоров кардинально изменило ситуацию с практическим применением тепловидения, которое оставалось достаточно экзотическим методом, по крайней мере, в России. Во-первых, расширились сферы применения тепловизоров в строительстве, так, например, при диагностике труднодоступных мест совместно с работами альпинистов (ранее массогабаритные показатели приборов были недостаточными для реальной работы на высоте, внутри дымовых труб и т.п.). Во-вторых, отпал ряд методических проблем, относившихся к тепловизорам прежних поколений (невозможность резкого наклона, проблемы метрологического обеспечения температурных измерений, проблема учета влияния атмосферы на прохождение излучения вдоль трассы визирования и т.д.). В третьих, последние пять лет пришлись на глобальное внедрение компьютерной техники в России, что позволило на высоком научном уровне проводить базовые исследования и качественно оформлять результаты практических ИК съемок. В четвертых, вопросы теплофизического моделирования скрытых дефектов успешно в настоящее время решаются в тепловом контроле конструкционных материалов, которые отличаются от строительных материалов большими толщинами и медленной динамикой тепловых процессов. Все отмеченные особенности применения тепловидения в строительстве не нашли отражения в монографии Дроздова и Сухарева [12], упоминавшейся выше.
Таким образом, актуальность настоящих диссертационных исследований обусловлена необходимостью пересмотра и дополнения теоретических и методических основ применения ИК термографии в строительстве в условиях смены поколения тепловизионных приборов и возрастающей компьютеризация как научных исследований, так и практических работ.
В основу диссертации положены результаты работ, выполнявшихся с 1985 г. в ряде городов сибирского региона совместно со специалистами Томскогс Политехнического Университета и частично Института Оптики Атмосфери (г.Томск).
Научная новизна
-
На основе комбинирования подходов, развитых в тепловом неразрушаюпн» контроле и строительной теплофизике, предложены унифицированные одно и двумерные модели дефектов, характерных для ограждающих конструкцій зданий и сооружений: коррозия несущей конструкции, локально* увлажнение, оседание утеплителя в межпанельном пространстве, локально* изменение сопротивления теплопередаче, протечка воздуха.
-
Оптимизирована компьютерная программа для численного расчет температурных сигналов в известной двумерной цилиндрической моделі внутрешших дефектов, в результате чего впервые обоснован выбор шаго: пространственной и временной сетки для достижения погрешносп определения температуры в дефектной зоне не более 4% по сравнению аналитическим решением одномерной трехслойной модели. Эмпирически! путем установлено, что имеются определенные комбинации шагов п времени и пространству, которые обеспечивают удовлетворительную дл практики точность на уровне нескольких процентов.
-
Предложена трехшажная методика расчета температурных сигналов местах сквозных воздушных протечек, на основе которой разработан!
6 рекомендации по расшифровке тепловизионных изображений в зависимости от давления наружного и внутреннего воздуха, а также высоты здания.
Практическая ценность и внедрение результатов работы
-
Выполнен цикл практических работ по инфракрасной съемке зданий в гт.Северске и Томске, на основания чего разработана и утверждена «Методика тепловизионной диагностики ограждающих конструкций строительных зданий и сооружений». Экономический эффект от внедрения тепловизионного метода в г.Северске оценен в размере 440 тысяч рублей за период с 1990 по 1998 гг.
-
Разработана программа внедрения тепловизионного метода для строительной диагностики в закрытых территориальных образованиях (ЗАТО) и организован соответствующий семинар (г.Северск, 1997).
Апробация работы
Материалы настоящей работы опубликованы в 1-м авторском свидетельстве и в 7-мя печатных работах, в том числе, за рубежом, а также докладывались на 4-х международных и национальных конференциях (см. прилагаемый список).
