Відомо, що тепло передається в напрямку від гарячішого місця до холоднішого. Але іноді вимірювана температура може ввести в оману. Зокрема, коли процес передачі тепла все ще не завершено, температури ще не досягли своїх стабільних пікових значень. У тих випадках, коли на поверхню впливають зовнішні сили - такі як випаровування, сонячне світло, вітер або холодний день з чистим небом - температура, що вимірюється, швидше за все, не буде відображати реальну природу перенесення тепла через матеріали, видимі за допомогою тепловізора. Якщо не помічати ці впливи або не розуміти, як вони змінюють результат тепловізорної зйомки, то дуже легко зіткнутися з неприємностями!
В обох зображеннях верхня частина стіни затінена великим виступом, а нижня її частина передає тепло сонячного освітлення. У лівому зображенні ізольована (щільно упакованою целюлозою товщиною 9 см) порожнина нагріта сильніше, ніж оточуючі її каркас стіни. Через кілька годин довкілля конструкція нагрівається сильніше, ніж ізольовані порожнини. Хоча каркас має вищу теплопровідність, і повинен був нагрітися раніше ізольованих порожнин, у нього набагато вища теплоємність, і для досягнення вищої температури потрібно більше енергії та часу.
Така дилема зустрічається при тепловізорній діагностиці будівель як взимку, так і влітку. Наприклад, коли нагрівання сонячними променями призводить до пропускання тепла крізь стіну, температури і малюнки розподілу тепла часто виходять зворотними один до одного. Відомий випадок, коли термографіст повідомив клієнта, що північна стіна будівлі ізольована, а південна – ні.
Що сталося?
Термографіст вважав, що стіни перебувають у незмінному стані, що не відповідало реальному стану речей. Виявилося, що будь-якої пори року, коли сонце нагріває зовнішню частину будівлі, напрямок перенесення тепла може дуже швидко змінитися у бік внутрішньої частини будівлі. Коли таке відбувається, не ізольовані порожнини дуже швидко нагріваються. Але несподівано в більшості ситуацій, відразу після цього нагріваються і ізольовані порожнини. В останню чергу нагрівається сама конструкція будівлі. На перший погляд це здається таким, що суперечить інтуїції, тому що каркас будівлі має більш високу теплопровідність, ніж ізольована порожнина.
Але пояснення, природно, полягають у тому, що теплоємність каркасу будівлі набагато вища за теплоємність ізоляції. Тобто необхідно почекати деякий час, щоб було передано більше тепла для досягнення тієї ж температури. Тому залежно від того, коли проводиться інспекція стіни, стіна може виглядати ізольованою або неізольованою. Ще більш підступним є те, що в ряді випадків стіна може виявитися настільки неоднорідною, що здаватиметься, що вона взагалі не має каркасу!
Що можна зробити, щоб уникнути таких проблем?
Дуже корисно стежити за температурами. Якщо температури змінюються, це вказує на те, що передача тепла ще не завершилася, або що діють непомічені впливи. Дуже зручним способом зображення та виявлення такого роду явища може бути "крива охолодження".
Можна провести доволі просту демонстрацію. Для цього потрібно налити гарячу воду в чашку з товстими стінками і використовуючи тепловізор кожні 60 секунд заміряти температуру поверхні чашки і температуру поверхні води. Викресливши за результатами вимірювань криву охолодження для обох температур, як функцію від часу, можна побачити деякі цікаві теплові взаємозв'язки.
Температура чашки зростатиме, доки вона не досягне стабільного стану, після якого чашка почне остигати до температури навколишнього середовища. Гаряча вода почне остигати негайно, і продовжить робити це доти, доки вона теж не досягне температури навколишнього середовища. Але взаємна поведінка цих двох кривих водночас і цікава та пізнавальна. Воно може допомогти краще розуміти температуру та передачу тепла у реальній роботі. Якщо термографіст стикається з інспекцією стіни в будинку або офісі, зверненої до сонця, то, перебуваючи всередині приміщення, можна багато дізнатися, спостерігаючи повний температурний цикл!
Температури можуть мати сенс. Але вони можуть і збивати з пантелику. Якщо розуміти умови передачі тепла та напрями теплових потоків, то температура виявиться іншому. Але якщо виконувати безтурботні виміри температури, і думати, що вони можуть щось означати, то, швидше за все, можна опинитися в окропі, і це не каламбур.
Наступного разу обговорюватимуться короткочасні потоки тепла, особливо в будівлях. Також буде приділено увагу неприємним тенденціям серед окремих представників галузі тепловізорної діагностики, які впевнені у своїй здатності обчислити тепловий опір за інфрачервоними зображеннями.