Wat is thermografie?
Thermografie is een techniek waarbij met speciale apparatuur infraroodstraling gemeten wordt. Alle objecten met een temperatuur boven het absolute nulpunt (0 Kelvin/-273°C) zenden infraroodstraling uit. Infraroodstraling valt onder het zichtbare spectrum.
Een lage temperatuur zal zichtbaar worden als blauw en naarmate de temperatuur toe neemt, zal de kleur roder worden. De hoeveelheid straling is afhankelijk van diverse eigenschappen en condities van het oppervlak en de omgeving waarin het object geplaatst is. Hieruit wordt de temperatuur gemeten.
Bij gebouwthermografie is niet het doel om te meten wat de temperatuur is, maar wat de verschillen zijn. Hierdoor zal het mogelijk zijn om warmte lekken/thermische bruggen en ontbrekende/slechte isolaties te identificeren.
Hoe wordt thermografie uitgevoerd?
In de thermografie wordt de hoeveelheid energie gemeten door een infraroodcamera en verwerkt tot een thermogram. In dit thermogram staat per pixel een kleurweergave van de gemeten hoeveelheid straling. Wanneer de infraroodstraling op de camera valt, wordt dit door de lens samengebracht op een infrarood detector.
Wat is een thermische brug?
Een thermische brug is een verbinding in de constructie waarbij de warmte beter geleid wordt dan ergens anders in het gebouw. Dit houdt in dat op deze locatie de warmte-isolatie verschilt ten opzichte van de rest van het gebouw. Er zijn een aantal manieren waarop een thermische brug kan ontstaan:
- Gebruikte materialen in de gebouwschil hebben verschillende isolatie eigenschappen;
- de dikte van de gebouwschil is anders op deze plek dan de rest van het gebouw;
- het binnen- en buitenoppervlak verschillen, zoals bij verbindingen van een wand, vloer of plafond;
- een combinatie van de bovengenoemde oorzaken.
In de volgende afbeelding is een schematische weergave van een thermische brug gegeven. Hierin is te zien hoe de pijlen richting de thermische brug worden getrokken. Deze pijlen stellen warmtestromen voor.
De werking van de infraroodcamera
Voor het meten van deze straling gebruiken de camera’s een microbolometer. Een microbolometer bestaat uit een array (een gerangschikte hoeveelheid) van pixels. Een pixel bestaat uit verschillende lagen. In de volgende afbeelding is een schematische weergave van een pixel gegeven.
Wanneer de infraroodstraling op het bovenste oppervlak valt, wordt dit door het materiaal geabsorbeerd. Een deel van de straling gaat door het eerste oppervlak heen. Dit komt door de transmissie. Hierdoor zit er een reflecterende laag onder de absorptie laag.
Tussen de eerste twee lagen zit een laag lucht. Deze laag lucht zorgt ervoor dat er geen geleiding plaatsvindt tussen deze twee lagen. Om een optimale hoeveelheid energie te absorberen, reflecteert de reflecterende laag zoveel mogelijk straling terug op de absorptie laag.
De schakeling die het uitlezen van de gegevens verzorgt, bestaat uit NTC-weerstanden. Deze weerstanden zijn weestanden met een negatieve temperatuur coëfficiënt. Dit houdt in dat wanneer de temperatuur toeneemt, de weerstand afneemt. De verschillen in weestand die ontstaan worden vertaald naar een thermogram.
Temperatuurgevoeligheid
De temperatuurgevoeligheid van de camera, is de kleinste verandering in temperatuur die de detector kan waarnemen. Dit houdt in dat wanneer de gevoeligheid 0,01°C is, het kleinste verschil dat de camera kan waarnemen, één honderdste graden is.
Resolutie
Elke pixel in de foto van een infraroodcamera is gekoppeld aan een waarde voor de temperatuur. De resolutie van de foto betekent dus het aantal meetpunten. Als voorbeeld, bij een resolutie van 1280 x 720, zijn er dus 921.600 meetpunten.
Belangrijke eigenschappen van de camera
De twee belangrijkste eigenschappen van een infraroodcamera zijn de temperatuurgevoeligheid en de resolutie.
Belangrijke factoren bij een meting
Er verschillende factoren die de resultaten van de metingen kunnen beïnvloeden. Hierdoor kunnen metingen onbedoeld verschillen in overeenkomstige situaties.
Belangrijke eigenschappen van de camera
Als eerst is het belangrijk om rekening te houden dat een infraroodcamera alle infraroodstraling detecteert. Deze straling bestaat uit drie onderdelen. Deze zijn emissie, reflectie en transmissie. De totale infraroodstraling is een simpele optelsom van deze onderdelen. Dit wordt beschreven in de volgende formule:
ε + ρ + τ = 1
ε : De emissiefactor
ρ : De reflectiefactor
τ : De transmissiefactor
In de afbeelding is zichtbaar wat deze soorten stralingen precies doen.
De reflectie is de hoeveelheid infraroodstraling die door een materiaal wordt gereflecteerd vanuit de omgeving. Als er geen rekening wordt gehouden met de reflectie, kunnen er verkeerde conclusies worden getrokken. De temperatuur kan dan hoger liggen dan dat werkelijk de situatie is. Het is mogelijk om zelf deze temperatuur te compenseren via de camera of achteraf met de bijbehorende software.
De transmissie is de hoeveelheid infraroodstraling die een materiaal door laat schijnen. Als de transmissie van een materiaal hoog is, geeft de infraroodcamera informatie over het object achter het materiaal. Hierdoor kunnen dus verkeerde conclusies getrokken worden. Echter wordt vaak de transmissie verwaarloost, aangezien de meeste materialen weinig of geen transmissie hebben.
De emissie is de hoeveelheid infraroodstraling die door een materiaal of object zelf wordt uitgezonden. Deze straling is van belang voor het maken van een thermogram. Deze emissiefactor hangt af van de materiaaleigenschappen en ligt tussen 0 en 1. Deze factor is de verhouding tussen straling van een oppervlak en het oppervlak van een zwarte straler op dezelfde temperatuur. Een zwarte straler is een object zonder reflectie en straalt alle geabsorbeerde straling uit naar de omgeving.
De invoelden van het klimaat op infraroodmetingen
Het klimaat kan op verschillende manieren invloed hebben op de infraroodstraling.
Te beginnen bij neerslag. Wanneer een muur of gevel nat is, zal er veel energie nodig zijn voor verdampen. Deze energie kan uit het gebouw, waar de meting plaatsvindt, worden onttrokken. Hierdoor zal de gemeten temperatuur lager liggen dan wat deze in werkelijkheid is.
Tegenover neerslag is de zon. Ook deze heeft invloed op de metingen. Wanner de zon op een gebouw of gevel staat, zal deze veel energie ontvangen. Ook dit heeft invloed op de metingen. In dit geval zal de temperatuur hoger zijn dan wat deze in werkelijk is. Om deze invloeden te beperken kan er alleen in de nacht of bij bewolking gemeten worden. Daarnaast dient er een minimaal verschil in temperatuur tussen binnen en buiten te zijn van 10 °C, zodat de foto’s duidelijk genoeg zijn.
Eventuele andere invloeden
Tot slot zijn er ook nog andere invloeden die voor verschillen in de metingen willen zorgen. De binnen en buiten situatie dient bekend te zijn als er een meting gaat plaatsvinden. Als deze bekend zijn, zijn de ontstane verschillen eenvoudig te verklaren. Denk hierbij aan radiatoren die nog open staan. Indien deze dingen vergeten worden, zal dit zorgen voor verkeerde conclusies.
Als laatst is er de bereikbaarheid van het te meten gebouw of gevel. Ook deze heeft invloed op de kwaliteit van de gemaakte thermogrammen. Mocht het gebouw of huis niet goed bereikbaar zijn, doordat deze is geplaatst in een bos, kan het erg lastig worden om bruikbare foto’s te maken. Het kan zelfs zo zijn dat het hierdoor onmogelijk wordt om goede metingen te verrichten.
Voorbeelden van succesvolle thermogrammen
Huis met lek raam
Het eerste voorbeeld is een huis met een lek raam. Dit is te zien doordat het grote raam aan de voorkant. Hier is een grote rode vlek zichtbaar, wat bekent dat het warm is aan de buitenkant van het raam.
Huis met een lek kozijn
Het tweede voorbeeld is een raam met een lek kozijn. Dit is te zien door de warme omgeving onder het balkon. Net als bij het eerste voorbeeld is het hier erg rood, wat betekent dat hier sprake is van een luchtlekkage.
Twee onder een kap woning waarvan een woning onbewoond is
Het laatste voorbeeld is van een twee onder één kap. Een conclusie die hieruit getrokken kan worden, is dat er waarschijnlijk een onbewoonde kant is (dit is de blauwe kant). Dit omdat er vrijwel geen warmte vanuit deze kant komt.