Polska w termowizyjnym obiektywie

Przeprowadzone na zlecenie WWF badanie termowizyjne oddanych w ostatnich latach budynków z trzech polskich miast wykazało, że nowe budynki w większości spełniają obowiązujące normy. Dostępne na rynku rozwiązania pozwalają budować energooszczędnie, a koszty wzniesienia energooszczędnego budynku są tylko nieznacznie wyższe niż budynku tradycyjnego. Co w takim razie powstrzymuje Rząd Polski przed wykorzystaniem tego potencjału?

W roku 2006 oraz w 2009 wykonano serię pomiarów z analizą termograficzną wyznaczonych obiektów budowlanych mieszczących się w Warszawie (przy ulicach: Skarbka z Gór, Komisji Edukacji Narodowej, Rajska, Wyględowska, Sztormowa, Przejazd), Katowicach (przy ul.Baildona, Piastów, Panewnicka, Stabika, Bukszpanowa, oś. Kostuchna) i w Nowym Targu (Kilkuszówka).
Na podstawie wykonanych badań termograficznych wykonano analizę badanych obiektów pod kątem poszukiwania wad izolacji termicznej. Analizę wykonano na podstawie obowiązujących regulacji prawnych w tej dziedzinie oraz posiadanej wiedzy na temat parametrów, jakie budynki powinny spełniać (parametry oczekiwane), bez szczegółowych wyliczeń ilościowych i ekonomicznych.
Oględzinom poddano obiekty dostępne w obiektywie detektora kamery termalnej.

Krótki opis metody termograficznej
Rozkłady temperatury na zewnętrznych powierzchniach obiektów określono metodą termograficzną. Istota tej metody polega na wykrywaniu różnic temperatury na badanej powierzchni. Strumień cieplny przepływający przez dane urządzenie wywołuje na jego powierzchni promieniowanie temperaturowe tworząc charakterystyczne pole temperaturowe. Zatem każdy wzrost temperatury we wnętrzu obiektu będzie miał swoje odzwierciedlenie na mierzonej powierzchni. Zależność ta jest wynikiem istnienia wielu czynników, z których istotny jest rodzaj powierzchni, jej barwa i materiał. Te czynniki uwzględnia współczynnik emisyjności ελ dla danego zakresu fal λe. Warunkiem wykrycia jakiejkolwiek nieprawidłowości jest wystąpienie określonego gradientu temperatur na badanej powierzchni.

Zastosowana aparatura
Budowa zastosowanej kamery termograficznej oparta jest na niechłodzonym detektorze pomiarowym IR FPA oraz germanowej optyce firmy Flir Systems.
Kamera termograficzna umożliwia wizualizację pola temperaturowego na badanej powierzchni w postaci termogramu. Obraz cieplny przedstawiony jest za pomocą gamy kolorów. Rozkłady temperatur na powierzchni obiektu obserwowane są na ekranie ciekłokrystalicznego systemu termograficznego. Prezentowane termogramy opracowane są za pomocą programu komputerowego, wchodzącego w skład systemu termograficznego.

Dane techniczne zastosowanej kamery termograficznej
ThermaCam E300:
Max. zakres mierzonych temperatur -20°C do + 1200°C; Rozdzielczość termiczna 0,08°C; Długość mierzonej fali 7,5µm do 13µm; Rozdzielczość geometryczna 1,36 mrad; Rozdzielczość graficzna 320x240; Kąt widzenia detektora 35° x 25°; Stopień ochrony IP54; Temperatura pracy -15°C do +50°C.
ThermaCam T400:
Max. zakres mierzonych temperatur -20°C do + 350°C; Rozdzielczość termiczna 0,05°C; Długość mierzonej fali 7,5µm do 13µm; Rozdzielczość geometryczna 1,36 mrad; Rozdzielczość graficzna 320x240; Kąt widzenia detektora 25° x 19°; Stopień ochrony IP54; Temperatura pracy -15°C do +50°C.
Oprogramowanie do raportowania ThermaCam Reporter 7.0. Przeglądarka raportów ThermaCam Viewer 7.0. Przeglądarka termogramów Quickviwer 2.0.

Pomiary - omówienie i sugestie 
Termogramy przedstawiają rozkład temperatury danego obiektu w postaci izoterm (jedna barwa odpowiada punktom o tej samej temperaturze). W formie pisemnej każdy termogram jest opisany w wydruku raportu (Obiekt), zaopatrzony w nazwę pliku, z którego został wykonany (File name), datę rejestracji (Date of creation) typ kamery i obiektywu oraz wnioski pomiarowe o stanie danego urządzenia (Uwagi). Ocenę obiektów budowlanych i chłodniczych wykonujemy zgodnie z niektórymi wymaganiami normy PN)EN 13187: 2001 „ Właściwości cieplne budynków, jakościowa detekcja wad cieplnych w obudowie budynków. Metoda podczerwieni” oraz publikacji „Ocena cech energetycznych budynków. Wymagania – Dane - Obliczenia” Maciej Robakiewicz, Biblioteka Fundacji Poszanowania Energii, Warszawa 2005 oraz oprogramowania do analiz energetycznych budowlanych „Audytor OZC”.

Podczas oglądania i interpretacji termogramów należy wziąć pod uwagę następujące sugestie:

• za stan wskazujący na nieprawidłową pracę danego podzespołu, zestyku lub urządzenia elektrycznego, należy przyjąć kryterium różnicy temperatur pomiędzy danym obszarem powierzchni o podwyższonej temperaturze, a jego otoczeniem, powyżej 10°C. Istotna różnica temperatur dla obiektów budowlanych to już ok. 0,5-2^o C
• należy zwrócić szczególną uwagę na zakres temperatury przyporządkowany poszczególnym zdjęciom, gdyż kolory izoterm jednego termogramu nie muszą odpowiadać kolorom i temperaturom pozostałych termogramów;
• istotnym czynnikiem przy interpretacji termogramów jest rodzaj powierzchni i materiału z którego jest wykonany dany element. Wynika to z różnej wartości współczynnika emisyjności mierzonej powierzchni. Dlatego np. niektóre pomalowane elementy mogą mieć na termogramie inną barwę pomimo tej samej temperatury
• przy interpretacji wyników dla szaf zasilających w pomieszczeniach produkcyjnych trzeba wziąć pod uwagę osłony z tworzywa zasłaniającego urządzenia elektryczne; 
• niektóre elementy elektryczne pracują normalnie w podwyższonej temperaturze pracy (np. uzwojenia przekaźników, styczników, wyłączniki termiczne itp.)
• należy uwzględnić stan obciążenia urządzeń elektrycznych; 
• pomocnym elementem oceny urządzeń są termogramy wykonane w poprzednich sesjach; 
• niektóre elementy elektryczne wykonane z gładkich połyskujących metali (np.: aluminium) mają zdolność do odbijania promieniowania podczerwonego, temperatura faktyczna takiego obiektu jest w rzeczywistości inna.

Poza istotnymi wpływami natury metrologicznej (samego pomiaru temperatury), w budownictwie, należy się liczyć z takimi czynnikami jak:
a. nieustabilizowane warunki meteorologiczne. Im warunki są bardzie zimowe, tym termografia jest dokładniejsza. Praktyka pokazuje, że im lepsza izolacyjność badanej ściany tym większe powinny być różnice temperatur miedzy wnętrzem a zewnętrzem budynku;
b. należy uwzględnić wydajność systemów grzewczych budynków lub intensywność ogrzewania poszczególnych pomieszczeń. Może być prawdopodobne, że jeden system grzewczy będzie nastawiony na temperaturę wnętrza znacznie niższą niż w innym ocenianym budynku lub pomieszczeniu;
c. wyliczone wartości współczynnika przenikalności cieplnej przegrody U [w/m² K] mogą być przeszacowane lub niedoszacowane. Jest to wynik dużej ilość zmiennych wpływających na wynik pomiaru termograficznego, a w szczególności pomiaru temperatury powietrza otoczenia danego fragmentu badanej przegrody
d. wyliczenia wykonane oprogramowaniem „Audytor OZC” są wyliczeniami teoretycznymi, nieuwzględniającymi faktycznego stanu technicznego przegród. Przez okres eksploatacji własności materiałów mogły się zmienić, a do tego sposób wykonania materiałów użytych do budowy badanego budynku może nie odpowiadać współczesnym wyrobom lub normom produkcji. Należy pamiętać, ze czas „życia” takich materiałów jak styropian czy wełna mineralna to 25-30 lat.

Metoda termograficzna jest bardzo precyzyjna, jeżeli chodzi o wskazanie miejsca istnienia usterki izolacji termicznej przegrody czy usterki w połączeniu toru prądowego. Ocena efektów energetycznych w przypadku mostków termicznych termoizolacji czy szybkości rozwoju usterki w elektroenergetyce jest możliwa tylko w stopniu przybliżonym, ponieważ zmiennych mogących wpłynąć na wynik takich prognoz jest wiele.

Termogram z prawidłowo docieploną ścianą pokazujemy poniżej. Na wykresie widać rozkład temperatury wzdłuż linii LI01 z bardzo niewielkimi odchyłkami temperatury.

Obrazy termograficzne zewnętrznych (zimnych) powierzchni ścian 3-warstwowych z wentylowaną pustką powietrzną najczęściej nie wykazują istnienia mostków termicznych, bowiem wentylacja pustki obniża temperaturę zewnętrznej warstwy muru do temperatury powietrza otoczenia. Takie wady są widoczne dopiero na termogramach wykonywanych od wewnątrz budynku.

Prawidłowo wykonana więźba powinna charakteryzować się rozkładami temperatur jak na poniższym termogramie.

Termogram ten został wykonany, gdy temperatura powietrza zewnętrznego wynosiła ok. –1,3^oC. Widoczne mostki geometryczne mają niewielkie znaczenie, ponieważ w ich rejonie spadek temperatury jest stosunkowo niewielki (obszar AR02), nie przekraczający temperarury punktu rosy dla normatywnej wartości wilgotności względnej.

Podsumowanie
Analizując wykonane termogramy można stwierdzić, że izolacyjność badanych ścian osłonowych budynków wykonanych i zamieszkałych po roku 2005 wydaje się być w dużej mierze prawidłowa (zgodnie z obowiązującymi przepisami).
Termogramy dotyczące badanych budynków w Warszawie przy ul. Skarbka z Gór wykonane w 2006 r. pokazujące budynki zamieszkałe przed 2005 r., mają słabszą izolacyjność ścian osłonowych, ale na tyle dobrą, by zachować stosunkowo niskie straty ciepła (nie mylić z odpowiednim komfortem cieplnym). Niestety nie można tego powiedzieć o ścianach i elementach więźby mieszkań znajdujących się na zagospodarowanych poddaszach przy ul. Skarbka z Gór.
Komplikacja konstrukcji izolacji termicznej więźby i ścian lukarn oraz brak staranności wykonawców, wywołała pogorszenie jakości wykonania izolacji termicznej. Ujawniona została znaczna ilość mostków termicznych powodujących straty ciepła w tych mieszkaniach oraz, co najważniejsze, wywołało to znaczne pogorszenie komfortu cieplnego mieszkańców. Mostki cieplne, czyli miejsca wychodzenia ścian są tam bardzo rozległe i o znacznych spadkach temperatur w stosunku do temperatury powietrza wewnętrznego. To znaczne wychłodzenie ścian powoduje wykraplanie się wilgoci z powietrza i rozrost ognisk bardzo groźnej dla zdrowia mieszkańców pleśni czarnej.

Obecnie w Polsce we wszystkich mieszkaniach instaluje się szczelną i bardzo szczelną stolarkę okienną, przy częstym braku sprawnych systemów nawiewnych świeżego powietrza. W takich warunkach zainstalowane kanały wywiewne wentylacji grawitacyjnej są całkowicie bezużyteczne, bowiem szczelne okna blokują dostęp powietrza zewnętrznego do mieszkań.
W praktyce często spotkać się można badaniem sprawności wentylacji grawitacyjnej przez uprawnionych specjalistów kominiarskich, zalecających otwieranie okien w celu stwierdzenia drożności kanałów wentylacyjnych. Jest to sytuacja niedopuszczalna i groźna dla mieszkańców. Wentylacja ma bowiem działać zawsze. Otwieranie okien, czyli wietrzenie pomieszczenia, nie jest wentylacją. W skrajnej sytuacji, gdy poziom tlenku węgla lub innej substancji trującej czy uczulającej jest już wysoki i objawy zatrucia mogą zwrócić uwagę mieszkańca na ten problem, może być już za późno. Zatruty człowiek może nie dojść do tego nowoczesnego ale szczelnego okna i nie zdążyć go otworzyć. Prawidłowo wykonane mieszkanie nie wymaga otwierania okien celem wietrzenia. Prawidłowa wentylacja wymienia taką ilość powietrza, która jest wystarczająca dla zdrowia i komfortu cieplnego mieszkańców. Z tego też powodu prawidłowa wentylacja powinna działać ciągle, niezależnie od woli użytkowników budynku.
Należy pamiętać, że wymagana przepisami wydajność wentylacji w kuchni z piecem elektrycznym to 50m³ powietrza na 1 godzinę, a dla kuchni gazowej to 70m³ na 1 godzinę. Przy obecnym typie nowo oferowanych okien, utrzymanie takich poziomów wymiany powietrza możliwe jest  tylko z działającymi prawidłowo nawiewnikami (jako część wentylacji grawitacyjnej) lub przez zabudowę osobnej mechanicznej wentylacji nawiewno-wywiewnej.

Podsumowując, wykonane pomiary wybranych budynków, które można uznać za nowe i zakończone inwestycje wykazują, że izolacyjność cieplna ścian osłonowych jest w ogólności prawidłowa. Zdarzają się niestety błędy wykonawcze izolacji termicznej, co w połączeniu z powszechnie wadliwą wentylacją, może powodować znaczne obniżenie komfortu cieplnego, a tym samym pogorszenie warunków zdrowotnych mieszkańców. Analizowane termogramy w większości pokazują, że w Polsce można wykonywać termoizolacje budynków zgodnie z obowiązującymi regulacjami prawnymi.

Niestety, polskie wymagania prawne dotyczące izolacji termicznych nowo budowanych lub remontowanych budynków są opóźnione o kilka czy kilkanaście lat, względem podobnych wymagań wprowadzonych w takich krajach jak Niemcy czy Szwecja. W tych krajach warunki klimatyczne są podobne jak w Polsce, więc nic nie stoi na przeszkodzie by takie wymagania wprowadzić również u nas.
Argument, że Polaków na to jeszcze nie stać jest niedorzeczny w kontekście wyrównania cen materiałów budowlanych w Unii Europejskiej. Zaostrzenie wymagań dotyczących samych tylko izolacji termicznych ścian osłonowych wydaje się najtańszą i najprostszą techniką osiągnięcia celu. W Polsce buduje się powszechnie budynki z 12- czy 14-cm izolacją. Pewnie z najtańszego ale też najgorszego (termoizolacyjnie) styropianu. Dlatego też wydaje się, że zastosowanie do izolacji termicznych lepszych materiałów o podobnej grubości może przynieść efekt zmniejszenia strat ciepła przez te przegrody o 20 do 30 %. Należy dodać, że taki efekt uzyskać można przy podobnych kosztach robocizny, a lepszy materiał izolacyjny mogą dostarczyć ci sami producenci, co obecnie.

Według autorów należy skierować uwagę opinii społecznej nie tylko na konieczność doizolowania przegród zewnętrznych budynków, ale też na jakość wykonania oraz na prawidłowe działanie innych systemów budynku. Jest to pole kompetencji nadzoru budowlanego, który powinien być odpowiednio przeszkolony w dziedzinie energetyki, powinien posiadać odpowiednie narzędzia prawne oraz narzędzia pomiarowe jak np. kamery termograficzne. Współczesne budynki stają się coraz bardziej skomplikowanymi obiektami. Jedna z pozoru błaha wada projektowa lub wykonawcza, skutkować może niebezpiecznymi konsekwencjami dla zdrowia i kieszeni mieszkańców tych budynków. A jako powszechna praktyka jest to ważne dla całego społeczeństwa. Wszystko to można osiągnąć przez dobre prawo i my, jako społeczeństwo powinniśmy się tego domagać od polskiego rządu.

Wykonawcy:
Pomiary: mgr Michał Major
Pomiary, sprawozdanie i wnioski: inż. Gabriel Miczka, audytor energetyczny w zakresie budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej, członek Zrzeszenia Audytorów Energetycznych, firma założycielska Polish Greend Building Council (PLGBC).