Srovnání infračervené termografie a impedanční defektoskopie jako metod diagnostiky ETICS

Infračervená termografie jako nedestrukční metoda diagnostiky vnějších kontaktních zateplovacích systémů (ETICS) je zdaleka nejpoužívanější metodou, ovšem s jistým omezením. Pro použití infračervené (IČ) termografie pro vyšetřování obvodového pláště je nutné, aby mezi interiérem a exteriérem byl teplotní rozdíl min. 20 K. Tato klimatická podmínka je však splněna pouze v některých měsících v roce.

Pro relevantní výsledky je dobré provádět měření v ranních hodinách ještě před tím, než dojde k tepelné akumulaci ve stavební konstrukci vlivem slunečního záření. Ostatní metody, jako například radarová diagnostika, popř. ultra-zvuková pulzní metoda, nejsou momentálně dostatečně prozkoumány a jejich užití je značně omezeno na úzké spektrum zkoumaných jevů, např. pro zpětnou rekonstrukci kotvicího plánu ETICS nebo pro vyšetření vnesených teplených mostů způsobených kovovými předměty. Navíc ultrazvuková pulzní metoda vyžaduje vytvoření akustického můstku, což omezuje metodu na vyšetřování pouze omezených ploch nebo detailů ETICS. Impedanční defektoskopie je oproti tomu novou metodou, která dává relevantní výsledky pro diagnostiku vlhkostního chování ETICS, které bývá projevem přítomných tepelných mostů či vazeb, popř. zatékání do ETICS.

Cílem článku je srovnat výhody a nevýhody IČ termografie a impedanční defektoskopie, a to na konkrétním případu vady ETICS. Dále chci prezentovat dílčí výsledky výzkumu možného použití impedanční defektoskopie pro diagnostiku ETICS.

Fyzikální princip IČ termografie je možné nalézt v odpovídající odborné literatuře, např. v [1], [2] nebo [3]. Impedanční spektroskopie zatím není pro použití pro diagnostiku ETICS zcela prozkoumána, je nutné čerpat z článků úzce zaměřených např. na výzkum v oblasti chemických roztoků, viz např. [4], nebo v oblasti zkoumání vlhkostních stavů ve stavebních materiálech, např. hydratace betonu [5], popř. střešních tašek [6].

METODIKA MĚŘENÍ A POPIS MĚŘENÉHO OBJEKTU

Popis měřeného objektu
Budova, na které bylo provedeno měření, je situována v jižní části města Štětí v Ústeckém kraji a jedná se severní fasádu pavilónu č. 2 základní školy. Konkrétně byla měřena oblast s vyšším výskytem vlhkosti o velikosti 1,0×1,0 m ve 2. NP v místě dilatační spáry ETICS. Budova byla kompletně zateplena v roce 2010, izolantem byly MW desky o rozměrech 600×1200 mm o tloušťce 140 mm, které byly kotveny k podkladu z plynosilikátu pomocí talířových hmoždinek s ocelovým trnem. Celá budova byla postavena v 80. letech 20. století ve skeletové konstrukční soustavě M71.

Metodika měření – IČ termografie
Pro měření byla použita IČ kamera FLIR e60 Wi-Fi, měření bylo provedeno ráno v 6.30 h v lednu 2014 při zatažené obloze a venkovní teplotě –0,2 °C. Celkem bylo pořízeno 10 snímků detailu plastové dilatační lišty ETICS ve vrchní části fasády s výskytem vlhkosti u atiky stavby. Měření bylo přerušeno v 7.30 h. Vyhodnocení snímků bylo provedeno v softwaru FLIR TOOLS s následnou lokací „spotů“ s odečtenou povrchovou teplotou, jak ukazuje obr. 3. Celkový rozměr detailu byl 400×500 mm.

Výsledkem měření je tedy 2D pole povrchových teplot. Body na levé straně obrázku jsou měřeny pro zjištění povrchové teploty fasády, kde se nenachází žádná vada, a body ve žlutých odstínech palety jsou již měřené body. Místo u atiky je problémové místo s výskytem vlhkosti.

Metodika měření – impedanční defektoskopie
Impedanční defektoskopie je založena na měření impedance materiálu s vnesenou vlhkostí, v našem případě tedy MW desek tepelného izolantu. Metoda umožňuje měřit do hloubky až 100 mm, což je pro náš případ naprosto vyhovující. Přístroj RWS společnosti A.W.A.L. obsahuje dvě elektrody, které generují nízkofrekvenční signály, které procházejí měřeným materiálem. Při známé frekvenci a naměřené impedanci přístroj získává závislost mezi frekvencí a impedancí, která je udávána pomocí tzv. impedančního spektra, charakteristického pro daný materiál s vnesenou vlhkostí. V našem případě je přístroj nastaven na EPS, popř. MW izolaci, s povrchovou omítkovou vrstvou (přístroj lze nastavit i na hydroizolační souvrství střechy) pomocí přepínačů v dolní části přístroje – viz obr. 4.

Měřeno bylo celkem 36 bodů v okolí problémového místa, v každém byla naměřena relativní hodnota vlhkosti v rozsahu 0–100. Je nutné si uvědomit, že přístroj neukazuje absolutní hodnotu vlhkosti, ale jen impedanci převede na hodnotu, která je na přístroji znázorněna jako „vlhkost“ od 0–100 (nejedná se o procenta). Před měřením byl přístroj kalibrován přeměřením na pohled nejvíce vlhkého místa a nejméně vlhkého místa, tj. na okolní fasádě, která nevykazovala známky vlhkosti. Tato kalibrace je důležitá, pokud by se neprovedla a na přístroji by se nenastavila odpovídající citlivost, mohlo by se stát, že i v místech, kde je vlhkost pouze např. poloviční, by přístroj ukazoval nejvyšší hodnoty.

Měření proběhlo v říjnu 2014 při teplotě +8,2 °C. Měření při teplotách pod 3,0 °C nepřináší relevantní výsledky, protože dochází k přeměnám skupenství vody v konstrukci.

VÝSLEDKY MĚŘENÍ, ANALÝZA A KOMPARACE METOD

Výsledky měření z IČ termografie a impedanční defektoskopie
Výsledky měření pomocí IČ termografie jsou znázorněny pomocí infračerveného termogramu – viz obr. 3, kde je znázorněno 2D teplotní pole a dále body, ve kterých byla přímo odečtena dotyková teplota. Pro učení dotykové teploty byl použit software FLIR TOOLS. V místě vizuálně nejvyššího výskytu vlhkosti byla odečtena dotyková teplota 2,8 °C, přímo na fasádě, v místě, kde nebyla viditelná vlhká plocha, byla odečtena teplota 0,6 °C. Tato hodnota byla dále ověřena na dvou dalších místech fasády bez vlhkosti. 2D teplotní pole ukazuje, že dotyková teplota stoupá směrem k oblasti s nejvyšší viditelnou vlhkostí, kde je zároveň vlivem vnesené vlhkosti tepelný most.

Impedanční defektoskopie podává v zásadě obdobné výsledky, jen místo povrchových teplot, které jsou charakteristické pro IČ termografii, dostáváme 2D pole naměřených relativních hodnot vlhkosti. Celkem bylo naměřeno 36 bodů, 6 bodů bylo změřeno za okrajem viditelné vlhkosti s hodnotou 0 pro účely kalibrace počáteční hladiny vlhkosti. Na proložené síti 5×6 bodů bylo provedeno měření, tj. na zbývajících 30 bodech, vlhkost se zvyšovala postupně z hodnoty 0 na 100. 

Analýza dat a jejich komparace
IČ termografie a impedanční defektoskopie jsou metody založené na rozdílných fyzikálních principech. Zatímco výsledkem IČ termografie je 2D teplotní pole, vizuálně znázorněné na termogramu, na kterém si je možno s jistou přesností odečíst v software ex post dotykové teploty, je nutné u impedanční defektoskopie zvolit opačný postup a z naměřených hodnot impedance, které jsou převáděny na relativní hodnoty vlhkosti v příslušném CAD software, vytvořit 2D pole hodnot, jejichž stejná hodnota je spojena do izočar. Výsledný diagram je poté možné považovat za obdobu termogramu. Obě metody jsou tedy spíše kvalitativní než kvantitativní. Pomocí dodatečných pomůcek je potom možné podrobně zkoumat rozsah měřených hodnot. U IČ termografie je možné použít IČ teploměr k přesnému zjištění dotykové teploty v konkrétním místě a u impedanční defektoskopie je možné použít přesný vlhkoměr, což však už vyžaduje zásah do ETICS a tím pádem se už nejedná o nedestrukční metodu.

Ukazuje se, že max. hodnoty dotykové teploty odpovídají naměřeným relativním hodnotám vlhkosti, tedy že dotyková teplota 2,6 °C odpovídá relativní hodnotě vlhkosti 100. U měření pomocí IČ termografie byla dodatečně přes měřený detail proložena síť 30 bodů, tak aby polohově odpovídaly měřicím bodům z impedanční defektoskopie a v těchto bodech byla zjištěna dodatečně v softwaru FLIR TOOLS dotyková teplota. Relativní měření vlhkosti pomocí impedanční defektoskopie poměrově odpovídalo měření z IČ termografie. Tento vztah ukazuje tabulka 1.

Tabulka 1: Naměřené hodnoty bodů pomocí IČ termografie a jejich ekvivalent získaný z impedanční defektoskopie

Na obr. 5 a 6 jsou grafy znázorňující tvar závislosti velikostí dotykové teploty a tomu odpovídající relativní hodnoty vlhkostí. Z těchto grafů je vidět, že s jistou odchylkou se v poměrovém vyjádření shodují dotyková teplota a relativní hodnota naměřené vlhkosti, čemuž odpovídá tvar křivky proložený naměřenými hodnotami.

ZÁVĚR

Z naměřených hodnot a výsledků dosavadního výzkumu vyplývá, že impedanční defektoskopie je zcela rovnocennou metodou a je ji možné použít všude tam, kde se vada nebo porucha ETICS projevuje zvýšenou vlhkostí a zároveň klimatické podmínky neumožňují použít IČ termografii. Nevýhodou impedanční defektoskopie zůstává vysoká pracnost zpracování výsledků měření. Nejedná se tedy o metodu tak vizuálně názornou, jako je tomu v případě IČ termografie, což ale s ohledem na skutečnost, že měření bude s největší pravděpodobností provádět odborník, není rozhodující. Dále je nutné zmínit to, že metoda zkoumání vad a poruch ETICS pomocí impedanční defektoskopie je metodou kontaktní a je nutné k měření mít k dispozici lešení, žebřík či plošinu. Tato metoda není dosud dostatečně popsána a používá se ve velmi omezené míře (v ČR se nachází v době psaní tohoto článku pouze několik přístrojů) a bude nutný další výzkum, který by měl být cílen na absolutní kvantifikaci metody. Avšak i nyní je to metoda použitelná, s reprodukovatelnými výsledky a doplňující k IČ termografii nebo použitelná i samostatně zejména pro diagnostiku detailů ETICS. Jak ukazuje můj další výzkum v této oblasti, není ale problém použít metodu i na rozsáhlejší plochy, popř. celé fasády.

ALEŠ ZVĚŘINA
foto archiv autora

Poděkování
Tímto chci poděkovat Ing. Ivanu Misarovi, Ph.D., ze společnosti A.W.A.L. za zapůjčení měřicího přístroje a za přínosné konzultace.

Recenzoval: Ing. Milan Šmahel, Ph.D., Ústav soudního inženýrství VUT v Brně

Literatura:
1) ZACH, J., O. HORKÝ. Monitorování vlhkostního obsahu ve zdivu pomocí infračervené termografie. TZB-info, 2007, roč. 2007, č.12. Praha: TZB-info. 2007.
2) POČINKOVÁ, M. – RUBINOVÁ, O. Infračervená termografie ve stavebnictví. TZB-info, 2009, roč. 2009. Praha: TZB-info. 2007.
3) KALOUSEK, M. Termovizní diagnostika betonových konstrukcí. Sanace betonových konstrukcí. 2004. Roč. 17, č. 1, s. 31, ISSN: 1211-3700.
4) TATARKOVIČ, M., G. BRONCOVÁ a M. KRONĎÁK. Elektroimpedanční spektroskopie a její využití v chemické analýze. Chemické listy, 2012, roč. 2012. Praha: Chemické listy. 2012, ISSN 1213-7103.
5) KUSÁK, I., M. LUŇÁK, L. TOPOLÁŘ, L. PAZDERA a V. BÍLEK. Sledování hydratace betonu impedanční spektroskopií. Defektoskopie 2007, 2007, Praha: BETIS, ISBN: 978-80-214-3504-9.
6) KUSÁK, I., M. LUŇÁK a L. PAZDERA. Impedanční spektroskopie keramické tašky (bobrovky). 6th Workshop NDT 2008, 2008. Brno: CERM, 2008, ISBN: 978-80-7204-610-2.

Ing. Aleš Zvěřina (*1974)
je absolventem Technické fakulty České zemědělské univerzity. Celou profesní kariéru pracuje jako projektant pozemních staveb, je jednatelem a vedoucím projektantem firmy Inveko.eu, s. r. o., a současně doktorandem v Ústavu soudního inženýrství VUT v Brně.