Rakennusten lämpökuvaus

Transkriptio

1 Rakennusten lämpökuvaus Timo Kauppinen, DI Erikoistutkija, VTT, Rakennusten teknologiat ja palvelut Rakentajain kalenteri 2012 Rakennustietosäätiö RTS, Rakennustieto Oy ja Rakennusmestarit ja insinöörit AMK RKL ry 1 Lämpökuvauksen perusteita Lämpökuvaus tarkoittaa tutkittavan kohteen, esimerkiksi rakennuksen tai sen osan, pintalämpötilajakauman mittaamista kohteen lähettämää IR (infrapuna)-säteilyyn perustuen. Lämpötilajakaumaa mittaavia laitteita sanotaan lämpökameroiksi (Infrared Camera, Thermal Imager) (kuva 1). Lämpökameran näyttämää kuvaa sanotaan lämpökuvaksi (kuva 2). Kaikki pinnat lähettävät infrapunasäteilyä sähkömagneettista säteilyä, jonka intensiteetti, voimakkuus, riippuu kohteen pintalämpötilasta. Infrapuna-alue on näkyvän valon aallonpituusalueen (0,4 µm 0,7 µm) yläpuolella. Ilmakehän ja IRsäteilyn ominaisuuksista johtuen lämpökuvaus on mahdollista kahdella aallonpituusalueella, ns. lyhytaaltoalueella (SW, Short wave, joissakin lähteissä puhutaan myös keskiaaltoalueesta, MW) 2 µm 5 µm, sekä pitkäaaltoalueella (LW, Long wave) 8 µm 14 µm (kuva 3). Näiden alueiden ulkopuolella ilmakehä vaimentaa säteilyä. Kohteen lähettämän infrapunasäteilyn määrä riippuu kohteen pintalämpötilasta ja myös kohteen pinnan ominaisuuksista. Kykyä lähettää infrapunasäteilyä sanotaan emissiivisyydeksi, ja sitä kuvataan emissiviteetillä ε. Jos ε = 1, on kyseessä ns. musta kappale, jolloin kappale lähettää ja vastaanottaa kaiken IR-säteilyn. Käy- Kuva 1. Lämpökameroita (FLIR/Infradex, Fluke ( tännössä täydellisiä mustia kappaleita ei luonnossa ole. Rakennusmateriaalien emissiviteetti on luokkaa 0,9. Se tarkoittaa sitä, että pinta voi lähettää 90 % säteilystä verrattuna samassa lämpötilassa olevaan mustaan kappaleeseen. Vastaavasti pinta heijastaa 10 % saapuneesta IR-säteilystä. Kiiltävien pintojen, kuten esimerkiksi kirkkaiden metalliprofiilien emissiviteetti voi olla 0,2, jolloin pinta lähettää vain 20 % säteilyä samassa lämpötilassa olevaan mustaan kappaleeseen verrattuna mutta heijastaa 80 % siihen osuneesta säteilystä. Käytännössä emissiviteetti pitää aina ottaa huomioon. Jos kaksi pintaa on samassa pintalämpötilassa, matalan emissiviteetin omaava pinta näyttää lämpökuvassa kylmemmältä, ellei tehdä emissiviteettikorjausta. Emissiviteettiin vaikuttaa myös kuvauskulma: kohteen ja mittaajan välinen kuvauskulma tulisi olla kohtisuoraan kohdetta vastaan tai korkeintaan ± 30 siitä. Mikäli kohdetta kuvataan liian vinosta kulmasta, kohde näyttää joko liian kylmältä tai lämpimältä, emissiviteetistä riippuen. Lämpökameran tai IRlämpömittarin muodostama lämpökuva tai pintalämpötilalukema perustuu kohteen lähettämään, siitä heijastuvaan ja joissakin tapauksissa kohteen läpi tulevaan kokonaissäteilyyn, josta heijastuvan komponentin vaikutus pyritään laiteasetuksilla vähentämään tai poistamaan. Kuva 2. Esimerkki lämpökuvasta. Päiväkodin oleskelutilan nurkka- ja porrasikkuna. 143

2 2 Lämpökamerat ja muut IR-säteilyyn perustuvat mittalaitteet Kuva 3. Jatkuvaan valvontaan tarkoitettu kiinteästi asennettava lämpökamera. Koko 170 x 70x 70 mm. FLIR/ Infrapuna-alue on löydetty noin 200 vuotta sitten, ja ensimmäisiä teknisiä sovellutuksia on sovellettu ensimmäisen maailmansodan aikana. Kuvantavia laitteita, lämpökameroita, otettiin ensiksi lääketieteelliseen käyttöön 1950-luvulla, ja rakennussovellutuksia on tehty 1960-luvulta lähtien. Suomessa rakennusten lämpökuvaus aloitettiin 1970-luvun loppupuolella. Lämpökameroiden kehitys on seurannut sotilasteknologian kehitystä. Kun militääriteknologiassa on päästy eteenpäin, on vanhempaa teknologiaa voitu ottaa kaupalliseen käyttöön. Aina 1980-luvun loppupuolelle asti lämpökamerat perustuivat yhteen detektoriin (ilmaisimeen), ja mitattava kohde skannattiin ja kuvannettiin näytölle yhden ilmaisimen kautta. Myös muita teknologioita oli. Kamerat olivat joko lyhyt- tai pitkäaaltoalueella toimivia, ja detektori piti jäähdyttää, jotta mittaussignaali olisi ollut riittävän voimakas. Lyhytaaltodetektorit jäähdytettiin sähköisesti ns. Peltier-yksiköllä noin 80 C:seen ja pitkäaaltodetektorit noin 180 C:seen nestemäisellä typellä. Tämä johtui siitä, että pitkäaaltoalueella IR-säteilyn intensiteetti on heikompi kuin lyhytaaltoalueella. Akkujen kestoiän lisäksi nestetypen haihtuminen rajoitti yhtäjaksoista kuvausaikaa. Rakennussovellutuksissa pitkäaaltoalueen etuna on se, että suhteellisen matalissa lämpötiloissa IR-säteilyn maksimi on pitkäaaltoalueella lukujen vaihteessa lämpökamerat kehittyivät voimakkaasti. Nestetyppijäähdytyksestä siirryttiin ensin komprimoituun kiertojäähdytykseen, jossa mikrokompressorilla nesteytettiin helium 212 C:seen. Hankalasti mukana kuljetettavista nestetyppipulloista päästiin eroon. Samaan aikaan markkinoille tulivat ns. matriisikamerat (Focal Plane Array), jolloin yksi detektori korvattiin detektorimatriisilla. Myös ilmaisintekniikka kehittyi. Jäähdytettävistä detektoreista siirryttiin kaupallisissa sovellutuksissa 1990-luvun kuluessa ns. mikrobolometri-ilmaisimiin sekä parhaimmissa ja kalleimmissa laitteissa kvanttikaivoilmaisimiin. Samalla laitteiden paino pieneni, koko pieneni ison videokameran tasolle, ja hintataso laski. Pienimmät kaupalliset kamerat ovat nykyään taskulampun kokoisia. Teollisuuden kunnonvalvontasovellutuksissa pienimmät kamerayksiköt ovat tulitikkulaatikon kokoisia tai sitä pienempiäkin (kuva 4). Kamerat ovat akkukäyttöisiä, mutta niissä on yleensä myös verkkovirtakäyttömahdollisuus. Pääosa tällä hetkellä saatavissa olevista laitteista toimii pitkäaaltoalueella 8 µm 14 µm. Lämpökameroiden toimintaperiaate on yksinkertaistettuna seuraava: Kohteen lähettämä eli emittoima infrapunasäteily mitataan erityisen IR-säteilyä päästävän linssin läpi detektorimatriisilla, jonka kuvapisteiden eli pikselien lukumäärä on tyypillisesti 320 x 240 tai 640 x 480. Parhaissa laitteissa voi nykyään olla 1280 x 1024 pikseliä. Tavallisessa yleisesti käytössä olevassa lämpökamerassa on siten ilmaisinta. Ilmaisimien mittaama IR-säteily muutetaan laitteen näytölle erityisen algoritmin avulla joko harmaasävy- tai värikuvaksi, jossa harmaan eri sävyt tai eri värit ilmaisevat kohteen eri osien pintalämpötilan. Markkinoilla on myös IR-lämpömittareita, jotka on yleensä viritetty 10 µm:n alueelle. Niissä on tavallisesti emissiviteetin säätö, ja näytöstä voidaan lukea kohteen pintalämpötila. IR-lämpömittarissa on myös laserosoitin joilla mitattava alue voidaan kohdistaa. Pienin mitattavissa oleva alue riippuu mittausetäisyydestä. Lämpökameroissa paikkaerotuskyky ilmaistaan yleensä milliradiaaneissa. Kun laitteen kuvauskulma (field of view, FOV) tunnetaan, esim 15 x 20, voidaan pienimmän mitattavissa olevan alueen koko laskea etäisyyden funktiona. Mitä kauempana mittaaja on kohteesta, sitä suuremman alueen keskimääräinen pintalämpötila tulee mitatuksi (tarkasti ottaen ko. alueen lähettämä kokonaissäteily). Jos halutaan määrittää rakennuksen rakenteiden yksityiskohtien pintalämpötilat tarkasti (nurkat, liitokset), kuvausetäisyys pitää olla noin 2 3 m. Infrapunalämpömittarin käyttäjän tulee ottaa huomioon se, että vaikka laserosoitin näyttää esimerkiksi varastohallin ylänurkan liitoskohtaa, IR-lämpömittari mittaa mittarin ominaisuuksista ja mittausetäisyydestä riippuvan alueen keskimääräisen lämpötilan. Tämä alue saattaa olla laserosoittimen aluetta suurempi. Kuva 4. IR-Lämpömittari Raytek

3 Lämpökameran lämpötilan mittaustarkkuus on nykyään tyypillisesti 0,1 C. Se riittää käytännön sovellutuksiin. Lämpötilojen mittaustarkkuutta ei pidä kuitenkaan sekoittaa absoluuttiseen tarkkuuteen. Mikäli kameran asetukset on asianmukaisesti tehty, voidaan erottaa toisistaan kaksi aluetta, joiden lämpötilaero on 0,1 C. Lämpökuvauksen tulosten tulkinnassa ja asetetuissa kriteereissä puhutaan sallituista matalimmista pintalämpötiloista, ja vaikka erotuskyky onkin 0,1 C, on lämpökameroiden mittaustarkkuus käytännössä tyypillisesti ± 0,5 C (jopa suurempi). Tämä tarkoittaa sitä, että vaikka kahden alueen lämpötilaero olisi 0,1 C, niiden todelliset pintalämpötilat saattavat poiketa jonkin verran todellisesta, esimerkiksi tarkalla kontaktimittarilla mitatusta. Lämpökuvat voidaan tallentaa nykyään selostettuna joko muistikortille tai videolle. Keskihintaisissakin lämpökameroissa alkaa nykyään olla videokamera vakiovarusteena, jolloin kohteesta saa sekä normaalin valo- että lämpökuvan. Lämpökuvia voidaan käsitellä erityisillä lämpökuvien kuvankäsittelyohjelmilla, jotka kuuluvat lämpökameroiden vakiotoimituksiin. Olennainen asia on, että kuvankäsittelyohjelmien avulla talletettua tietoa, ns. radiometristä informaatiota, voidaan käsitellä jälkikäteen. Mittaushetkellä ei siten tarvitse (ellei halua) asettaa talletettavaan kuvaan mitattavan kohteen pintalämpötilaa tai mitattavan alueen keskilämpötilaa. Sekin on nykyisillä laitteilla mahdollista. Laitetekniikan kehittyminen sekä alentunut hintataso ovat tuoneet laitteet ja tekniikan jopa yksittäisen kuluttajan ulottuville. Suurin edistysaskel on kuitenkin tietotekniikan ja kuvankäsittelyn paraneminen luvun laitteilla ja tekniikalla olisi edelleen mahdollista kuvata rakennuksia, mutta silloin kuvien tulkinta perustui aluksi näytöltä olevaan Polaroid-kuvaan ja myöhemmin VHS-videonauhan tuloksiin. Kuvaus piti kohdistaa haluttuun kohteeseen, jotta hiusristikon risteyskohdan pintalämpötila tallentui. Kuvankäsittely on ohjelmistokehityksen ja tietokoneiden suorituskyvyn myötä ratkaisevasti parantunut. Olennaisin asia on kuitenkin lämpökuvien tulosten oikea tulkinta. Rakennusten lämpökuvausta on varsinkin takavuosina arvosteltu, eikä aina syyttä. 3 Rakennusten lämpökuvaus Lämpökuvaus on ainetta rikkomaton (NDT) menetelmä, jolla arvioidaan rakennusten, rakenteiden ja rakennusmateriaalien toimivuutta, laatua ja kuntoa. Lämpökuvauksen avulla voidaan selvittää myös taloteknisten järjestelmien, kuten lämmitysjärjestelmien, toimintaa. Lämpökuvausta käytetään yhtenä tutkimusmenetelmänä energiakatselmuksissa, uudisrakennusten laadunvalvontamittauksissa sekä vanhojen rakennusten kuntotutkimuksissa. Lämpökuvauksen tukena ja ohella voidaan käyttää muita menetelmiä, kuten tiiviysmittausta, pintalämpötilamittauksia, sisäilman lämpötilamittauksia, vetomittauksia sekä ilmanvaihto- ja lämmitysjärjestelmän mittauksia. Rakenteiden pintalämpötilat riippuvat ulko- ja sisälämpötiloista sekä rakenteiden lämmönjohtavuudesta. Rakenteiden lämpöteknistä toimivuutta kuvaa lämmönläpäisykerroin, U-arvo. Rakennuksen ulkoseinärakenteiden paikallinen lämmönjohtavuus ja lämmönläpäisykerroin vaihtelevat sen mukaan, minkälainen rakenne tutkittavalla kohdalla on. Lämpökuvauksen avulla voidaan päätellä, onko rakenne asianmukainen, vai onko siinä puutteita. Lämpökuvaus näyttää suhteellisen helpolta mittaustavalta, mutta käytännössä se ei sitä ole. Kuvaajan täytyy tuntea laite, mittaustekniikan perusteet sekä myös rakennussovellutuksissa rakennusfysiikan perusteet ja olemassa olevat rakenteet. Rakennusten lämpökuvaajien sertifiointi käynnistyi vuonna Vuosittain järjestetään sertifiointikursseja, joiden toteuttaja on Rakennusteollisuuden Koulutuskeskus RATEKO [1]. Rakennusten lämpökuvaus liittyy myös rakennusten ilmanpitävyyden mittaamiseen. Rakennusten tiiviyden mittaaminen on nykyään myös sertifioitu. Kun energiatehokkuusdirektiivin johdosta Suomen rakentamismääräykset muuttuivat ja mm. rakennuksille tulivat energialuokitus- ja energiatehokkuusmääräykset [2], [3], lämpökuvauksen käyttö on lähtenyt voimakkaaseen nousuun. Osaltaan sen ovat aiheuttaneet rakennusten tiiviyteen kohdistuneet määräykset ja rakennusten tiiviyden mittaaminen (ks. esimerkiksi Rakentajain Kalenteri 2011 [4]. Lämpökuvausta käytetään nykyisin yhä useammin uudisrakennusten tai peruskorjausten laadunvarmennusmenetelmänä. Aikaisemmin lämpökuvausta käytettiin eniten valitustapauksissa, kun asunto tai rakennus ei täyttänyt käyttäjien vaatimuksia, tai siinä havaittiin joku viihtyvyyttä alentava tekijä. Tyypillisesti kyseessä ovat olleet matalat nurkkalämpötilat matalat rakenteiden pintalämpötilat matalat rakenteiden liitoskohtien pintalämpötilat matalat huonelämpötilat, vedon tunne kylmät lattiat ikkunoiden kondensoituminen (vesihöyryn tiivistyminen) läpivientien ja kanavistojen liitokset merkittävästi vastaavia rakennuksia suurempi energiankulutus. 145

4 Kuva 5. Kylpylärakennuksen katonraja alipaineessa. Kuva 6. Uimahallin hyppytorninosan yläosa on ylipaineinen höyrynsuluissa puutteita. Lämmin ja kostea sisäilma tunkeutuu rakenteisiin ja kondensoituu. Rakentajain kalenteri 2012 Rakennustietosäätiö RTS, Rakennustieto Oy ja Rakennusmestarit ja insinöörit AMK RKL ry Rakennuksen sisäolosuhteisiin vaikuttavat rakennuksen vaippa lämmitysjärjestelmän toimivuus ilmanvaihtojärjestelmän toimivuus rakennusautomaatiojärjestelmän toimivuus sisäiset kuormat sääolosuhteet. Rakennuksen sisäolosuhteet johtuvat siten useista eri tekijöistä. Lämpökuvauksella selvitetään rakenteiden pintalämpötiloja, joihin vaikuttavat tapauskohtaisesti kaikki edellä mainitut tekijät. Jos ulkoseinärakenteessa on eristepuute (tyypillisesti runkotolppaa vasten huonosti asennettu eriste), alue näkyy lämpökuvassa ympäristöään kylmempänä. Ulkoseinärakenteiden pintalämpötilajakauma ei koskaan ole tasainen. Lämpökuvauksen tulosten ja niiden tulkinnan avulla voidaan päätellä, milloin kyseessä on rakennetekninen ominaisuus, kuten kylmäsilta (kohta jossa rakenteen lämmönjohtavuus on suurempi kuin ympäristössä, esimerkiksi tukirakenteet), tai milloin kyseessä on puute tai virhe. Lämmitysjärjestelmän tai sen osien (esimerkiksi termostaatit, ilmaa pattereissa) toimimattomuus voi aiheuttaa lämpöviihtyvyysongelmia. Mikäli rakennuksen ulkovaippa on epätiivis ja rakennuksen ilmanvaihtojärjestelmä ei ole tasapainotettu (liian suuri alipaine), ulkoseinän ja lattian liitoskohdassa mahdollisten vuotokohtien kautta tuleva kylmä ilmavirtaus jäähdyttää rakenteita sekä aiheuttaa vetoa. Lattian ja ulkoseinän liitoskohtien vuotokohdat havaitaan herkemmin kuin yläpohjan ja ulkoseinän vuotokohdat. Rakennuksen painesuhteet vaikuttavat pintalämpötiloihin. Jos rakennuksessa on painovoimainen ilmanvaihto, poistoventtiiliä vasten on ylipaine (muuten järjestelmä ei toimi). Korkeissa rakennuksissa, varsinkin jos rakennuksen osat ovat pystysuorassa suunnassa yhteydessä keskenään, esiintyy sama ilmiö. Jos rakennuksen alaosassa vallitsee alipaine, on korkean rakennuksen (esimerkiksi uimahallien hyppytorniosan) yläosassa mahdollisesti nollatilanne tai jopa lievä ylipaine ulkoilmaan nähden (kuva 5). Jos tilan sisäilman lämpötila ja suhteellinen kosteus on korkea, kuten uimahalleissa ja kylpylöissä, rakenteiden höyrynsulussa ei saa olla puutteita (kuva 6). Tavanomaisissa käyttöolosuhteissa ei rakenteiden puutteita välttämättä havaita silloin, kun mahdollinen vuotoilman virtaussuunta on rakennuksesta ulospäin. Kun painesuhteet muutetaan alipaineisiksi, ilmavuodot voidaan havaita. Suositeltavaa olisikin käyttää ns. kaksivaiheista lämpökuvausta pienja rivitaloasuntojen mittauksissa ensin kuvataan rakenteet tavanomaisissa käyttöolosuhteissa. Ensin täytyy kuitenkin varmistaa, että rakennuksen painesuhteet ovat oikealla tasolla esimerkiksi koneellisen poiston tapauksessa saattaa asunnossa olla + 30 Pa:n alipaine, varsinkin jos ulkoilmaventtiilit on vedon vuoksi tukittu tai sisäänottoa pienenennetty. Sitten kuvataan kohde normaalioloista poikkeavissa painesuhteissa, kuten tiiviysmittauksen yhteydessä 50 Pa:n alipaineessa. Painesuhteiden, sisä- ja ulkolämpötilan sekä sisätilojen suhteellisen kosteuden mittaukset ovat oheismittauksena välttämättömiä. Rakennukset voidaan kuvata sekä ulko- että -sisäpuolelta. Ulkopuolista kuvausta rajoittavat rakenteiden tuuletusraot. Pääosin kuvaukset Suomen olosuhteissa tehdäänkin kohteen sisäpuolelta. Olennaisin asia on lämpökuvien tulosten tulkinta. Suomessa ei ole määräyksiä tai ohjeita rakenteiden matalimmista sallituista pintalämpötiloista [5]. Asumisterveysohje [6] ja Asumisterveysopas [7] (Asumisterveysohjeen soveltamisopas) ovat olleet käytännössä ne lähteet, joiden mukaan lämpökuvausten tuloksia on tulkittu. Niissä on määritelty asuintilojen matalimmat sallitut pintalämpötilat ns. pintalämpötilaindeksin perusteella. Ulkovaipparakenteiden toimivuutta normaalissa käyttötilanteessa (ulko- ja sisätilan välinen alipaine < 10 Pa) voi- 146

5 daan määrittää arvioimalla pintalämpötiloja sisä- ja ulkolämpötilan erotuksen avulla. Pintalämpötilaindeksi TI (Thermal Index) määritetään seuraavasti: TI = (Tsp - To) / (Ti - To)*100 %, (1) jossa TI = lämpötilaindeksi Tsp = sisäpinnan lämpötila, C (mitattu esim. lämpökameralla) Ti = sisälämpötila, C To = ulkolämpötila, C. Edellä kuvattu määrittelytapa on otettu käyttöön Asumisterveysohjeessa. Ratu-suunnitteluohjeessa 1213-S Rakennuksen lämpökuvaus [8] on esitetty asuin- ja oleskeluhuoneisiin soveltuva pintalämpötilaindeksiin perustuva luokitus (kohta 9.1). TI < 61% TI = % TI = % TI > 70 % korjattava (vrt. Asumisterveysohje) korjaustarve selvitettävä lisätutkimuksia hyvä. Asumisterveysohjeen edeltäjän Sisäilmaohjeen matalin sallittu pistemäinen pintalämpötila oli + 9 C, joka vastaa kastepistettä, kun RH = 45 % ja sisälämpötila + 21 C. Siitä on määritetty pintalämpötilaindeksi TI = 61 % (ulkolämpötila 10 C). Suhteellisen kosteuden raja-arvo biologisen kasvuston esiintymiselle on noin %, joten kastepistelämpötilan käyttö alarajana sisältää riskin. Paras (ja aikaa vievin) menetelmä pintalämpötilojen arviointiin olisi laskea rakenteen pintalämpötila lämmönsiirtoohjelmistoilla ja verrata saatuja mittaustuloksia laskennallisiin arvoihin. Kenttämittauksilla erityyppisistä hyvin rakennetuista taloista saatujen tulosten, laskennallisten arvojen sekä laboratorio-olosuhteissa sääkaapissa tehtyjen koerakenteiden mittausten perusteella voitaisiin eri rakenneosille määrittää tarkempia pintalämpötilakriteereitä. Pintalämpötilakriteerinä voitaisiin käyttää sitä arvoa, joka on korkeampi seuraavista: 70 %:n suhteellista kosteutta vastaava pintalämpötila (keskimäärin vallitsevissa kosteusolosuhteissa) tai valittu pintalämpötilaindeksin arvo. Asumisterveysohjeen ja -oppaan kriteerit on tehty terveydellisten syiden perusteella, ja ne ovat voimassa oleskeluvyöhykkeellä. Oleskeluvyöhyke on 0,6 m ulkoseinästä alkava alue. Matalat pintalämpötilat esiintyvät kuitenkin yleisimmin rakennusten liitoskohdissa ja ulkoseinissä. Pintalämpötilaindeksiä voidaan soveltaa niihin, mutta kyse on silloin mahdollisista rakenneteknisistä puutteista. Rakennusten lämpökuvauksesta on voimassa standardi, jota ollaan uusimassa [9]. Lämpökuvaussovellutukset voidaan jakaa kahteen osaan: kvalitatiiviset sovellutukset (rakennusten ja rakennusosien lämpökuvaus nykyvaiheessa tyypillisesti) sekä kvantitatiiviset sovellutukset. Kvantitatiivisilla sovellutuksilla tarkoitetaan materiaaliominaisuuksien, kuten esimerkiksi U-arvon tai rakenteiden kosteuden määrittämistä. Lämpökuvauksella ei suoraan voida rakenteiden U-arvoa määrittää ilman tukimittauksia, kuten lämpövirran mittausta lämpövirtalevyllä. Lämpökuvaus voidaan jakaa myös vakio-olosuhteissa tapahtuvaan lämpökuvaukseen ja muuttuvissa olosuhteissa tapahtuvaan lämpökuvaukseen. Ympäristöään kosteampia alueita rakenteissa voidaan määrittää joissakin tapauksissa muuttuvissa olosuhteissa joko käyttämällä hyväksi auringon säteilyä tai sitten ulkopuolista energianlähdettä. Kosteat alueet jäähtyvät ja lämpiävät kuivia alueita hitaammin veden lämpökapasiteetin vuoksi. Pinnoitteiden (esim. rappaus) irtoaminen on toinen muuttuvissa olosuhteissa käytetty sovellus. Siinä vaiheessa kun pinnoite on irti alustasta mutta ei vielä ole näkyvä, pinnoitekerroksen alla oleva ilmakerros toimii eristeenä, jolloin irronnut alue lämpiää ja jäähtyy ympäristöään nopeammin, kun siihen kohdistetaan energiapulssi. Materiaalien ominaisuuksien tutkiminen on kehittynyt lämpökuvauksen sovellusalue. Keski- ja Etelä-Euroopassa, missä on paljon historiallisia rakennuksia sekä freskoja, lämpökuvausta käytetään arvorakennusten ja niiden rakenteissa olevien taideteosten kunnon arviointiin. Menetelmä vaatii kehittyneiden lämmönsiirtomenetelmien hallintaa. Lämpökuvausta on käytetty myös pinnanalaisten rakenteiden selvittämiseen, esimerkkinä maanjäristysalueiden rakennukset, sekä siltojen pinnoitteiden tutkimiseen muiden menetelmien ohella. Rakennusten lämpökuvauksen ilmasta (helikopterista tai lentokonealustasta) tapahtuvat sovellutukset ovat käytössä USA:ssa, jossa ilmakuvauksella selvitetään tasakattojen kosteusvaurioita. Suomessa ilmalämpökuvausta käytetään pääasiassa kaukolämpöverkkojen kunnon selvittämiseen. Nykyään lämpökuvauksen käyttö uudisrakennusten sekä peruskorjattavien rakennusten lämpöteknisen toimivuuden ja laadunvarmistuksen apuvälineenä Suomessa on jo suhteellisen vakiintunutta toimintaa. Tulosten tulkinnan ohjeiden ja tulkintakriteerien kehittämistarvetta kuitenkin on. Tär keää on, että lämpökuvauksen tilaaja on myös perillä siitä, miten ja mihin lämpökuvausta voidaan käyttää ja mihin sitä ei voida käyttää. Rakennusten tiiviysmittauksessa lämpökuvauksen avulla voidaan paikantaa ilmavuotokohdat, ja muutenkin lämpökuvauksen tulisi olla tiiviysmittauksen osana. Ilmavuotokohdat erottuvat alipaineessa, kun lämpökuvia verrataan normaaleissa käyttöolosuhteissa 147

6 Kuva 7. Esimerkki komposiittimateriaalikappaleesta (hiilikuitukomposiitti, lämpökuva energiapulssin jälkeen). Rakentajain kalenteri 2012 Rakennustietosäätiö RTS, Rakennustieto Oy ja Rakennusmestarit ja insinöörit AMK RKL ry otettuihin. Mikäli kyseessä on rakenteellinen kylmäsilta, se ei alipaineessa jäähdy toisin kuin ilmavuotokohta. Rakennusten lämpökuvauksen kehittämisja tutkimustoimintaa ei menetelmän nykykäyttöön verrattuna ole riittävästi. Lämpökuvaus voitaisiin nykyistä paremmin liittää lämmönsiirtolaskentamenetelmiin. Sovellusmahdollisuuksia on. Lämpökuvauksen avulla yksinomaan ei voida rakennusten lämpöteknisen toimivuuden ongelmia ratkaista lämpökuvaus on nähtävä yhtenä osana rakennusten laadunvarmistus- ja toimivuudenvarmistusmenettelyä. Reklamaatiotapauksissa pitäisikin pyrkiä ratkaisemaan ongelma ottaen huomioon kaikki mahdollisesti vaikuttavat tekijät. On vielä painotettava sitä, että lämpökuvauksella saadaan selville rakenteiden pintalämpötilajakauma. Pintalämpötilajakauma vakiotilanteessa (kun ympäristöolosuhteet ovat pysyneet tarpeeksi kauan vakiona) näyttää paikalliset rakenteiden lämmönjohtavuuden erot, mutta lämpökuvauksella ei voida nähdä suoraan rakenteiden sisälle. Pinnanalaiset rakenteet erottuvat lämpökuvauksella vain, jos lämpötilaero rakenteen yli on riittävän suuri ja rakenteen osien paikalliset lämmönjohtavuudet poikkeavat riittävästi toisistaan. Lämpökuvauksessa vaadittavat olosuhteet on esitetty eri lähteissä. Lämpökuvauksen rajoittavana tekijänä ovat sääolosuhteet. Ulko- ja sisäilman lämpötilaeron pitää olla > 15 C. Auringonpaiste ennen kuvauksia sekä ulkolämpötilan ja myös sisälämpötilan nopeat muutokset estävät lämpökuvauksen. Toisin kuin monesti ajatellaan, ei lämpökuvaus vaadi mahdollisimman suurta lämpötilaeroa ulko- ja sisätilan välillä. Optimaalinen lämpötilaero Suomen olosuhteissa on noin C eli ulkoilman lämpötila noin C. Tietenkin mahdollisimman suuri lämpötilaero korostaa mahdollisia poikkeamia. Lämpökuvausstandardi edellyttää vähintään 10 C:n lämpötilaeroa. 4 Muut sovellutukset Lämpökuvauksen kaupallisesti merkittävimmät sovellusalueet ovat materiaalitutkimuksessa, erityisesti avaruus- ja ilmailuteknologiassa, jossa toimivuus- ja turvallisuustekijät ovat erittäin tärkeitä. Komposiittimateriaalien laatua tutkitaan lämpökuvauksella muiden menetelmien kuten ultraäänimenetelmät ja akustinen emissio ohella. Menetelmät perustuvat dynaamiseen lämpökuvaukseen koekappaleeseen kohdistetaan energiapulssi, ja vasteen perusteella voidaan arvioida esimerkiksi materiaalikerrosten välillä olevan sulkeuman koko ja sijainti (kuva 7). Toinen laaja käyttöalue on teollisuuden käyttö ja kunnossapito. Lääketieteelliset sovellutukset ovat kasvamassa 1950-luvun lopulla silloista käytettävissä olevaa lämpökuvausteknologiaa käytettiin ensiksi lääketieteessä ja terveydenhoidossa, mutta kehitys pysyi paikallaan osittain laitetekniikan ja kuvankäsittelyn tilan vuoksi. Uusia sovellutusalueita ja -kohteita tulee lähes päivittäin. Kun lämpökameroiden koko on pienentynyt, ja ilmaisimen jäähdytystä ei välttämättä tarvita, voidaan lämpökameroita sijoittaa tuotantolinjalle, ja yhdistää se osaksi kunnossapito- ja laadunvarmistusjärjestelmää. 5 Yhteenveto Lämpökameroiden hinta liikkuu nykyään :n välillä. Halvimpien laitteiden hinta, joiden radiometrinen informaatio voidaan tallettaa ja jälkikäsitellä, liikkuu :n luokassa. Markkinoilla olevien laitteiden taso riittää (ehkä kaikkein halvimpia laitteita lukuun ottamatta) työmaatason laadunvarmistukseen. Keskihintaiset laitteet soveltuvat palveluliiketoimintaan ja kalleimmat laitteet tutkimus- ja kehityskäyttöön. Rakennusten lämpökuvaus on sertifioitua toimintaa, 148

7 ja peruskirjallisuuttakin sekä ohjeita on saatavana [10], [11]. Lämpökuvaus ja tiiviysmittaus voidaan ottaa ammattioppilaitosten peruskoulutusohjelmaan, esimerkiksi joissakin ammattikoulutuskeskuksissa kirvesmieslinjan opiskelijat lämpökuvaavat ja tiiviysmittaavat työn alla olevat kohteet. Rakennustyömailla voitaisiin lämpötekniseltä toimivuudeltaan kriittiset detaljit suunnitella nykyistä paremmin, ja erityisesti niiden toteutus tulisi ohjeistaa asianmukaisesti. Lopputulos voidaan tarkistaa lämpökuvauksella ennen kuin asukkaat tai käyttäjät ovat rakennuksessa, eikä rakennusta ole vielä otettu käyttöön. Rakennusten toimivuuden varmistamiseen (lämpökuvaus, tiiviysmittaus, rakennusterveysasiantuntija, ilmanvaihtojärjestelmien mittaukset ym.) liittyviä mittausmenetelmiä voitaisiin edelleen tuotteistaa ja yhdistää paketeiksi, jolloin voitaisiin saada aikaan uutta palveluliiketoimintaa sekä nostaa rakentamisen laatua. Kirjallisuus [1] [2] D3 Suomen Rakentamismääräyskokoelma. Rakennusten energiatehokkuus. Määräykset ja ohjeet [3] C3 Suomen Rakentamismääräyskokoelma. Rakennusten lämmöneristys. Määräykset [4] Kauppinen, T. Rakennusten ilmanpitävyys. Rakentajain kalenteri [5] Kauppinen, T., Kouhia, I., Kovanen, K. Ulkoseinärakenteiden lämpötekninen toimivuus, pintalämpötila- ja ilmanpitävyyskriteerit. Sisäilmaseminaari [6] Asumisterveysohje. Sosiaali- ja terveysministeriö. Oppaita ISBN Helsinki [7] Asumisterveysopas, Sosiaali- ja terveysministeriö, kustantaja Ympäristö ja Terveys -lehti, Pori [8] Rakennusteollisuus RT ry. Ratu-suunnitteluohje 1213-S. Rakennuksen lämpökuvaus. Ohjetiedosto, Rakennustieto Oy [9] Rakennusten lämpökuvaus. Termografia. SFSstandardi. SFS [10] Rakennusten lämpökuvaus. Rakenteiden lämpötekninen toimivuus. RT-ohjekortti RT [11] Paloniitty, S., Kauppinen, T. Rakennusten lämpökuvaus. Rakennusteollisuus RT ry. Rakennusteollisuuden kustannus RTK Oy. ISBN Jyväskylä