건물및재생에너지진단용열화상가이드북 건물, 태양광발전소및풍력발전소등의적외선열화상기술사용안내서

목차 페이지 1. 열화상카메라및작동방법 8 2. 열화상카메라를사용하는이유 10 3. 건물진단용열화상카메라사용법 14 4. 건물진단용열화상의원리 26 5. 태양광발전패널검사용열화상카메라 32 6 열화상카메라를사용한풍력발전기검사 44 7. 올바른열화상카메라제작사의선택방법 48 8. 최고의솔루션찾기 50 9. 열화상검사실행방법 62 본책자는열화상교육센터 (ITC) 와협력하여제작되었습니다. 모든이미지는예시목적으로만사용됩니다. 규격은별도의통지없이변경될수있습니다. Copyright 2011, 플리어시스템 AB. 기타모든브랜드및상품명은각소유자의상표입니다. 3

소개 열화상카메라가최초로상용화된것은 1965 년으로서, 고압송전시설검사용으로개발된것이었습니다. 이회사가현재의 FLIR Systems( 플리어시스템 ) 입니다. 이후열화상기술이발전하면서열화상카메라는디지털비디오카메라나디지털포토카메라와같이콤팩트시스템으로진화하게되었습니다. 이카메라는사용이간편하며실시간으로생생한고해상도이미지를생성할수있습니다. 건축산업에서도열화상기술이건물의검사와진단에매우훌륭한도구가된다는것을일찍부터알고현장에서널리활용하고있습니다. 열화상카메라는특수한첨단기술로시작하여현재는전세계에서수많은건물의진단과검사에사용되고있습니다. 열화상카메라는건물에서에너지가손실되고있는부분을정확하게찾아서눈으로보여주는매우독특한도구입니다. 이방법은쉽고빠르며, 열화상은정확하고신뢰성높은증거를제공합니다. 열화상카메라는단독적으로사용하거나블로워도어 (Blower Door) 등다른방법과함께사용하여건물진단작업을신속정확하게, 효과적으로실시할수있도록해줍니다. 열화상은건물을조금도손상시키지않고에너지가손실되고있는부분을눈으로직접보여줍니다. 열화상카메라는지난 50 년동안괄목할만한성장을이뤘습니다. 플리어시스템은시장에가장진화된열화상카메라를출시해온열화상기술의선구자입니다. 4

열화상카메라는신뢰성높은비파괴적비접촉적검사장비로서넓은면적의온도분포를신속정확하게측정할수있습니다. 이서모그래피기술은세계적으로많은비용을절감해주고있는첨단기술로등장하였습니다. 건축산업의적외선열화상기술 1970 년대의석유위기를겪은후인류는에너지자원이한정되어있으며매우소중한것임을깊이인식하게되었습니다. 유럽의경우현재건물분야는유럽의전체에너지소비량의 40% 를차지하고있으며, 단일분야로서는가장큰에너지효율향상가능성이있는분야입니다. 이처럼막대한가능성을인식한유럽위원회는건물의에너지효율을일정이상의수준으로규제하도록하는규정을제정하였으며, 현재대부분의유럽국가는이규정을바탕으로법률을제정하여시행하고있습니다. 현재유럽에서는대부분의국가에서신축건물과개수건물에대하여에너지성능인증 (Energy Performance Certificate; EPC) 제도를의무화하였으며이에따라수많은건축업체들이이제도를준수하고있습니다. 최근여러국가에서진행되고있는경기회복정책에따라에너지효율진단을위한기밀시험과각종시험법이더많이이용될것으로예상되고있습니다. 장기적인전망에서도유럽지역의건축물에너지관련규제는더욱엄격해질것으로예상되고있습니다. 따라서건축업에종사하고있는많은기술자와전문가들은이제도의영향을받게될것입니다. 최신열화상카메라는작고가벼우며사용이간편합니다. 5

재생에너지석유, 가스, 석탄등천연에너지자원의고갈로에너지가격이급등하고있습니다. 뿐만아니라이런화석연료를사용함으로써소중한지구가오염되어가고있습니다. 태양광에너지태양광발전패널은태양의에너지를전력으로변환시킵니다. 그리고에너지는곧돈입니다. 태양광발전소에서높은수익을달성하고장기간안정된운영을하기위해서는우수한품질이핵심입니다. 태양광발전시스템에서핵심장치인태양전지모듈은신뢰성이있어야하며장기간지속적으로전력을생산할수있어야합니다. 태양전지모듈의전체수명에걸친품질을확보하는데열화상카메라가중요한역할을하고있습니다. 태양전지패널의검사와평가에열화상카메라를사용하면많은이점이있습니다. 다른검사방법과달리태양전지패널에서이상이있는부분은열화상에선명하게나타납니다. 또한열화상카메라는태양전지를사용하면서검사할수있습니다. 화석연료매장량이감소함에따라석탄과가스의가격은급등하고있으며, 많은사람들이태양을유망한재생에너지원으로인정하고있습니다. 그러나태양전지패널은마모와노후되기쉽습니다. 현재전세계많은태양광발전소와건물옥상에설치한태양광발전패널을열화상카메라를사용하여검사하고있습니다. 6

풍력풍력발전은태양광발전과함께유망한재생에너지자원입니다. 전세계에서풍력발전소가속속설치되어전력을공급하고있습니다. 풍력발전단지는육상이나해상에건설됩니다. 풍력발전기는많은기계및전기장치로구성되어있으며이런장비는열화상카메라로쉽고정확하게검사및진단할수있습니다. 풍력발전기를정확하게진단하고정비함으로써장기간에걸쳐전력을안정되게생산할수있게됩니다. 지상에서찍은풍력발전기의열화상 이책자는열화상카메라를사용하여건물, 태양전지패널, 풍력발전기를검사하는방법을자세하게설명하고있습니다. 열화상카메라를사용하여설비를검사할때에는여러가지주의할점이있습니다. 열화상카메라의작동원리와열화상을만드는법은물론, 건물, 태양전지패널, 풍력발전기등의열패턴과관련된물리학적이론, 그리고열화상카메라의제작법등을이해하면열화상기술과열화상카메라를완전하게활용할수있습니다. 열화상을정확하게이해하고판단하려면이러한기본지식이필요한것입니다. 그러나모든용도에대하여그적용되는원리와개념, 시스템의사용법등을이책자에서모두설명할수는없습니다. 이를위하여플리어시스템에서는건물의검사와진단을위하여설립된적외선교육센터 (Infrared Training Center; ITC) 와공동으로교육훈련과정을제공하고있습니다. 이책자의주요내용은아래와같습니다. 열화상기술의용도 열화상카메라의작동원리및구입시검토사항 열화상을이용한서모그래픽조사에대한종합적인도움말 7

열화상카메라및작동방법 열화상카메라는전자기스펙트럼의적외선영역의강도를기록하여이를시각적이미지로변환합니다. 윌리암허셜경은 1800 년에적외선을발견했습니다. 적외선이란? 우리의눈은가시광스펙트럼의전자기방출을감지하도록설계된탐지기역할을합니다. 적외선과같은다른모든형태의전자기방출은인간의눈에보이지않습니다. 적외선의존재는 1800 년에프레데릭윌리암허셜경에의해최초로밝혀졌습니다. 여러광색간열차이에호기심을느낀그는태양광을프리즘에통과시켜스펙트럼을만든후각색상의온도를측정했습니다. 마침내그는스펙트럼의자외선에서적색부분으로갈수록색상의온도가증가했음을발견했습니다. 이패턴을발견한후허셜은어떠한태양광도보이지않는곳에서스펙트럼의적색영역바로위의온도를측정하기로결심했습니다. 놀랍게도, 그는이영역의온도가가장높다는것을발견했습니다. 8

적외선은전자기스펙트럼의가시영역과극초단파영역사이에존재합니다. 적외선은주로열이나열복사로부터나온다. 절대온도 ( 섭씨 -273.15 도나켈빈온도 0) 이상의온도를가진물체는적외선영역에서열을방출합니다. 얼음조각과같이매우차가울거라고생각되는물체조차적외선을방출합니다. 감마선 X- 선자외선 가시광선 적외선 마이크로웨이브무선주파수대 UHF VHF 가시광선 적외선 SW LW 2 5 8 12 마이크로미터 우리는매일적외선을경험합니다. 태양광, 불또는라디에이터에서우리가느끼는열은모두적외선입니다. 우리눈은적외선을볼수없지만우리피부의신경은이를열로느낄수있습니다. 물체가뜨거울수록적외선을더많이방출됩니다. 열화상카메라물체에서나오는적외선에너지 (A) 는광학렌즈 (B) 를통해적외선탐지기 (C) 로집중됩니다. 감지기는이미지를처리하기위해이정보를센서 (D) 로보냅니다. 이센서는감지기로부터나오는데이터를표준비디오모니터나 LCD 화면의뷰파인더에서볼수있도록이미지 (E) 로변환합니다. E B C D E 적외선서모그래피는적외선이미지를방사측정값으로변환하는기술입니다. 이를통해이미지로부터온도값을읽을수있습니다. 따라서방사측정이미지의모든픽셀은사실상온도측정값입니다. 이를위해서는복잡한알고리즘이열화상카메라에사용됩니다. 9

열화상카메라를사용하는이유 건물진단용열화상카메라는건물, 태양전지패널및풍력발전기의모니터링과진단을비접촉방식으로수행할수있는매우유용한도구입니다. 적외선카메라는건물의에너지관련문제점을쉽고빠르게파악하여이를기록함으로써문제가악화되고수리에큰비용이필요하게되기전에즉시시정조치를취할수있도록해줍니다. FLIR 열화상카메라의장점 : 일반캠코더나디지털카메라와동일한사용방법 현재상황을눈으로볼수있음 열적이상을감지하고위치를보여준다. 온도측정가능 정보를기록저장 수리정비가필요한부위를정확하게알수있다. 문제가발생하기전에원인을찾아서시정가능함 시간과비용의절감 태양전지의결함 건물창호의열성능검사 노면제설용가열장치가부분적 으로만작동되고있는모습 플리어시스템은다양한기종의열화상카메라를제작공급하고있습니다. 플리어시스템의열화상카메라는일반주택은물론대형건물까지쉽고빠르게검사하고문제점을발견할수있습니다. 10

적외선열화상카메라의필요성왜 FLIR 열화상카메라를선택하셨습니까? 적외선온도계와같이비접촉방식으로온도를측정할수있는다른기술도있습니다. 적외선온도계와열화상카메라의비교적외선온도계는한지점의온도를측정하는데는매우신뢰성이높고편리한도구입니다. 그러나넓은면적또는부품의온도를스캔하는경우에는공기의누출, 단열상태가불량한부분, 습기의침투등문제가있는부분을발견하기가어렵습니다. FLIR 열화상카메라는전체건물과냉난방및공기조화시스템을스캔할수있습니다. 전체건물에서문제가있는부분은아무리사소하거나작은면적이라도확실하게찾아낼수있습니다. 적외선온도계는한지점의온도만측정 FLIR i3 은 3,600 개지점의온도를동시에측정 이상이있는부분을매우높은정확도로쉽고빠르게발견할수있습니다적외선스팟온도계만으로는건물의중대한문제를탐지하기어렵습니다. 이에비하여열화상카메라는현재의상황을전반적으로보여주며또한즉석에서진단이가능하도록해줍니다. 건물시공상의문제점은물론전반적인상태와문제를한눈에파악할수있습니다. 11

수천개의적외선온도계를동시에사용적외선온도계로한지점의온도를측정할수있습니다. FLIR 열화상카메라로전체이미지의온도를측정할수있습니다. FLIR i3 의이미지해상도는 60 x 60 픽셀입니다. 이는 3,600 개의적외선온도계로동시에측정하는것과같습니다. 이미지해상도 640 x 480 픽셀의당사의최고모델인 FLIR P660 을사용할경우, 307,200 픽셀이나 307,200 개의적외선온도계를동시에사용하는것과같습니다. 적외선온도계를사용한측정 열화상카메라를사용한측정 적외선온도계를사용한측정 열화상카메라를사용한측정 적외선온도계를사용한측정 열화상카메라를사용한측정 12

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건물진단용열화상카메라사용법 적외선카메라는건물의상태를조사하고진단할수있는강력하며비침습적인수단을제공합니다. 열화상카메라는다양한산업분야에서설비를진단하는데가장효과적이며가치있는도구로이용되고있습니다. 적외선카메라는건물의에너지관련문제점을쉽고빠르게파악하여이를기록함으로써문제가악화되고수리에큰비용이필요하게되기전에즉시시정조치를취할수있도록해줍니다. 건물진단용열화상카메라의주요기능은아래와같습니다 : 에너지손실을눈으로보여줍니다. 보온시공이누락되거나손상된부위를알려줍니다. 공기가누설되는부위를찾아줍니다. 보온재, 지붕, 벽체의안팎에습기가발생하는부위를알려줍니다. 곰팡이발생부위, 보온취약부위등을찾아줍니다. 열교 (thermal bridge) 현상이발생하고있는부위를알려줍니다. 편평한지붕의누수부위를알려줍니다. 온수관의누수부위를찾아줍니다. 건축물의하자부위를찾아줍니다. 건축물의건조진행상태를파악할수있습니다. 각종공급관및지역난방관의결함부위를찾아줍니다. 전기설비의하자부위를찾아줍니다. 열화상카메라는육안으로는볼수없는것을보여주므로건물의각종문제점을찾아내는데이상적인도구입니다. 건물의다양한문제점이열화상에뚜렷하게나타납니다. 다시말해서건물의모든문제부분을직접이미지로볼수있는것입니다. 정확한온도데이터를가지고있는열화상카메라를사용하는건축전문가는단열재의상태, 습기침투, 곰팡이의번식, 전기설비의결함, 열교현상, 공기조화시스템의상태등에관한중요정보를확보하고있는것과같습니다. 열화상카메라의장점과기능은너무많아서일일이열거할수없을정도입니다. 뿐만아니라새로운기술과혁신적인기능이나날이개발되어추가되고있습니다. 이장에서는주로건물과관련된열화상카메라의용도와사용법에대하여설명하고있습니다. 14

단열재불량및외기침입열화상카메라는건물에서단열재가시공되지않은곳, 도장이벗겨지는곳, 결로가생기는부분등을즉시찾아낼수있는훌륭한도구입니다. 이건물은그내부가더따뜻합니다. 건물의벽체는콘크리트 - 단역재 - 콘크리트의샌드위치구조입니다. 단열재의일부분이시공에서누락되었지만, 건물외부에서도내부에서도맨눈에는보이지않습니다. 그러나열화상카메라는맨눈에보이지않는것도볼수있습니다. 골조시공. 따뜻한색상으로표시되고있는부분이단열시공되지않은부분입니다. 아트리움상부의유리지붕. 이지붕은방수는되지만공기가새고있습니다. 건물내외부의압력차이에의하여내부의따뜻한공기가새어나가고있습니다. 이유리지붕은기밀시공을할필요가있습니다. 15

단열상태가양호한조립식패널벽체와지붕으로건설한건물에서도패널연결부에서에너지가손실될수있습니다. 벽체와지붕사이에서열이손실되고있는창고이연결부는즉시틈이없도록수리하여에너지손실을막아야합니다. 단열재누락또는에너지가새는부분을찾기위하여열화상카메라를사용할때에는건물내부와외부의온도차이가 10 이상인것이좋습니다. 온도차이가이보다작을때에는이미지분해능이더높거나온도분해능이더우수한열화상카메라를사용할수있습니다. 추운지방에서는동절기에건물의열손실을조사하는경우가많습니다. 이와반대로더운지방에서는건물내의에어컨이나공기조화기의찬공기가외부로유출되는지확인하기위하여하절기에건물의단열상태를검사하는경우가많습니다. 벽체일부에단열재시공누락 건물외부의열화상. 단열이불량하거나시공되지않은부분이확실하게나타난다. 16

이열화상에는창문아래벽체의단열이부실한부분이선명하게나타나있다. 공기누설부위탐지건물에서공기가누출되면에너지소비문제뿐아니라환기시스템에도문제가생길수있습니다. 또한외기가침입하면건물내부에결로가생겨서실내환경이오염될수있습니다. 공기가새는것을탐지하려면온도와압력에차이가있어야합니다. 열화상카메라로외기의침입을탐지할때에는찬외기가들어오는부분의표면온도가낮아지는것을이용합니다. 그러므로건물의내부나외부중에서압력이더낮은곳에서열화상카메라로공기가새는것을검사할수있습니다. 건물내부에서탐지할때에는블로워도어라는기법을이용하여건물내부의압력을외부보다낮게해줍니다. 이블로워도어 (Blower Door) 시험법은이후에설명할것입니다. 지붕과창문틈에서공기가새는것을보여주는열화상 17

습기감지습기에의한피해는건물을손상시키는중요한원인중하나입니다. 외기가침입하면벽, 바닥, 천장등에결로가생길수있습니다. 특히단열재가습기에젖으면마르는데오랜시간이걸리며, 그동안곰팡이가쓸기쉽습니다. 열화상카메라로스캐닝하면곰팡이가생길염려가있는습기찬부분을쉽게찾아낼수있습니다. 곰팡이는냄새가나더라도그발생위치를찾을수없는경우가많습니다. 열화상카메라를사용하면습기가있는부분을찾아서수리하여곰팡이를제거하고재발생을방지할수있습니다. 육안으로는볼수없는바닥의습기침투가열화상에는뚜렷이나타납니다. 습기는직접관찰하기어려우므로, 습기때문에생기는건축물의온도차이를이용하여찾아냅니다. 습기가찬물질은온도변화속도가느리므로주위물질과온도차이가생기게됩니다. 이온도차이는열화상카메라에선명하게나타납니다. 다른기술과장비는한지점의온도만측정할수있지만열화상카메라는전체면적을한장의열화상으로즉시측정하여눈에보여줍니다. 같은천장의열화상실내의온도를빠르게높이면왼쪽열화상과같이습기가있는부분을확인할수있다. 18

열교현상 (Thermal Bridge) 건물에서열이집중적으로유출되는열교현상이발생하고있는부분도열화상카메라로즉시찾아낼수있습니다. 열교, 즉열을나르는다리는건물에서열이집중적으로손실되고있는부분을말합니다. 이런부분은건물시공상의문제입니다. 열은건물내부에서열전도율이가장높은부분을통하여외부로유출됩니다. 열교현상의대표적인영향은아래와같습니다 : 실내온도의저하. 심할경우특히구석부분에서결로가발생 심한열손실 건물내추운부분발생 바닥일부의열교현상을보여주는열화상 이열화상은지붕의보와인접한벽체사이의열교현상을보여준다. 19

열공급라인과지역난방설비추운지방에서는도로와주차장바닥을난방하기도합니다. 지역난방시스템에서는주로스팀을사용하여열을중앙난방시스템에서각주택과상업건물로보내줍니다. 서모그래픽조사를실시하면배관기타지하의난방설비에있는결함을쉽고정확하게찾아낼수있습니다. 열화상카메라로결함이있는위치를찾아서즉시수리할수있습니다. 지역난방의결함을열화상카메라를사용하면즉시정확하게찾아낼수있다. 지역난방시설을공중촬영한열화상으로서누설부분과단열이부실한부분을정확하게보여준다. 20

편평한지붕의누수부위탐지열화상기술은슬래브등평면지붕에서누수되는부분도쉽게찾아낼수있습니다. 물은지붕의다른부분보다열을더오래간직하고있으므로, 지붕의온도가낮아지는저녁무렵또는밤중에수분이있는부분은열화상카메라에뚜렷하게보입니다. 지붕전체를교체하는대신누수부분만수리함으로써많은비용을절약할수있는것입니다. 편평한지붕의누수부위 21

바닥난방설비에서누수부분탐지열화상카메라는각종배관의누설을쉽고빠르게탐지할수있을뿐만아니라바닥속에매립되어있는부분의누설도정확하게찾을수있습니다. 열화상카메라를사용하면매립배관에서나오는열에의하여배관의배치를쉽게볼수있습니다. 이열화상은바닥난방시스템의누수부분을보여준다. 바닥난방시설에서문제가있는부분은열화상카메라를사용하여정확하게찾아낼수있습니다. 22

품질보증열화상기술은신축건물의시공품질보증과검사에도널리사용되고있습니다. 건물의시공과건조기간동안열화상카메라로건조진행상태를파악할수있으며필요한부분을신속하게건조시킬수있게됩니다. 열화상카메라를사용하여건물이완전히건조된것을확인하면건물주에게조속히건물을인계할수있는것입니다. 건물의개조 / 개선건물이나기념물의보수또는개조등의작업에서도열화상카메라는그가치를발휘합니다. 시멘트몰탈등으로마감된골조도열화상으로선명하게관찰할수있습니다. 그러므로열화상을통하여골조부분을노출시킬것인지결정할수있습니다. 벽면에서석고등이떨어져나오는것도조기에발견하여조치를취할수있습니다. 내부에있는골조를보여주는열화상 23

배관열화상기술을이용하면막히거나손상된파이프등배관설비의각종문제를쉽게진단할수있습니다. 바닥이나벽체내부에매립된배관도그속을흐르는유체의온도에의하여문제나결함이있는부분을정확하게찾아낼수있습니다. 예를들어온수관에서나오는열이열화상카메라에뚜렷하게보입니다. 열화상기술로배관설비의문제발견 공기조화설비 (HVAC) 공기조화시스템은정비관리가매우중요합니다. 공기조화기는적당한습도와온도의공기를만들어서오염물질을여과한다음실내로공급합니다. 열화상카메라를사용하면 HVAC 시스템이정상가동중인지여부를조사할수있습니다. 공기조화기의성능이저하되면실내공기의질도저하됩니다. 24

전기설비의결함모든건물에는다양하고많은숫자의전기설비와장치가사용됩니다. 열화상카메라로전기배전반, 퓨즈, 배선연결부등을검사할수있습니다. 맨눈에는보이지않는문제를발견하고문제가발생하기전이정비할수있습니다. 전기설비의결함이나문제는반드시온도상승을초래합니다. 뿐만아니라전기스파크가발생하면주위물질에화재를일으킵니다. 열화상카메라를사용하여전기설비를검사하는방법에대해서더자세한내용을아시려면 " 산업용열화상카메라의사용법 " 책자를참고하시기바랍니다. 퓨즈하나가과열된상태이며, 화재의위험이있다. 25

건물진단용열화상의원리 열화상이미지를올바르게해석하기위해, 사용자는다양한재료와환경이열화상카메라의온도측정에어떠한영향을미치는가를알아야합니다. 온도측정에영향을미치는가장중요한요소중일부는다음과같습니다 : 1. 열전도율 (Thermal conductivity) 물질에따라서그열적성질도달라집니다. 단열재는온도가서서히올라가지만금속은빠르게가열됩니다. 이런성질을열전도율이라합니다. 조건에따라서열전도율에차이가있는두물질사이에는큰온도차이가발생할수도있습니다. 2. 방사율 (Emissivity) 온도를올바르게측정하려면방사율이라고알려진요소를고려해야합니다. 방사율은물체가적외선을방출하는효율입니다. 이는물질의속성에크게의존합니다. 열화상이미지를확인하면금색페인트부분이머그컵의표면보다더차갑다고생각할수도있습니다. 그러나, 실제로는온도가정확히같습니다. 다만그방사율차이로인해적외선방출강도가달라진것입니다. 그러므로카메라의방사율을정확하게설정하지않으면온도측정에오차가발생하게됩니다. 플리어시스템즈의열화상카메라는많은물질에대한방사율을미리설정하고있으며, 다른물질에대해서는방사율표를제공합니다. 26

좌측의열화상이미지는인간의피부 (0.97) 에대한적절한방사율설정을가지고있으며온도측정값이정확 (36.7 ) 함을보여줍니다. 우측의열화상이미지는잘못된방사율이입력되어 (0.15) 온도측정값이부정확 (98.3 ) 함을보여줍니다. 3. 반사 (Reflection) 대부분의금속과같이일부의물질은거울이빛을반사하듯이열복사를반사하는성질을가지고있습니다. 열복사선이반사되면열화상의판독과해석에오차가발생합니다. 열화상카메라를사용하는사람이나조명장치에서나오는열복사가반사되어열화상카메라에입사되면온도가정확하게측정되지않습니다. 그러므로카메라사용자는열화상카메라의방향이대상물체를향하도록하고반사를피해야합니다. 창은열복사를반사합니다. 마찬가지로열화상카메라에서창은거울과같은역할을합니다. 대상물체의표면이방사율 (emissivity) 가낮으며주위와온도차이가클경우입사광선에포함되어있는열복사선에의하여열화상카메라의온도측정값에상당한오차가생길수있습니다. 플리어시스템에서는이문제를해결하기위하여겉보기반사온도를설정해주는기능을열화상카메라에탑재하였습니다. 27

4. 실내및실외온도열화상카메라를사용하여건물에서단열재가불량하거나누락된부분을조사하려면건물내외부에온도차이가있어야합니다. 아주작은온도차이에서도조사할수있는경우가많지만, 10 정도의온도차이가있는것이바람직합니다. 이런조사는보통건물내부와외부에서실시됩니다. 온도차이가충분하면손상되었거나성능이부실한단열재나, 단열재가탈락또는누락된부분을확실하게찾을수있습니다. 이때검사자는건물내외부의온도와함께지난 24 시간이내에큰온도변화가있었는지여부를확인할필요가있습니다. 5. 건물외부에미치는영향태양빛이비치면열화상카메라의온도측정값에영향이나타난다는것은누구나알수있는것이지만, 태양빛은지나간후에도상당시간동안그영향이나타나는것입니다. 태양빛이비친부분과그늘이진부분은태양빛이사라진후에도그온도차이에의하여열적패턴이뚜렷하게나타납니다. 열전도율의차이도열화상에나타나는열패턴에영향을미칩니다. 예를들어벽돌은목재보다열전도율이낮아서온도의변화속도가더느립니다. 바람도온도측정과열패턴에영향을미칩니다. 바람, 즉공기의흐름은물체표면의온도를낮추어서온도가높은부분과낮은부분의온도차이가작아지는것입니다. 비가내리면건물외부의온도가낮아지므로열화상카메라를사용하여열적진단을할수없게될수있습니다. 비가그친후에도한참동안은수분이증발하면서물체표면의온도를낮춥니다. 그러므로열적패턴이정상상태와달라지는것입니다. 6. 난방및환기시설표면온도에대한외부의영향은실내에서도나타납니다. 물체표면의온도는주위온도에의하여영향을받지만냉난방시설도큰영향을미칩니다. 난방시설은온도차이에영향을주어서열패턴이정상과다르게조사됩니다. 환기시설이나에어컨에서나오는찬바람은난방과반대로물체표면의온도를높여줍니다. 28

7. 건물내부에나타나는영향책장, 캐비닛, 벽에걸려있는액자등도열패턴에영향을미칩니다. 이와같은가구와벽장식물은단열재와같은효과를줍니다. 이런장식물이나가구를치우고열화상을촬영하면벽면의온도는더낮게측정될것입니다. 이런경우그부분의단열재가없는것으로착각할수도있습니다. 그러므로벽에붙어있는가구나장식물은검사하기 6 시간이전에치우는것이좋습니다. 이두열화상은같은벽면을촬영한것입니다. 여기서실외의온도는실내보다더낮습니다. 오른쪽의이미지는벽에서액자를치운후촬영한것입니다. 액자뒤온도가낮은부분은벽의두중간기둥사이의면적과같아서이부분의벽에단열재가없는것처럼보일수도있습니다. 8. 주위의반사광반사율이높은물체를조사할때에는이미지에반사광이최소가되도록카메라앵글을잘정해야합니다. 카메라사용자의몸기타주위에있는열원, 기계설비, 조명등, 변압기등이반사광선의원천이될수있습니다. 반사광선이입사되면열데이터가부정확하게되며, 이를제대로이해하고해석하지않으면틀린측정데이터를얻게될수있습니다. 이이미지는왼쪽창문에서오는반사광선이실내벽면 ( 창의오른쪽 ) 에나타난것을보여준다. 29

9. 건축자재의종류건축자재의재질금속과같은다른물질은온도가빠르게변화합니다. 측정결과를바르게해석하기위하여서모그래피전문가들은측정하기전에실내또는실외에서온도가크게변화한일이있는지확인해야합니다. 10. 건물의시공상태건물의외벽은중간에공기층을가지도록건축하는경우가있습니다. 이런종류의벽체는건물외부에서측정하기곤란합니다. 벽체내부에있는골조는실내에서측정하면온도가더낮습니다 ( 실내기온이더높을경우 ). 그리고기온이더낮은외부에서보면그반대로나타납니다. 이런결과는예측할수있는것과같으며정상적인현상입니다. 실내에서촬영한열화상골조, 그리고골조를덮는커버를체결하고있는나사를볼수있다. 코너부분의온도가더낮은것을볼수있다. 이것은코너효과라부르며정상적인현상이다. 30

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태양광발전패널검사용열화상카메라 재생에너지석유, 가스, 석탄등천연에너지자원의고갈로에너지가격이급등하고있습니다. 뿐만아니라이런화석연료를사용함으로써소중한지구가오염되어가고있습니다. 태양광발전패널은태양의에너지를전력으로변환시킵니다. 전력은즉시현금화할수있습니다. 태양광발전사업은수익성이좋은투자가될수있습니다. 태양광발전소에서높은수익을달성하고장기간안정된운영을하기위해서는우수한품질이핵심입니다. 태양광발전시스템에서가장중요한핵심부분은태양전지모듈입니다. 이모듈은장기간에걸쳐안정되게전력을생산할수있도록신뢰성이높아야합니다. 태양전지모듈의전체수명에걸쳐안정된가동효율을확보하는데열화상카메라가중요한역할을하고있습니다. 화석연료매장량이감소함에따라석탄과가스의가격은급등하고있으며, 많은사람들이태양을유망한재생에너지원으로인정하고있습니다. 그러나태양전지패널은마모와노후되기쉽습니다. 현재전세계많은태양광발전소와건물옥상에설치한태양광발전패널을열화상카메라를사용하여검사하고있습니다. 태양전지패널의검사태양전지패널의검사와평가에열화상카메라를사용하면많은이점이있습니다. 다른검사방법과달리태양전지패널에서이상이있는부분은열화상에선명하게나타납니다. 또한열화상카메라는태양전지를사용하면서검사할수있습니다. 그리고열화상카메라는넓은면적을짧은시간내에검사할수있습니다. 32

열화상카메라를사용하면이상이있는부분이큰문제로진행하기전에발견하여미리수리할수있습니다. 그러나열화상카메라모두가태양전지모듈검사에적합한것은아닙니다. 그리고정확한검사를효율적으로실시하기위하여알아야하고지켜야하는몇가지지침이있습니다. 이열화상에서적색부분은다른부분보다온도가높은곳으로서연결에문제가있다는것을알수있다. 태양전지한개안에있는고온부분은전지의물리적인손상을알려주는것이다. 열화상카메라로태양광발전패널을검사하는방법태양광발전소에서태양전지를검사할때충분한열적콘트라스트를얻으려면태양의복사열량 (irradiance) 가 500 W/ m2이상이라야합니다. 보다바람직하게는 700 W/ m2이상일때가좋습니다. 태양의복사량은단위면적 ( m2 ) 과단위시간내에입사되는태양의에너지를말합니다. 이것은일사량계 (pyranometer, 전역태양복사 ) 또는직달일사량계 (pyrheliometer) 로측정할수있습니다. 일사량은장소와현지기상에따라서크게달라집니다. 외기온도가낮으면열적콘트라스트가더높아집니다. 이열화상은태양전지패널의바이패스다이오드에결함이있다는것을보여준다. 이열화상은표준 60 셀모듈에서손상된셀을적색으로보여준다. 33

용도에적합한카메라선택법건물검사에사용되는휴대형열화상카메라는보통 8-14 μm 파장대역을측정하는비냉각식마이크로볼로미터디텍터를가용하고있습니다. 그러나유리는이파장대의적외선을투과시키지않습니다. 태양전지를앞쪽에서검사할때열화상카메라는태양전지패널의표면에있는온도분포를측정하는것이며, 그뒤에있는태양전지의온도분포는간접적으로측정하는것입니다. 그러므로태양전지패널의표면온도는유리의온도로서그차이가그리크지않습니다. 이온도차이를열화상에서인식하려면검사에사용하는열화상카메라의온도분해능이 0.08 이하라야합니다. 또한미소한온도차이를열화상으로나타내려면카메라의레벨과스팬을수동으로조절할수있어야합니다. 레벨과스팬을자동모드 ( 왼쪽 ) 및수동모드 ( 오른쪽 ) 으로조절하는열화상. 태양전지모듈은보통반사율이아주높은알루미늄골격위에설치하며, 이골격부분은태양의적외선을반사하므로열화상에온도가낮은부분으로나타납니다. 그러므로검사할때열화상에는골격부의온도가영하로나타나게됩니다. 열화상카메라의디스플레이를조절하는알고리즘은자동적으로최고및최저측정온도에맞추어지므로, 크지않은열적이상은이런열화상에서볼수없게됩니다. 따라서높은열적콘트라스트를얻으려면레벨과스팬을계속수동으로보정해주는것이필요합니다. 34

이문제는 DDE(Digital Detail Enhancement) 라부르는디지털화질개선기술로해결할수있습니다. 검사대상이되는장면내에서온도차이가클경우 DDE 는자동적으로콘트라스트를최적으로조절해주므로수동으로조절할필요가없습니다. 그러므로 DDE 기능이있는열화상카메라는태양전지패널을신속정확하게검사할수있습니다. DDE 기능이없는열화상 ( 왼쪽 ) 과 DDE 기능이적용된열화상 ( 오른쪽 ) 반사와방사율을고려하여카메라위치를정할것유리는 8-14 μm 파장대에서 0.85-0.90 범위의방사율 (emissivity) 를가지고이지만유리표면을열적으로측정하는것은쉽지않습니다. 유리는반사성이므로주위에있는온도가다른여러물체들이열화상에나타나게됩니다. 최악의경우, 열화상의해석에오류가생기고 ( 실제와다른고온부 ) 측정값에오차가발생합니다. 1 방사율 0.8 0.6 0.4 0.2 반사율 0 15 30 45 60 75 90 입사각 ( 도 ) 각도에따른유리방사율의차이 35

열화상카메라를사용할때바람직한시야각 ( 녹색 ) 과좋지않은시야각 ( 적색 ) 유리표면에서열화상카메라와측정하는사람이반사되는것을피하려면태양전지모듈의표면에대하여카메라가수직위치가되지않도록하십시오. 그러나방사율은카메라가수직위치일때최대가되고수직에서벗어날수록감소합니다. 그러므로 5-60 정도의시야각이적당합니다 ( 수직각도를 0 로할때 ). 원거리측정검사, 측정을할때적당한시야각을얻는것이어려울경우도있습니다. 대부분의경우삼각대를사용하여해결할수있지만, 조건이좋지않은환경에서는이동식작업대를사용하거나또는심지어헬리콥터를타고태양광발전소위를비행하면서촬영할필요가있을수도있습니다. 이러한경우에는측정대상과충분한거리를유지하면한번에넓은면적을검사할수있게됩니다. 열화상의화질을적합한수준으로유지하려면원거리에서사용하는열화상카메라의분해능이바람직하게는 640 480 픽셀, 최소 320 240 픽셀이상인것이좋습니다. 문제가있는태양전지는온도가높아지므로열화상으로쉽게찾아낼수있다. 36

또한열화상카메라는렌즈를교환할수있는모델을선택하여헬리콥터처럼원거리에서촬영을할때에는망원렌즈를사용하는것이좋습니다. 그러나망원렌즈는분해능이높은카메라에만사용하는것이바람직합니다. 분해능이낮은열화상카메라는원거리에서망원렌즈를사용하여측정하면미세한온도차이를찾아내기어렵습니다. 다른방향에서촬영대부분의태양전지모듈은그뒤쪽에서도열화상카메라로검사할수있습니다. 뒤쪽에서열화상을촬영하면반사광의간섭을피할수있습니다. 뿐만아니라뒤쪽에서측정을하면앞쪽에서유리를통하여측정하는것보다태양전지의온도가더높게측정되므로유리합니다. 태양전지패널앞쪽에서촬영한열화상에는많은전지에문제가있는것처럼보일수있다. 뒤쪽에서촬영한열화상에는고온부분이없으며, 앞에서촬영한열화상의고온부분은구름이반사된것이었다. 37

주위환경및측정조건열화상카메라를사용하여검사할때하늘에구름이있으면태양의복사열량이감소되며또한반사되어간섭을일으킵니다. 그러나흐린날씨에도온도분해능이높은열화상카메라를사용하면참고적인데이터를측정할수있습니다. 태양전지모듈표면에공기유동이있으면대류에의한냉각이생겨서온도차이가감소하게됩니다. 따라서바람이없는날씨가좋습니다. 기온은낮을수록온도차이가뚜렷하게나타납니다. 그러므로이른아침에열화상카메라를사용하여검사하는것도좋은방법입니다. 두줄의태양전지가높은온도로측정되고있으며, 바이패스다이오드가손상된것을알수있다. 이열화상에는넓은면적에서온도가높은것을보여준다. 더이상의정보가없으면이부분의온도에문제가있는것인지또는그림자나반사에의한겉보기현상인지판단할수없다. 열적콘트라스트를높일수있는다른방법은태양전지를부하에서분리하여전류가외부로흐르지않도록함으로써태양의복사열만으로전지가가열되도록하는것입니다. 그후에부하를연결하고태양전지를가열되고있는과정에서측정합니다. 그러나정상적인조건하에서는시스템을표준적인가동상태에서, 즉부하를연결한상태로측정하는것이좋습니다. 태양전지의종류와고장또는장애의유형에따라서부하를분리하거나회로를단락시킨상태에서측정하면추가적인정보를얻을수있습니다. 열화상카메라를사용하면열화상에서보는것처럼문제가있는태양전지를신속하게찾아서수리할수있다. 38

측정오차측정오차는주로카메라의위치가부적당하거나광학적환경, 또는측정조건이좋지않을때발생합니다. 대표적인측정오차는다음과같은원인에의하여발생합니다 : 시야각이너무좁을때 태양의복사열량이시간에따라서변화할때 ( 구름이지나갈때, 등 ) 반사광선 ( 예 : 태양, 구름, 측정대상의위치보다더높은건물이주위에있을때 ) 부분적인그림자 ( 예 : 주위건물또는구조물의그림자 ) 열화상의해석태양전지패널의일부분이다른부분보다온도가높으면그부분은열화상에뚜렷하게나타납니다. 이런부분은그모양과위치에따라서몇가지의문제가있는부분입니다. 만일패널전체의온도가정상보다높으면회로의연결문제일수있습니다. 태양전지가개별적으로여러개또는몇줄씩온도가높다면바이패스다이오드, 내부의회로단락, 또는전지의 mismatch 등이원인일수있습니다. 태양전지패널을열화상카메라로검사하면앞쪽에서도온도가높은부분을쉽게찾아낼수있다. 태양전지에그늘이지거나균열이생기면열화상에온도가높은점또는다각형으로나타난다. 태양전지또는그일부분의온도가비정상적으로높으면전지에결함이있거나그늘이진것입니다. 부하를연결한상태와분리한상태, 회로단락상태에서각각열화상을촬영하여서로비교검토하는것이좋습니다. 또한패널앞뒤쪽에서각각촬영하여비교하는것도유용한정보를얻을수있는경우가많습니다. 물론이상이있는것으로조사된모듈을전기적으로시험하고육안으로검사하는것도필요합니다. 39

결론태양광발전시스템을열화상카메라로검사하면태양전지와모듈, 전기적연결등에잠재적인문제가있는부분을신속정확하게찾아내어시정조치를취할수있습니다. 열화상카메라를사용하는검사는시스템을중지시키지않고정상적으로가동하고있는상태에서실시할수있습니다. 정확하고도움이되는데이터를얻으려면아래와같은측정조건과요령을따르는것이좋습니다 : 적합한규격의열화상카메라와부속장치 ( 액세서리 ) 를사용한다. 충분한태양복사열량이있을것 ( 최소 500 W/ m2, 700 W/ m2이상이바람직함 ) 시야각이안전한범위내에있을것 ( 수직에서 5 도 ~ 60 도이내 ) 그림자와반사광을피할것 열화상카메라는일차적으로결함을찾아내는데사용됩니다. 발견된이상부위를분류하고평가하기위해서는태양광선관련지식, 태양발전시스템에대한지식, 그리고추가로전기적인측정이필요합니다. 물론측정검사과정과결과를문서화해야하며, 이문서에는검사조건, 추가측정자료, 기타관련정보를기록해야합니다. 열화상카메라를사용하여측정단계에서품질관리를적용하고정기적으로검사하면태양발전시스템의상태를완전하게, 그리고쉽게모니터링할수있게됩니다. 또한태양전지패널의기능을유지하고수명을최대한으로연장할수있는방법입니다. 태양발전패널을열화상카메라로검사하는것은투자수익성을극대화할수있는지름길입니다. 열화상카메라로태양발전패널의뒤쪽에서촬영하면앞쪽보다반사광이훨씬더작으므로온도를더정확하게측정할수있다. 40

열화상카메라로태양전지패널을검사할때에는적당한각도에서촬영하지않으면잘못된결과를얻을수도있다. 태양광발전소위를비행하면서 FLIR P660 열화상카메라로촬영한열화상. ( 사진제공 : Evi Müllers, IMM) 오류의종류사례열화상에나타나는현상 제작상의결함 손상 불순물과기공 고온또는저온스팟 전지의균열 보통전지가고온으로, 길게나타난다. 균열 보통전지가고온으로, 길게나타난다. 전지의균열 전지일부가고온으로나타난다. 일시적인그늘 바이패스다이오드결함 ( 화로과열, 회로손상가능성 ) 연결불량 오염물질 새의분비물 수분 해당없음 하나또는여러개의모듈연결불량 고온스팟 줄무늬형태 하나또는여러개의모듈이계속고온으로나타남 표 1. 태양전지모듈의대표적인문제 ( 자료출처 : ZAE Bayern e.v, Überprüfung der Qualität von Photovoltaik-Modulen mittels Infrarot-Aufnahmen [" 적외선열화상을사용한태양전지의품질시험 ], 2007 41

열화상카메라로할수있는것은태양전지패널의검사뿐만이아닙니다. 전기커넥터, 케이블과전선, 인버터등태양광발전소내의모든전기설비도검사할수있습니다. 인버터는태양전지패널에서발전되는직류전류를교류로변환하는장치이다. 이인버터의검사에도열화상카메라를사용할수있다. 또한별도로엑스테크 (Extech) 클램프미터를사용하면도움이되는데이터를얻을수있다. FLIR 열화상카메라는태양전지패널뿐아니라전선, 커넥터, 퓨즈박스인버터등모든전기시설을검사할수있다. 또한 FLIR 열화상카메라로불량한연결부위등태양광발전소의모든장비를검사할수있다. 42

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열화상카메라를사용한풍력발전기검사 풍력발전기에서생산되는전력은재생가능한에너지의대표적인예입니다. 따라서유럽은물론전세계에서많은풍력발전단지가건설되고있습니다. 그러나풍력발전기는지속적인모니터링과유지정비가필요한시설입니다. FLIR 열화상카메라는풍력발전기의예방정비프로그램수립에중요한역할을하고있습니다. FLIR 의열화상카메라는세계각지에서전기및기계설비의검사에사용되고있습니다. 열화상카메라에서얻어지는열데이터는위험한사고를방지하고불필요한비용이수반되는시설의가동중단을막아줍니다. 풍력발전기도그중요부분을모두 FLIR 열화상카메라로모니터링할수있습니다. 지상에서찍은풍력발전기의열화상 44

사고방지풍력발전기에는많은전기및기계부품이사용되고있습니다. 다른설비들과마찬가지로풍력발전기의부품들도마모되고손상될수있는것입니다. 이런경우따라가동이중단되어운전비용이증가하고나아가서위험한사고가발생할위험도있습니다. 브레이크장치또는변속기는이러한사고의주요원인이되고있습니다. 풍력발전기의변속기와브레이크는날개가너무빠른속도로회전하는것을방지해줍니다. 이두가지부품중어느하나라도고장이발생하면날개가정상속도보다몇배더빠르게회전하여날개에설계치를초과하는응력이작용하게됩니다. 피치 풍력발전기시스템의구성개념도 로터 저속샤프트 기어박스 발전기 풍력계 풍향 브레이크 제어장치 요구동장치 윈드베인 블레이드 요모터 타워 고속샤프트 기계실 인명사고의위험이렇게되면로터날개끝부분의선속도는시간당수백 km 에달하여날개한개또는일부분이로터에서탈락되면엄청나게큰운동에너지를가지고날아가게됩니다. 이런날개에사람이맞으면생명을잃을수도있는것입니다. 부러진날개의큰파편이수십 km 이상먼거리에서발견된사례는많이보고된바있습니다. 45

열화상카메라를사용하면이와같은사고를방지할수있습니다. 기게부품이나전기부품은공통적으로고장또는파손되기전에먼저온도가상승하는특징이있습니다. 열화상카메라를사용하면이처럼온도가상승하는부분이고장나기전에미리발견할수있습니다. 비정상적인온도를가진부분은열화상에뚜렷하게나타나기때문입니다. 열화상카메라는문제를직접눈으로볼수있게해줍니다. 다른검사나진단기술은설비전체에문제가있는지알려줄수있지만열화상카메라는정확하게어느부분에문제가있는지보여줄수있습니다. 그러므로열화상카메라는베어링축, 기어와브레이크등핵심부품의고장신호를높은신뢰도와효율로즉시보여주므로예방정비를실시하거나해당부품을미리교체할수있습니다. 전체시스템의점검열화상카메라는변압기, 커넥터, 제어장치요모터등전기부품의검사에도사용됩니다. 실제로열화상은풍력발전기와주변전기설비의모든전기적기계적부품을함께검사할수있는유일한기술입니다. FLIR 열화상카메라는완벽한도구전세계의풍력발전기정비기술자들은대부분열화상카메라를사용하고있습니다. 현장에서열화상카메라를사용할때중요한사항하나는카메라의디자인입니다. FLIR 의열화상카메라는모두최대한소형경량으로설계되며, 인체공학적으로디자인되어사용이매우간편한특징이있습니다. 이것은검사대상인풍력발전기가수십미터이상높이에있다는것을생각하면아주중요한장점이되는것입니다. Source: Paul Anderson (CC SA 2.0) 이 12 톤중량의초대형변속기와디스크브레이크는크레인으로 60m 높이에있는풍력발전기에설치된다. 46

풍력발전기의트랜스미션을열화상카메라로검사하고있다. 이검사는지상 50m 높이에서실시된다. Source: CZ Energy Solutions Source: CZ Energy Solutions Source: CZ Energy Solutions Source: CZ Energy Solutions 열화상카메라는풍력발전기주위의모든시스템을함께검사할수있다. 삼상커넥터중에서가장오른쪽에있는것은다른것보다온도가비정상적으로높다. 이검사를통하여고장이발생하기전에미리수리할수있었다. 우수한렌즈또한플리어시스템열화상카메라의장점중하나입니다. 플리어시스템은 45 및 90 광각렌즈를옵션으로제공하고있습니다. 이렌즈들은가까운거리에서도넓은범위를한번에검사할수있도록해주는것입니다. 특히높고좁은풍력발전기를검사할때에는뒤로물러설수있는간격이없으며또한매우위험하므로광각렌즈가필수적입니다. 플리어시스템은다양한기종의정비점검용열화상카메라를제작공급하고있습니다. 기본소형경량모델인 i3 부터실용적인 Ebx- 및 B- 시리즈, 그리고고급 B660 에이르기까지플리어시스템은다양한용도에적합한카메라를공급하고있습니다. 47

올바른열화상카메라제작사의선택방법 열화상카메라는장기간사용할수있으므로열화상카메라를구입하는것은장기적인투자입니다. 그러므로용도에가장적합한열화상카메라를선택하는것만으로는완전하지못하며, 장기간에걸쳐신뢰성있게기술적인지원을제공할수있는가장우수한제작사를선택할필요가있는것입니다. 훌륭한제작사의우수한열화상카메라브랜드의장점은아래와같습니다 : 하드웨어사용자마다열화상카메라를사용하는용도와목적이다릅니다. 그러므로광범위한모델과사양의열화상카메라를공급할수있는제작사를선택하는것은매우중요한일입니다. 즉, 처음사용하는사용자부터전문가용모델까지모두제작하는제작사라면자신에게최적합한모델을선택할수있게됩니다. 소프트웨어어떤용도이든지열화상을분석하고고객이나경영진에게검사결과를보고하기위하여보고서를작성하려면여러가지의좋은소프트웨어가필요합니다. 그러므로사용목적에적합한소프트웨어를함께제공할수있는열화상카메라를선택해야하는것입니다. 액세서리열화상카메라의사용에익숙해지고그유용한기능을모두구사할줄알게된후에도각종액세서리를활용하면더다양한기능을이용할수있습니다, 그러므로더넓은요구를만족시켜줄수있는다양한액세서리가공급되어야합니다. 다양한종류의렌즈와디스플레이등은필수적인액세서리입니다. 서비스건물검사용으로사용되는열화상카메라는거의모두정비나수리가불필요할정도로신뢰성이높지만, 필요할때즉시이용할수있는서비스센터가있어야합니다. 또한열화상카메라는정기적으로재교정할필요도있습니다. 이런경우에 FLIR 열화상카메라의사용자는다른제조업체의카메라처럼제작사가있는미국이나유럽으로보내는대신한국내에있는서비스센터를이용하실수있습니다. 교육훈련적외선카메라를최적으로활용하기위해서는고성능의카메라외에도관련지식과이해가필요합니다. 필요에따라서적절한기술교육을제공해줄수있는열화상카메라제작사를선택하는것은중요한일입니다. 48

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최고의솔루션찾기 열화상카메라, 소프트웨어, 교육의적절한조합을조사할때평가해야할 6 가지주요요구조건은다음과같습니다 : 1. 화질 2. 온도분해능 3. 정확도 4. 카메라의기능 5. 소프트웨어 6. 교육훈련 1. 화질화질이나카메라해상도는중요한요인입니다. 가장저렴한모델의해상도는 60 x 60 픽셀이며최고급모델은 640 x 480 픽셀입니다. 320 x 240 또는 640 x 480 픽셀열화상카메라는탁월한화질을제공합니다. 고급검사를위해 640 x 480 픽셀해상도는전문온도기록장치에서표준이되고있습니다. 640 x 480 픽셀카메라는하나의이미지에 320 x 240 픽셀과 76,800 측정점을가진카메라보다 4 배더많은 307,200 개의측정점을가집니다. 따라서측정정확성이향상될뿐만아니라화질에서도큰차이가있습니다. 고해상도이미지로보다정확하게보고측정하고이해할수있습니다. 열화상 : 640 x 480 픽셀 열화상 : 180 x 180 픽셀 50

또한분해능이높은카메라는원거리측정에서도더자세한화질을제공합니다. 분해능이낮은카메라와비교하면원하는열적정보를상실하지않고서넓은면적을한번에조사할수있는것입니다. 45 도렌즈가장착된 640 x 480 픽셀카메라를이용할경우, 한이미지만으로 5 미터거리에서약 4 m x 3 m 의면적을검사할수있습니다. 45 도렌즈가장착된 320 x 240 카메라로같은면적을검사하려면절반거리에서 4 장의이미지가필요합니다. 이는현장에서효율성을향상시킬뿐만아니라현장에서촬영한적은수의이미지로문서처리시간을줄일수있습니다. 160x120 pixels 320 x 240 pixels 640 x 480 pixels 640 x 480 픽셀열화상 1 매필요 320 x 240 픽셀절반거리에서열화상 4 매필요 51

2. 온도분해능온도분해능은카메라로얼마나작은열차이를카메라로감지할수있는지를의미합니다. 온도분해능이높을수록열화상카메라가촬영하여시각화할수있는최소온도차가더작아집니다. 일반적으로온도분해능은 나 mk 로표시됩니다. 최고급산업용열화상카메라의온도분해능은 0.03 (30 mk) 입니다. 0.03 C Sensitivity 온도분해능 65 mk 온도분해능 45 mk 이처럼미소한온도차이를정확하게측정할수있는능력은거의대부분의열화상응용분야에서매우중요한일입니다. 특히온도차이가크지않은건물의열진단에서온도분해능은매우중요한성능이됩니다. 온도분해능이높을수록더많고더자세한데이터를얻을수있으며, 따라서더정확한진단과판단이가능해지는것입니다. 다시말하면온도분해능이높은카메라일수록온도차이가작아도더자세한측정이가능합니다. 3. 정확도모든측정에는오류가있을수있으며안타깝게도열화상온도측정도예외는아닙니다. 여기에서열화상의정확도가중요한역할을합니다. 열화상카메라규격표에서정확도는퍼센트와섭씨 ( ) 두가지로표시됩니다. 이것은그카메라의최대오차를표시하는것입니다. 즉, 측정된온도는표시된퍼센티지또는온도 ( ) 만큼실제온도와차이가있을수있습니다. 현재정확도에대한산업표준은 ±2% / ±2 이지만 FLIR 의고급카메라오차는 ±1% / ±1 로더우수합니다. 52

4. 카메라의기능방사율 (Emissivity) 및반사된겉보기온도대상물체의방사율은반드시고려해야하는중요한파라미터입니다. 건물진단용 FLIR 열화상카메라는모두사용자가대상물체의방사율과반사된겉보기온도를설정할수있습니다. 방사율과반사겉보기온도파라미터를설정할수있는기능은매우중요한것입니다. 그러므로열화상카메라를구입하실때에는반드시이기능이지원되는지확인하셔야합니다. 이열화상은반사광이문제가될수있다는것을분명하게보여준다. 이열화상에는구름의반사가포함되어있다. 반사광이있으면열화상에는대상물체의표면온도와구름등반사된물체의겉보기온도가혼합되어나타난다. 수동레벨및스팬보정열화상카메라에서또다른중요한기능은디스플레이되는열화상의레벨과스팬을수동으로설정하는기능입니다. 이기능이없으면열화상카메라는자동적으로대상장면에서최저및최고온도사이의모든온도를디스플레이합니다. 그러나용도나목적에따라서최저부터최고온도범위사이에서어떤특정한범위의온도만필요한경우도많이있는것입니다. 왼쪽의자동조절된열화상에서는스팬이너무넓다. 오른쪽수동으로조절된열화상은자동조절된열화상에서는보이지않던열이누설되고있는부분을선명하게보여준다. 53

이슬점, 상대습도및단열불량알람 - 이슬점알람 : 이슬점은어떤체적의공기속에들어있는수분이응축되어이슬이되는온도를말합니다. 다르게표현하면이온도에서상대습도는 100% 가됩니다. 카메라내의몇가지파라미터를조절하면건물구조의결함으로결로가생길수있는무분에대하여이슬점알람기능이자동적으로경보를발신합니다. - 상대습도알람 : 경우에따라서상대습도가 100% 미만이더라도곰팡이가발생할수있습니다. 이슬점알람은상대습도가 100% 인부분만관리하므로이런부분은검출하지못합니다. 그러므로상대습도가 100% 미만인부분을감지하기위해서는상대습도알람기능을사용합니다. 즉, 알람이울리는상대습도를입력설정해줄수있습니다. - 단열재불량알람 : 이알람은건물에서단열이불량한부분을알려주는기능입니다. 벽체등에서에너지가손실되는비율이이알람설정값을초과하면자동적으로알람이발신됩니다. 상대습도알람기능은건물에결로가생길염려가있는부분을자동으로알려준다. 이그림에서청색으로표시되고있는부분이결로위험이있는부분이다. 단열알람은설정한온도이상또는이하인부분을다른색상으로표시해준다. 54

디지털카메라열화상에표시되어있는대상물체가무엇인지구분하기어려운경우가있습니다. 이런경우디지털카메라로실화상을동시에촬영하면대상물체를명확하게볼수있습니다. 대부분의 FLIR 열화상카메라에는디지털실화상카메라가내장되어있습니다. 건물진단전문가들은실화상을열화상과함께촬영하여열화상을해석하는데보조로사용하고있습니다. 열화상 실화상 LED 조명카메라에조명이달려있는경우, 내장된디지털실화상카메라는조명상태에상관없이 Picture in Picture( 사진속사진 ) 와 Thermal Fusion( 열화상융합 ) 기능을최대한활용하여선명한사진을만들수있습니다. 실화상내열화상삽입이실화상내열화상삽입기능으로디지털카메라의실화상과열화상카메라의열화상을결합시킬수있습니다. 디지털실화상위에열화상프레임을원하는위치에, 적당한크기로조절하여삽입할수있는기능입니다. 이기능을통해사용자는문제가있는부분의위치를정확하게찾아낼수있습니다. 이이미지는물에의한손상부위를확실하게보여준다. 실화상내열화상삽입기능이없으면열화상만으로는이손상위치를알기어렵다. 55

열 - 실화상합성이기능은사용자가원하는온도범위를설정해주면그범위에해당하는부분의열화상을실화상내에겹쳐서하나의이미지로표시해줍니다. 그러므로문제가있는부분을정확하게지적할수있게되어효과적이고효율적인수리를할수있습니다. 실화상 열화상 열 - 실화상합성 레이저포인터일부열화상카메라에는레이저포인터가장착되어있습니다. 이장치는여러가지면에서매우중요합니다. 레이저포인터를통해사용자는열화상카메라의렌즈의초점부위를정밀하게볼수있습니다. 버튼하나만누르면열화상카메라가가리키는지점을정확하게볼수있어측정대상물을추측하지않고식별할수있습니다. 또다른이유는안전입니다. 산업현장에서손가락으로물체를가리키는것은위험할수도있습니다. 레이저포인터는이러한위험을없애줍니다. 교환가능한렌즈열화상카메라를사용하고이것이제공하는이점을알게된후에요구조건이달라질수도있습니다. 교환식렌즈를이용해열화상카메라를모든상황에서사용할수있습니다. 대부분의경우, 표준렌즈가가장적합하지만다른렌즈가필요한경우도있습니다. 작업현장에서는검사공간이협소하여촬영거리를확보할수없는경우가많습니다. 이때광각렌즈를사용하면문제가해결됩니다. 광각렌즈를사용하면대상물체에서몇미터이내의거리에서전체대상을검사할수있습니다. 건물진단시에광각렌즈를사용하면물과몇미터거리에서건물전체를검사할수있는것입니다. 검사대상물체가멀리있는경우에는망원렌즈가필요합니다. 망원렌즈는크기가작거나먼거리에있는물체를검사하는데적합합니다. 56

인체공학적설계및간편한사용법사용하는모든도구는가볍고소형이며사용이간편해야합니다. 대부분의예방정비관리자는장시간열화상카메라를사용하기때문에인체공학적설계는매우중요합니다. 메뉴설계와물리적버튼역시효율적인사용을위해직관적이어야하며사용자위주로구성되어야합니다. 플리어시스템은모든열화상카메라에서무게, 기능및사용편의성이완벽하게조화되도록노력하고있습니다. 이러한방침을통해여러번디자인상을수상했습니다. 이미지포맷신속한보고를위해열화상카메라가열화상이미지를저장하는이미지포맷은중요한요소입니다. 일부열화상카메라는열데이터와이미지를전용포맷으로저장합니다. 이때문에열화상이미지를표준 JEPG 이미지로변환하려면추가소프트웨어가필요합니다. FLIR 카메라는완전한라디오메트릭 JEPG 이미지를제공합니다. 이말은모든온도데이터가이미지에포함되며이이미지를표준소프트웨어로쉽게통합할수있음을의미합니다. 모든 FLIR 열화상카메라는이미지를 JEPG 포맷으로저장합니다. 57

이미지전체보기열화상이미지를기록할때, 카메라메모리에이전에기록한열화상이미지를찾아비교할수있습니다. 따라서, 모든 FLIR 열화상카메라는원하는이미지를찾기위해저장된열화상이미지를신속하게검토할수있는편리한섬네일이미지갤러리기능을가지고있습니다. 텍스트및음성메모삽입검사및문서화단계를좀더신속하게하기위해, 일부열화상카메라에는내장된터치스크린키패드로텍스트를기록하여훨씬쉽고빠르게보고서를작성할수있습니다. 일부열화상카메라의경우음성녹음을할수도있습니다. 이를통해열검사동안노트작성시간을별도로할애하지않아도됩니다. ABC GPS 위치기록특정열화상이미지를어디에서찍었는지잊으셨습니까? 그위치를기억해내기위해기록해놓은노트를찾을수없습니까? 일부최고급사양에는 GPS 기능이장착되어있어열화상이미지에위치가함께표시됩니다. GPS 기술을통해촬영한열화상이미지의위치정보를기록할수있습니다. 58

외부시험및측정장치에대한호환성어떤설비의상태를완전하게파악하기위해서는온도데이터만으로는부족할수도있습니다. 그러므로건물진단전문가들은습도계등다른측정장치를보조로사용하고있습니다. 습도계로측정한데이터는기록지에기록한후건물진단보고서를작성할때보고서에다시기입합니다. 그러나이방법은비효율적이며사람에의하여오류가생길수도있습니다. 신뢰성있게효율적인건물진단을위하여플리어시스템에서는습도계로측정한습도데이터를블루투스 MeterLink 무선연결을통하여열화상에자동적으로삽입기록할수있습니다. Extech 다목적습도계등외부측정장치의데이터를사람이일일이손으로기록하는것은이미옛날일이며, 이제는자동적으로무선링크를통해카메라내에해당열화상과함께기록저장됩니다. MeterLink 연결을통하여 Extech 습도계의측정값을자동으로 FLIR 열화상카메라에전송기록한다. 59

무선연결 WiFi 기술을통해카메라에서스마트폰이나태블릿 PC (iphone 또는 ipad) 로직접이미지를전송하여카메라와즉각적으로무선통신을할수있습니다. WIFI 60

5. 소프트웨어건물검사를한후에는그결과를고객에게보고하거나동료와공유하게됩니다. 그러므로열화상을분석하고종합적인검사보고서를작성하는것은중요한일입니다. 그러므로열화상카메라를구입하실때에는보고서작성소프트웨어가함께제공되는지반드시확인하십시오. 열화상카메라와함께제공되는대부분의소프트웨어로기본적인보고와분석을수행할수있습니다. 단일지점의온도측정과기타기본측정도구가포함됩니다. 세부적인분석과보고기능이필요한경우, 열화상카메라제조업체는보다광범위한소프트웨어패키지를제공해야합니다. 이패키지의기능은다음을포함해야합니다 : - 유연한보고서페이지설계및사용자가설정한보고서레이아웃 - 강력한온도분서도구 : 여러지점, 구역, 온도차측정 - 3 중혼합 Picture-in-Picture ( 이동, 크기, 단위변경가능 ) - 트렌딩기능 - 열화상측정값을사용한공식생성 - 보고서에서직접방사측정순서재현 - 보고서에서이미지를신속하게찾기위한탐색기능 - 여러이미지를하나의이미지로결합하기위한파노라마기능 우수한분석정보와열관련보고서를갖추고있다면경영자나고객에게잠재적문제가있는곳을분명하게보여주어예방조치에대해그들을설득할수있습니다. 6. 교육훈련의필요성 FLIR 는세계적인교육센터인적외선교육센터 (Infrared Training Center; ITC) 와협력하여사용자들에게다양한수준의교육훈련과정을제공하고있습니다. ITC 에서는단기과정부터장기인증과정까지다양한과정을제공합니다. 더자세한정보는인터넷 www. infraredtraining.com 또는 www.irtraining.eu 를방문하시기바랍니다. 61

열화상검사실행방법 열화상카메라를구입하여이제열화상기술을이용하여검사를실시할수있게된후에는처음시작하는단계를이해할필요가있습니다. 아래에서는처음사용하시는분들을위해몇가지열화상실무기술을설명하고자합니다. 1. 할일을먼저파악하십시오. 먼저의뢰인과면담하여검사하고자하는건물의상태에대한설명을들으십시오. 예를들어최근에너지소비량이크게증가한일이있는지등이참고정보가됩니다. 또한실내가추운지, 외기가침입하는지등을조사하십시오. 그다음건물의내부와외부의온도를측정하여온도차이가건물의열진단에충분한수준인지확인합니다. 내외의온도차이는 10 이상인것이바람직합니다. 2. 건물외부에서부터검사를시작합니다. 건물외부에서부터열적검사를시작합니다. 이단계에서단열재가누락되거나열교현상 ( 또는냉교현상 ) 이있는부분을찾을수있습니다. 상태가양호한부분도열화상을촬영해두는것이필요합니다. 양호한부분의열화상과문제가있는부분의열화상을비교검토하면문제의심각한정도를알수있습니다. 3. 건물내부에서열적검사를계속합니다. 다음단계는건물내부의상태를조사하는것입니다. 건물의내부검사에는충분한준비가필요합니다. 이러한준비는정확한데이터측정을위해필수적인사항입니다. 예를들어외벽에붙어있는가구를옮기거나커튼을치우는일등입니다. 이런준비는검사를시작하기 6 시간전에실시하여가구의단열효과가열화상에영향을주지않도록하는것이좋습니다. 앞서설명한것과같이건물내외부의온도가 10 이상차이가있어야정확한열화상진단을할수있습니다, 이런준비가완료되고조건이맞으면열화상카메라로건물내의모든공간을스캔합니다. 이때각열화상을촬영한위치를정확하게기록해야합니다. 예를들어건물평면도에화살표로열화상촬영위치와각도를표시하는방법이가장바람직합니다. 62

4. 기밀시험준비벽이나지붕에있는틈새는비록작은것이라도상당량의외기가침투할수있습니다. 찬외기가침입하면실내거주환경이나빠질뿐만아니라큰에너지손실이따르게됩니다. 외기의침입은건물난방에소비되는에너지의절반까지차지할수도있습니다. 보통블로워도어 (Blower Door) 라고부르는방법으로작은틈새도찾아낼수있습니다. 이방법은건물내외부에압력차이를주어서외기침입량을확대하는것입니다. 이시험에는교정된송풍기, 도어패널장치, 송풍기유량과건물내의기압을측정하는장치가사용됩니다. 도어패널을사용하여송풍기를건물출입구에일시적으로밀봉하여설치합니다. 송풍기로공기를건물내로불어넣거나외부로불어내어서건물내외부에압력차이가생기도록합니다. 블로워도어시험에서는송풍기를보통건물출입구에설치한다. 63

블로워도어시험시스템에서는송풍기를설치하여건물내로공기를취입하거나외부로취출하여건물내외부에압력차이를만듭니다. 외기온도가더낮을때에는대부분공기를건물외부로불어냅니다. 그결과로건물내부의압력이외부기압보다낮아지며, 그차이는보통 50 Pa 정도입니다. 이압력차이에의하여찬외기가건물벽이나지붕의틈새를통하여대량으로침투하게됩니다. 찬외기는틈새가있는부분의온도를낮춥니다. 이온도차이는열화상에뚜렷하게나타나므로외기가침입하는위치와경로를정확하게찾아낼수있는것입니다. 5. 분석및보고서작성건물내모든공간의조사가완료되면열화상을분석하고요약하여보고서를작성하게됩니다. 이때플리어시스템의전용소프트웨어프로그램인 FLIR Tools, BuildIR, 그리고마이크로스프트사의 WORD 프로그램과호환되는 Reporter 프로그램을사용하면종합적인건물열진단보고서를쉽고빠르게, 효율적으로작성하여고객에게제출하거나동료에게제공할수있습니다. 64

FLIR BuildIR 소프트웨어프로그램 FLIR BuildIR 소프트웨어는열화상을분석하고외기의침투, 단열시공의결함, 열교현상, 결로문제등건물에있는모든열과관련된문제점을수치데이터로표시하여보고서를작성할수있게해줍니다. 또한전용기능으로에너지손실량을비용으로환산해줍니다. 이소프트웨어에는이미지편집기가포함되어열화상을높은수준으로분석할수있으며, 파노라마기능과센서툴기능으로검사하는동안의현장상태와조건을시각적, 그래프등으로표시할수도있습니다. 파노라마기능은여러장의이미지를서로연결하여하나의큰이미지로만들수있으며, 이때필요없는부분을잘라내거나시각을맞추어줄수도있습니다. 뿐만아니라 Grid/ Area Quantifying 기능, Energy Cost Estimation Calculator( 에너지비용계산기 ) 그리고건물의열진단에사용할수있는다양한고객맞춤형보고서양식이제공됩니다. FLIR Reporter 프로그램이프로그램은널리사용되고있는마이크로소프트사의 Office 프로그램 (Word 프로그램포함 ) 과완전히호환되므로사용이쉽고편리합니다. 거의모든사람이 Word 프로그램을사용할수있으므로이프로그램의사용법을별도로익힐필요가없으며, 자동맞춤법, 문법체크기능을이용할수있습니다. FLIR Reporter 프로그램은실화상내열화상삽입, 열화상융합, GPS 위치데이터내장, 디지털줌, 칼라팔레트변경, 현장에서녹음한음성메모듣기, 보고서를자동으로 PDF 파일로변환하기등다양한기능을제공합니다. 65

66 NOTES

FLIR i3 / i5 / i7 FLIR Ebx-Series FLIR B-Series FLIR T640bx FLIR B620/B660 67

FLIR 열화상카메라전문가에게문의해주십시오 ( 주 ) 플리어시스템코리아서울특별시강남구삼성로 566, 6 층 ( 삼성동, 구구빌딩 ) 전화 :(02)565-2714~7 팩스 :(02)565-2718 이메일 :flir@flirkorea.com 홈페이지 :www.flir.com www.flir.com 201209 Building guidebook KR