Análisis energético de edificios, mediante termografía infrarroja aplicada con un dron cuadricóptero Parrot Anafi thermal

Energy analysis of buildings using infrared thermography applied with a Parrot Anafi thermal quadricopter drone

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Resumen (es)

Objetivo: El objetivo general de este estudio es validar la eficiencia la evaluación energética de edificios mediante la técnica de termografía infrarroja pasiva, cualitativa y cuantitativa que permita la optimización de recursos mediante la detección temprana de fugas en ventanas, sistema de ventilación y/o aire acondicionado, así como posibles daños en paneles solares instalados en techos de edificios.

Metodología: Para implementar el procedimiento de diagnóstico, se utilizó una cámara termográfica de mano Flir E5 y el dron cuadricóptero Parrot Anafi Thermal que está equipado con una cámara termográfica Flir Lepton, equipos que permitieron obtener gráficas llamadas termogramas en los que se observan gradientes de temperatura, los cuales se analizaron mediante el Software FlirTools en busca de posibles anomalías. Esta metodología fue desarrollada con base en los procedimientos establecidos en las normas (ASTM E1862-97 (2010)), (ASTM E1933–99a (2017)) e (ISO 18434-1 (2008)) entre otras, en
las que se definen procedimientos estandarizados para la aplicación de termografía infrarroja como método de inspección no destructivo.

Resultados: Fueron obtenidos tres termogramas de dos edificios de la Fundación Universitaria Los Libertadores sede Bogotá (edificio Bolívar y edificio Santander), dos termogramas de la fachada exterior y uno del techo. El análisis de estos termogramas con termografía cualitativa y cuantitativa permitió detectar pérdidas de energía y anomalías, en las ventanas exteriores y el techo, tales como fugas y/o entradas de calor o frío, en los ductos de ventilación y en las fachadas exteriores. Los deltas y/o gradientes de temperatura de alrededor de 3°C medidos en las ventanas, permitieron detectar fugas de temperatura en los marcos y/o uniones de las ventanas, así mismo gradientes de temperatura entre los 5 °C – 11 °C permitieron detectar fugas en los ductos de ventilación.

Conclusiones: La termografía pasiva cualitativa y cuantitativa permite la evaluación energética y mantenimiento eficaz de edificios, mediante la inspección de fachadas, techos de edificios, equipos de ventilación y refrigeración. Para ello es importante configurar correctamente en la cámara y/o en software de postprocesamiento de termogramas, los valores de emisividad térmica de los materiales bajo inspección y la temperatura aparente reflejada, que son los dos parámetros más relevantes e influyentes en los resultados al momento de utilizar la técnica de termografía infrarroja, porque los valores de los deltas y gradientes de temperatura están en función de estos dos parámetros.

Financiamiento: Este producto de investigación está asociado al proyecto de investigación titulado: “Análisis energético y estructural de edificios, mediante termografía infrarroja y algoritmos de inteligencia artificial” asociado a la Fundación Universitaria Los Libertadores. También está asociado al semillero de electrónica y drones de la Escuela de Aviación del Ejercito de Colombia (ESAVE)

Resumen (en)

Objective: The general objective of this study is to validate the efficiency of building energy analysis through the technique of passive infrared thermography, both qualitative and quantitative, which allows for the optimization of resources through the early detection of leaks in windows, ventilation systems, and/or air conditioning, as well as possible damage in solar panels installed on building roofs.

Methodology: To implement the diagnostic procedure, a handheld Flir E5 thermal camera and the Parrot Anafi Thermal quadcopter drone equipped with a Flir Lepton thermal camera were used. These devices allowed for the acquisition of graphs called thermograms, in which temperature gradients are observed. These were analyzed using the Flir Tools software to search for possible anomalies. This methodology was developed based on the procedures established in the standards (ASTM E1862-97 (2010)), (ASTM E1933–99a (2017)), and (ISO 18434-1 (2008)), among others, which define standardized procedures for the application of infrared thermography as a non-destructive inspection method.

Results: Three thermograms were obtained from two buildings of the Fundación Universitaria Los Libertadores, Bogotá campus (Bolívar building and Santander building), two thermograms of the exterior facade and one of the roof. The analysis of these thermograms with qualitative and quantitative thermography allowed for the detection of energy losses and anomalies in the exterior windows and roof, such as leaks and/or heat or cold entries, in the ventilation ducts, and on the exterior facades. The deltas and/or temperature gradients of around 3°C measured at the windows made it possible to detect temperature leaks in the frames and/or joints of the windows, likewise, temperature gradients between 5°C – 11°C allowed for the detection of leaks in the ventilation ducts.

Conclusions: Qualitative and quantitative passive thermography allows for the effective energy evaluation and maintenance of buildings through the inspection of facades, building roofs, and ventilation and refrigeration equipment. For this, it is important to correctly configure in the camera and/or in the thermogram post-processing software, the values of thermal emissivity of the materials under inspection and the apparent reflected temperature, which are the two most relevant and influential parameters in the results when using the infrared thermography technique, because the values of the deltas and temperature gradients are dependent on these two parameters.

Financing: This research output is associated with the research project titled: “Energy and Structural Analysis of Buildings, through Infrared Thermography and Artificial Intelligence Algorithms” associated with the Fundación Universitaria Los Libertadores. It is also associated with the electronics and drones seedbed of the Escuela de Aviación del Ejercito de Colombia (ESAVE).