Aktualności Analizy Tramwaje

Jaki jest stan izolacji termicznej tramwaju?

Usługi świadczone w ramach publicznego transportu zbiorowego powinny charakteryzować się wysoką jakością, na którą składa się wiele czynników. Ocena jakości usług transportowych jest oceną wielokryteriową i często subiektywną dla podróżujących, jednym z kryteriów istotnych z punktu widzenia pasażerów jest komfort podróży, na który składa się również komfort cieplny. W artykule podjęto próbę oceny tego komfortu, ze względu na stan izolacji termicznej wybranych tramwajów.

Komfort cieplny jest bezpośrednim parametrem związanym z podróżą komunikacją zbiorową. Definiowany jest jako „stan środowiska cieplnego, który u ludzi wywołuje zadowolenie i jest przez nich akceptowany”. Na komfort cieplny wpływają następujące czynniki, które są składowymi mikroklimatu termicznego:

  • temperatura powietrza,
  • temperatura promieniowania,
  • wilgotność powietrza wewnętrznego,
  • ruch powietrza w pomieszczeniach,
  • wydatek energetyczny człowieka w pomieszczeniu (Tab.1),
  • opór przewodzenia ciepła przez odzież (Tab. 2).

Wymienione parametry oraz zjawisko komfortu ciepła są omówione, w normie PN-EN ISO 7730:2006. Ze względu na dwa ostatnie parametry zapewnienie komfortu cieplnego uczestnika ruchu na pokładzie pojazdu transportu zbiorowego jest bardzo trudne do spełnienia, ponieważ inny wydatek energetyczny ma pasażer siedzący, inny pasażer stojący, a jeszcze inny kierowca, dla którego kabina motorniczego jest miejscem pracy.

Nieodpowiedni mikroklimat na pokładzie środków transportu zbiorowego wpływa negatywnie na właściwości psychofizyczne pasażerów i motorniczego, a co za tym idzie na pogorszenie komfortu
i bezpieczeństwa motorniczego i pasażerów. Należy wziąć pod uwagę, że zawód motorniczego należy do zawodów obarczonych dużym stresem, dlatego poza negatywnym skutkiem złych parametrów powietrza w postaci wydłużonego czasu reakcji u prowadzących tramwaj, jest on również narażony na niezadowolenie ze strony pasażerów, którzy nierzadko spędzają po kilkanaście minut w tramwaju.

Pomiary termowizyjne przeprowadza się przy użyciu kamery termowizyjnej. Służy ona do rejestracji promieniowania podczerwonego emitowanego przez badany obiekt, którego temperatura jest wyższa niż -273,15 ºC (temperatura zera bezwzględnego). Najczęściej w celu sprawdzenia izolacji zewnętrznej badania przy użyciu kamery termowizyjnej wykorzystywane są w budownictwie (wykrywanie miejsc strat ciepła w elewacji budynku oraz miejsc zawilgocenia przegród, stropów i fundamentów). Przeprowadzone badania mają na celu dokonanie jakościowej oceny stanu izolacji wybranych elementów pojazdu transportu zbiorowego na przykładzie tramwaju.

Badania takie są przydatne i umożliwiają wykrycie pojawienia się mostków termicznych, które mogą być wynikiem uszkodzenia uszczelki lub zużycia materiału. W tym celu należy przeprowadzić testy termowizyjne pojazdu, a otrzymane termogramy dla wybranych fragmentów karoserii tramwaju poddać analizie rozkładu temperatury. Miejsca na termogramie wskazujące podwyższoną temperaturę należy przeanalizować pod kątem zdiagnozowania przyczyny powstania tej nieprawidłowości.

Podczas badań termowizyjnych zaleca się, aby były spełnione następujące warunki:

  1. różnica temperatur po obu stronach przegrody powinna być na tyle duża, aby wykryć nieprawidłowości w rozkładzie temperatury, gradient temperatury (ΔT) powinien wynosić przynajmniej 10 ºC, zaleca się, aby to była wartość 15 ºC,
  2. temperatura wewnątrz badanego obiektu powinna być wyrównana, jednorodna w całym obszarze,
  3. badania należy wykonywać przed wschodem słońca, w godzinach wieczornych (całkowite zachmurzenie), w godzinach nocnych przy czystym niebie,
  4. prędkość wiatru nie powinna przekraczać 5 m/s,
  5. powierzchnia badanego obiektu nie może być wilgotna od opadów atmosferycznych,
  6. badań termowizyjnych nie należy wykonywać podczas opadów atmosferycznych,
  7. badań termowizyjnych nie należy przeprowadzać podczas występowania mgły.

Obiektem badań były dwa typy tramwajów:

  1. tramwaj wysokopodłogowy konstrukcja z lat 80-tych XX wieku,
  2. tramwaj niskopodłogowy, dwuprzegubowy, współczesnej konstrukcji.

Badanie wykonano w godzinach 8:30 – 11:00. Dzień pochmurny, obiekt badań nie był wystawiony na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Pomiary wykonywano na osłoniętym od wiatru terenie, w dniu badania prędkość wiatru nie przekraczała 4 m/s. Temperatura powietrza zewnętrznego wynosiła +4ºC. Badanie było przeprowadzone bezpośrednio po przyjeździe tramwaju do zajezdni, na terenie otwartym. Temperatura wewnątrz pojazdu A wynosiła w różnych częściach tramwaju (wagonu): +18ºC, +17ºC, +14ºC (Tm = 16,33 ºC – wartość średnia, ΔT ≈ 12,33), temperatura wewnątrz pojazdu B wynosiła: +22ºC, +20ºC, +21ºC (Tm = 21ºC, ΔT ≈ 17). Temperaturę w obu typach tramwajów można uznać za wyrównaną.


Do badań wykorzystano kamerę termowizyjną Testo 875-1i:

  • zakres pomiarowy Tϵ[-30 ºC,350 ºC],
  • detektor 160×120 pikseli,
  • czułość termiczna < 50mK, obiektyw 32°×23°,
  • wbudowany aparat cyfrowy.

W przeprowadzonych badaniach przyjęto współczynnik emisyjności dla karoserii ε=0,95 (polakierowanej blachy). Na rysunkach 2 – 4 przedstawiono termogramy fragmentów tramwaju typ (A). Tramwaje te są sukcesywnie wycofywane z eksploatacji ze względów bezpieczeństwa, kosztów eksploatacji i niskiego komfortu podróży i jazdy. Kolejno na rysunkach 2 – 4 przedstawiono miejsca strat ciepła w miejscach: osadzenia otwieranych części okien oraz między górną krawędzią drzwi dwuskrzydłowych a nadwoziem (rysunek 2), osadzenia drzwi (rysunek 3), osadzenia części otwieranej okna (rysunek 3).

Na rysunkach 5 – 9 przedstawiono termogramy fragmentów tramwaju, który wszedł do eksploatacji 5 lat temu typ (B). Na rysunku 5 można zauważyć straty ciepła, które występują: w miejscu osadzenia okien, szczególnie ich uchylnych części, drzwi skrzydłowych, w miejscu styku skrzydeł drzwi. Rysunki 6 – 7 przedstawiają wyselekcjonowane fragmenty tramwaju, aby uwydatnić miejsca, w których dochodzi do strat ciepła.

Na rysunku 6 pokazano termogram fragmentu tramwaju B, na którym jest widoczna strata ciepła w miejscu osadzenia okna – jego otwieranej części.

Na rysunkach 7a, 8a przedstawiono straty ciepła przez przegub tramwaju B oraz w miejscach łączenia przegubu z karoserią. Na rysunku 7a wyraźnie widać skok temperatury wzdłuż linii łączenia. Przy wykorzystaniu oprogramowania Testo IRSoft dedykowanemu wykorzystywanej kamerze utworzono wykres wzdłuż linii zaznaczonej na rysunku 7a w celu zobrazowania anomalii w rozkładzie temperatury wzdłuż linii łączenia. Rysunek 8a również przedstawia zdjęcie termowizyjne przegubu (bez uwidocznionego łączenia) tego samego tramwaju. Można zauważyć przy porównaniu wykresów na rysunku 7b i rysunku 8b, że rozkłady temperatury nie są analogiczne. Na rysunku 7a, powyżej linii łączenia widać niższą temperaturę niż poniżej tej linii. Może to być wynikiem tego, że powyżej linii łączenia występują dwie warstwy przegubu. Przebieg temperatury wzdłuż linii pokazanej na rysunku 7a przedstawia wykres (rysunek 7b). Początek układu odpowiada punktowi A na rysunku 7a i zwrot osi jest skierowany do punktu B.

Na rysunku 9a jest termogram miejsca osadzenia drzwi, rozkład temperatury wzdłuż linii przedstawia rysunek 9b. Można zauważyć skok temperatury w miejscu styku drzwi z karoserią.

Podsumowanie
Badania termowizyjne można wykorzystywać do sprawdzenia izolacyjności nie tylko budynków, ale również pojazdów. W przypadku taboru komunikacji miejskiej występowanie miejsc w pojazdach strat ciepła należy do bardzo dużych problemów, ze względu na fakt, że przyczynia się to do znacznego wzrostu kosztów eksploatacji pojazdów (ogrzewanie, klimatyzacja).

W przypadku występowania miejsc na karoserii pojazdu, gdzie można zaobserwować większą stratę ciepła niż w jednostce powierzchni otaczającej to miejsce możemy mówić o miejscu pojawienia się „mostka cieplnego” (termin zaczerpnięty z budownictwa), wówczas wewnątrz pojazdu trudno zachować stałą, jednolitą temperaturę, co ma niekorzystny wpływ na organizm człowieka, ale również są to miejsca narażone na przyśpieszoną korozję. Miejsca, w których dochodzi do strat ciepła są to obszary, w których bardzo często występuje kondensacja pary wodnej, która jest odpowiedzialna za pogorszenie się stanu karoserii. Aby uniknąć skutków w postaci szybszej degradacji pojazdu w otoczeniu mostków termicznych należy przeciwdziałać skutkom tego stanu na etapie projektowania, ponadto należy zwracać na to uwagę w trakcie realizacji obsług okresowych.

Przeprowadzone badania potraktowano jako badania pilotażowe, kolejnym etapem realizacji badań będzie ocena komfortu cieplnego w miesiącach zimowych oraz miesiącach letnich, aby ocenić wydajność zastosowanych systemów klimatyzacji w tramwajach.