Для большинства граждан счета за электроэнергию являются постоянными и значительными. Эти затраты достигают максимума в зимние месяцы, когда наступают холода. Управление энергетической информацией США (прим. ред. – The U.S. Energy Information Administration) предсказало, что зимой 2022 года расходы на электроэнергию для большинства семей достигнут многолетних максимумов из-за роста розничных цен на энергоносители.

У домовладельцев есть два способа снизить эти расходы: уменьшить нагрузки, выключив термостат, или предпринять шаги для минимизации потерь тепла в доме. Второй вариант становится все более популярным, поскольку улучшение изоляции может привести к значительной экономии в долгосрочной перспективе.

Первый шаг к снижению теплопотерь – это понимание того, откуда они поступают. Картина меняется в зависимости от возраста дома и его местоположения, но, как правило, внешние стены, окна и крыши являются главными виновниками. Итак, как можно узнать, не происходит ли в здании недопустимых утечек тепла и, как следствие, превышений затрат на отопление?

Эксперимент в Уоррене, штат Миннесота, продемонстрировал эффективность применения промышленных дронов с тепловизионными датчиками для обнаружения участков теплопотерь.

Тепловизионная съемка квартала в Уоррене при обследовании крыш с беспилотников DJI

Тепловое обследование крыш для оптимизации энергопотребления

Уоррен – небольшой город на севере Миннесоты. Здесь очень холодные зимы, однако у жителей есть одно существенное преимущество с точки зрения энергии: город владеет и управляет всеми своими коммунальными службами. Это означает, что местная администрация и гражданское население напрямую заинтересованы в сокращении расходов на отопление и повышение энергоэффективности каждого здания и сооружения.

С помощью комьюнити технического колледжа Northland (прим. ред.- Northland Community & Technical College, ) в 2017 году был запущен пилотный проект в городе Уоррен по комплексному энергосбережению. Студентам аэрокосмического факультета Northland, изучающим беспилотники и проводящим аналитику полученных с них данных, было поручено составить тепловое картирование всего города. Данное партнерство оказалось взаимовыгодным: студенты приобрели практический опыт в развивающейся индустрии промышленных беспилотников, а город получил детализированную съемку о всех строениях с подробной информацией о точках теплопотерь через различные конструкционные элементы (крыша, стены и т.д.).

Поскольку каждое здание в Уоррене имеет тепловую карту, жители могут обратиться в мэрию для получения данных об утечках тепла. «Таким образом, они могут принять решение, которое даст им наибольшую экономию энергии и средств», – сказал подкасту Local Energy Rules администратор города Уоррен Шеннон Мортенсон.

Тепловое сканирование выявляет потери тепла в конкретных областях здания. Обычно это крыши, стены, окна и двери, требующие дополнительной изоляции или полной замены.

Цель состоит в получении данных тепловой съемки для участия в специальной программе финансирования, позволяющей жителям брать кредит у города для повышения энергоэффективности. Кредит постепенно выплачивается за счет регулярных счетов за коммунальные услуги, и, как только он будет погашен, домовладелец сохранит сбережения.

По мнению Мортенсона, проект дал городу и его жителям новые возможности. «В городе мы можем определить, каковы общие потери тепловой энергии и где происходят эти потери, стать более эффективными и хорошими распорядителями, а также смягчить последствия изменения климата и повысить устойчивость в нашем комьюнити».

Сбор тепловых данных в условиях замерзания

Закари Никлин – инструктор по системам беспилотных летательных аппаратов, ведущий программу UAS в Northland Community & Technical College. Он объясняет, что важной частью небольших степеней колледжа UAS является практическое обучение. В 2017 году у студентов появилась возможность собрать тепловые данные для города Уоррен. Запуск в работу парка беспилотников Northland, в который вошли несколько БПЛА уровня DJI Enterprise, включая Matrice 600 Pro, M210 RTK, Inspire 2, а также тепловизоры Zenmuse XT и XTR, стал наглядным и эффективным методом обучения.

Изначально предполагалось, что для сбора тепловизионных данных студентам придется летать зимой, когда жители активно отапливают свои дома и разница между температурой на улице и в помещении будет наиболее заметна. Но быстро стало ясно, что в игру вступили и другие факторы. Тепловизионное сканирование специалисты начали в ноябре, но низкие температуры и периодические сильные ветра снижали эффективность батарей используемых беспилотников. Кроме того, после захода солнца требовалось дополнительное время для рассеивания остаточного дневного тепла.

Никлин предпочел проводить сканирование в темное время суток, порой до 2 часов ночи, при температуре значительно ниже нуля. Студенты также участвовали в ночных съемках до момента, пока не становилось слишком холодно, либо по завершению обследования целевого участка.

Большинство этапов составления тепловой карты с дрона были привычными для обследователей. Например, команда работала по схеме маршрутной сетки. При этом каждая область была обследована перед полетом с дроном, чтобы избежать высоких объектов. Сами полеты планировались и выполнялись с использованием ПО Pix4D. Были выявлены также и некоторые искажения в результате низких зимних температур.

Особую осторожность нужно было проявлять и при эксплуатации батарей беспилотников. Для поддержания нужного температурного режима специалисты хранили заряженные аккумуляторы в холодильных камерах, либо в грузовике со включенным подогревом. Погодные условия влияли и на остальное используемое оборудование. Например, команде приходилось клеить грелки к обратной стороне планшетов для поддержания их работоспособности. Грелки необходимы были и для согревания пальцев при управлении самим беспилотником.

Сразу после взлета дроны зависали в воздухе на несколько минут для разогрева батарей и адаптации датчика тепловизионной камеры к окружающей среде. На втором этапе проекта студенты сшивали изображения вместе и накладывали их на карту ГИС. Объединив фотографии каждого сооружения с тепловой сигнатурой, отражающей его теплопотери, они смогли обнаружить корреляцию между возрастом здания и количеством тепловых утечек.

Лучшие дроны для тепловизионного обследования крыш

Если вы также планируете организовать составление тепловых карт в городе, промышленном комплексе или на другом объекте, вам понадобится мощный, прочный, энергоэффективный и совместимый с инфракрасной полезной нагрузкой беспилотник. Ниже мы рекомендуем три профессиональных беспилотных решения для сбора высокодетализированных тепловых данных.

Mavic 3 Thermal (3T)

Mavic 3T – это самое маленькое решение от DJI для тепловой съемки, оснащенное тепловизионными и визуальными камерами высокого разрешения. Инфракрасный датчик с разрешением 640 × 512 пикселей в сочетании с позиционированием RTK на сантиметровом уровне обеспечивает точное тепловое картографирование. Этот БПЛА оперативно развертывается, прост в управлении, обладает небольшим весом и обеспечивает длительность полета до 45 минут.

Matrice 30T

Matrice 30T – это идеальный баланс между мощностью и мобильностью. Камера флагманского уровня обладает устойчивостью к атмосферным воздействиям и адаптируемостью к окружающей среде, которые вы привычно ожидаете от дронов Matrice. И все это в компактном корпусе.

Matrice 300 RTK + Zenmuse H20T

Matrice 300 RTK является флагманской промышленной платформой DJI. БПЛА способен работать в сложных погодных условиях. Благодаря 55 минутам полета, функциям обнаружения препятствий в шести направлениях и совместимости с самыми передовыми моделями полезных нагрузок DJI, этот беспилотник подходит для крупномасштабных проектов и при необходимости легко модифицируется под самые разные цели.

Zenmuse H20T – это мультисенсорная полезная нагрузка, включающая в себя 20-мегапиксельную камеру с зумом, 12-мегапиксельную широкоформатную камеру, лазерный дальномер на 1200 м и тепловизионную камеру с разрешением 640 × 512 пикселей. Идеально подходит для тепловых картографических миссий. Также интересна и более новая версия тепловизора серии Zenmuse с улучшенными техническими характеристиками и дальностью съемки – H20N.

Тепловые дроны и более экологичное будущее

Пилотный проект Уоррена по составлению тепловых карт является прекрасным примером того, как технология беспилотных летательных аппаратов может расширить возможности технического комьюнити и обосновать решения по энергоэффективности.

Реализации проекта помогали городские коммунальные службы и студенты близлежащего колледжа, нуждающиеся в получении практического опыта работы с промышленными беспилотниками. Проделанная совместная работа показала эффективность данного метода для обнаружения теплопотерь в административных зданиях и домовладениях. Этот пример может быть полезен и для многих других населенных пунктов по всему миру.