Статьи - CCTV и DVR. Видеонаблюдение и видеорегистрация

В раздел "CCTV – реалии и перспективы" | К списку разделов

Гермокожухи для уличных камер: о чем не пишут в даташитах

А.М.Коровкин, Эксперт в области CCTV

Для работы в уличных условиях телевизионные камеры нуждаются в надежном укрытии, чтобы исключить попадание на них пыли и влаги, а также обеспечить оптимальный температурный режим работы. Именно для решения этих задач и предназначены специальные устройства – климатические защитные кожухи (для краткости в дальнейшем будем называть их просто гермокожухами). При всей кажущейся простоте этого вида оборудования здесь достаточно много скрытых мест, которые практически никогда не отражаются в технических паспортах

Для начала возьмем паспорт на кожух и посмотрим, что в нем указано. Прежде всего, там должны быть даны все конструктивные размеры: как габаритные, так и полезного внутреннего пространства. С этим все ясно. Затем, как правило, приводится класс защиты от внешних воздействий вида IP XX (первая цифра показывает степень механической прочности, вторая – защищенности от попадания влаги). Обычно кожухи для уличных камер должны иметь класс защиты IP 65 или IP 66. В следующей строчке указывается мощность нагревательного элемента. И вот здесь возникают вопросы: а хватит ли указанной мощности для надежной работы камеры зимой? Какова минимальная кратковременная и постоянная температура? К сожалению, однозначного ответа на эти простые вопросы, исходя из приводимых параметров, дать невозможно. И тогда становятся актуальными различные конструктивные особенности кожуха, которые никогда не отражаются в их технических характеристиках. Прояснение этих особенностей и является основной целью данной статьи.

Точка росы и микроклимат внутри гермокожуха

Для надежной камеры внутри гермокожуха необходимо обеспечить определенный температурный режим. Как правило, большинство производителей камер указывает рабочий диапазон температур от -10 до + 50⁰С. Следовательно, при любых внешних отрицательных температурах гермокожух должен обеспечивать микроклимат в заданных пределах.

Понятно, что в зимнее время без принудительного подогрева этого добиться невозможно. Для определения мощности нагревателя необходимо углубиться в основы термодинамики и определить условия, при которых на стекле гермокожуха возникает конденсат, препятствующий наблюдению.

Известно, что в воздухе (в том числе и в замкнутом объеме гермокожуха) всегда содержатся молекулы воды. До тех пор, пока воздух не находится в состоянии насыщения, выпадения конденсата не будет. Здесь уместно вспомнить о точке росы –это температура, при которой охлажденный воздух достигает состояния насыщения. Например, воздух при температуре +20 ⁰С может содержать не более 17,3 г/м² воды (100% влажности), при температуре воздуха +10^°С достигается насыщение водой уже при показателе 9,4 г/ м². Таким образом, у гермокожуха при снижении температуры возникает два "врага": во-первых, низкая отрицательная температура, нарушающая работу камеры (ниже -10⁰С) и приводов объектива с автодиафрагмой, и во-вторых, отрицательные перепады температур, которые приводят к запотеванию стекла как снаружи, так и изнутри. Необходимым условием для появления конденсата является достижение точки росы на поверхности стекла. На рис. 1 приведены графики точки росы для наружной поверхности стекла при различной относительной влажной воздуха. Рабочий режим гермокожуха отмечен на графике областью, располагающейся над наклонными линиями которые обозначают граничную зону появления конденсата (точку росы).

О козырьках, шлифованных стеклах и заземлении…

Как видно из графика, приведенного на рис.1, запотевание внешней стороны стекла гермокожуха при 70% относительной влажности воздуха появится при разнице температур в 8⁰С (точка А). Чтобы избежать этого, стекло необходимо прогревать. Согласно статистическим данным, в летнюю ночь при снижении температуры с +25 до +18⁰С температура поверхности горизонтально расположенного стекла оказывается на 6 градусов ниже. Это объясняется возникновением эффекта излучения тепловой энергии в абсолютно черное тело (ночное ясное небо).

Отсюда первый практический вывод: для снижения эффекта теплоотдачи стекло гермокожуха должно быть прикрыто козырьком. Фактически он функционирует круглые сутки, днем защищает от прямого солнечного света, ночью – от переохлаждения стекла.

Сложнее обстоит дело с конденсацией на внутренней поверхности стекла. При прочих равных условиях насыщенный воздух интенсивнее конденсируется на шероховатой поверхности. Объясняется это тем, что в насыщенном воздухе микроскопические капельки воды присутствуют во взвешенном состоянии, и если на поверхности стекла образуются неровности (пыль, грязь и т.п.), капли воды "цепляются" за них и становятся так называемыми центрами конденсации. Дополнительно усиливает процесс конденсации статический электрический заряд. Отсюда второй практический вывод: кожух должен быть с чистым гладким стеклом и иметь шину заземления. Для этих целей необходимо применять омыватели наружной поверхности стекла ("дворники") и контакты заземления корпуса гермокожуха (фото 1).

Термин "гладкое стекло" в данном случае означает, что поверхность стекла должна быть отшлифована или иметь специальное пленочное покрытие, дополнительно придающее стеклу механическую прочность. При этом важно отметить, что использование органического стекла со специальными пленками в этом смысле не имеет недостатков по сравнению с натуральным стеклом.

При снижении температуры окружающей среды внутренняя поверхность стекла всегда оказывается холоднее воздуха внутри гермокожуха. Для сохранения термодинамического рабочего режима выше точки росы стекло необходимо прогревать. Это можно делать, размещая нагреватель непосредственно на стекле, как в салоне автомобиля, но понятно, что лучший результат достигается при совместном прогреве внутреннего объема воздуха. Объем водяных паров внутри действительно герметичного кожуха постоянен и может быть снижен за счет применения просушенного соликагеля, поглощающего влагу. Чем выше температура, поддерживаемая в объеме кожуха, тем меньше относительная влажность, так как объем водяных паров постоянен, при этом одновременно происходит прогрев стекла. В совокупности это сохраняет режим работы гермокожуха внутри рабочей зоны (рис.1).

Некоторые гермокожухи имеют миниатюрное отверстие диаметром около миллиметра. Объем водяных паров в таком кожухе зависит от влажности наружного воздуха, следовательно, избежать выпадения конденсата не удастся. Именно для слива конденсата и предназначено отверстие в стекле.

Доверяй, но проверяй…

Проведем в специальной климатической камере следующий эксперимент. Попробуем сравнить кожух с обогревом непосредственно камеры с объективом нагревателем малой мощности (кожух, в котором применен данный принцип обогрева, условно назовем "S") и кожух с нагревателем, расположенным вблизи стекла под объективом камеры (кожух, в котором применен данный принцип обогрева, условно назовем "H"). Результаты климатических испытаний приведены на рис. 2. Тест показывает, что при температуре внутри климатической камеры ниже -30⁰С объектив видеокамеры, установленной в гермокожухе "S", охлаждается до -23⁰С, а в кожухе "H" соответственно до -16⁰С. Воздух внутри "S" также охладился на 6⁰С ниже, чем в "H". Последствия этого предсказуемы: риск оказаться вблизи точки росы больше и полностью определяется качеством сборки, а также резиновых уплотнителей. Попробуем менять мощность нагревательного элемента. Результаты испытаний показывают, что при температуре ниже -35⁰С, даже нагревателя 40 Вт может быть недостаточно для необходимого прогрева кожуха. Здесь уже требуется использовать нагреватель удвоенной мощности 80 Вт (фото 2). Взяты два одинаковых гермокожуха одного производителя: слева HEP32K1 (нагреватель 40 Вт), справа – HEP32K1A0 с нагревателем двойной мощности 80 Вт. Температура в камере также составляет -35⁰С, но исходная относительная влажность в обоих кожухах выше (90%), так как силикагель сознательно не использовался. На фотографии четко видно, что стекло левого кожуха запотело.

Опыт инсталляций свидетельствует также о том, что в зимнее время года в условиях метели мощный нагреватель в традиционном кожухе оказывается эффективным оружием, способным растопить снег на стекле и не допустить его обледенения. Эффективным, но не единственным. Из основ термодинамики известно, что с конденсатом можно бороться не только теплом. Дополнительное преимущество дает так называемый эффект "срыва центров конденсации" с помощью принудительного обдува стекла изнутри.

Физика процесса описывается просто: микроскопические капли тумана, оседающие на стекле, принудительно срываются с него, так как сил поверхностного натяжения воды недостаточно для их фиксации и накопления на поверхности. Эффективность этого способа подтверждена экспериментальным путем. Результаты тестирования гермокожухов с равными начальными условиями с внутренним вентилятором (слева) и без него (справа) показаны на фото 3, где четко видно, что стекло правого кожуха запотело.

Выше мы рассматривали гермокожухи традиционной конструкции, изготовленные из металла, в лучшем случае штампованного алюминия. Но ввиду значительной теплопроводности металлического корпуса немалая часть мощности нагревателя расходуется на обогрев атмосферы, сoответственно снижается к.п.д. кожуха. Вывод напрашивается сам – корпус должен изготавливаться из материала с меньшей теплопроводностью, и такие модели уже существуют. Например, начато производство гермокожухов нового поколения VERSO с корпусом из ударопрочного технополимера. Этот материал давно и с успехом применяется в автомобильной промышленности, и уже никого не шокирует пластиковый ударопрочный бампер автомобиля (справедливости ради надо отметить, что в основном это относится к импортному автопрому). Результаты сравнительных испытаний гермокожухов из алюминия (HEM) и VERSO приведены на рис. 3. Обе тестируемые модели оснащены нагревателями одинаковой мощности 20 Вт.

Из графика видно, что дополнительный выигрыш от использования нового материала составляет 4 градуса внутренней температуры, а это существенный "запас прочности" для компенсации известных проблем, возникающих вследствие неидеальной сборки и сложных условий эксплуатации гермокожуха. Бесплатным приложением к этому является полная невосприимчивость VERSO к химическим воздействиям неблагоприятной окружающей среды современного города или индустриальных объектов.

Делаем выводы

Таким образом, высокоэффективный гермокожух должен иметь внутренний вентилятор принудительного обдува, мощный нагреватель, однородное полированное стекло и термоизоляционный корпус с козырьком. Также нелишними будут качественное порошковое окрашивание металлических элементов изделия, эластичные герметизирующие прокладки, которые не "задубеют" на морозе, крепеж из нержавеющей стали. После года работы гермокожух должен сохранять не только работоспособность, но и элегантный внешний вид. Немаловажным фактором, препятствующим попаданию влаги внутрь кожухов, является конструкция и материал гермовводов для кабеля.

Особенно грешат в этом вопросе гермокожухи производства стран Юго-Восточной Азии. Из смеси злых слез инсталляторов и герметика, вылитых на их гермовводы за последние годы, можно было бы создать небольшое озеро! Совет здесь можно дать только один – если вы все же решили сэкономить средства на гермокожухах (впрочем, экономия эта будет в любом случае не слишком большой), покупайте лучше кожухи отечественного производства (именно не сборки или тайваньской же OEM, а производства), благо, что за последние годы в России появились собственные производители достаточно (по крайней мере по сравнению со странами Юго-Восточной Азии) качественных кожухов.

В заключение можно отметить, что качество представленных на нашем рынке гермокожухов и их цена находятся в прямой зависимости, и тут уместно еще раз вспомнить старую истину: скупой платит дважды. В нашем случае неудачный выбор гермокожуха приведет к покупке не только нового укрытия для телевизионной камеры (а в случае попадания влаги и выхода камеры из строя придется поменять и ее), но и лишит вашу систему наблюдения возможности наблюдать. А это уже вопрос не денег, а безопасности.

В раздел "CCTV – реалии и перспективы" | К списку разделов