红外热像技术在建筑节能检测中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１８期　２　０　０　７年６月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｌ０Ｊ．３３Ｎｏ．１８　Ｊｕｎ．２００７　・１・　・专家专稿・　文章编号：１００９．６８２５（２００７）１８．０００１．０２　红外热像技术在建筑节能检测中的应用　＊　张摘炜李安桂　要：介绍了红外热像仪的测温特点，并对国内外在红外热像仪建筑检测方面的研究进行了阐述，论述了建筑物无损　检测中红外热像技术的应用情况，分析了运用红外热像技术测定墙体传热系数的几种方法，以指导建筑节能工作的开展。　关键词：红外热像仪，无损检测，传热系数，建筑节能　中图分类号：１ｒＩＪ２０１．５　文献标识码：Ａ　携式红外热像仪的价格高等因素，我国建筑领域的红外热像检测　定量化研究更是空白。　目前，我国建筑节能工作正有计划地由北向南推进，随着技　技术研究仍停滞于起步阶段，在材料的缺陷检测与评价方面，国内外的许多科技工作者进　术政策和节能标准的完善，墙体保温隔热技术得到了迅速发展，　　些相对完善的墙体保温隔热技术体系已经形成。然而建筑结　行了卓有成效的研究工作。发达国家在建筑节能领域注重建筑节能设计规范、标准的制　构的形状和构造复杂多样，保温隔热墙体中不可避免地会出现各　引言　一种热桥，加上某些节点的设计和施工的疏忽，都会造成建筑保温　墙体热工缺陷，从而降低建筑的节能标准。这些墙体热工缺陷大　定以适应社会的发展需要；注重建筑节能设计的严格审查和建筑　施工过程中建筑质量的保证。他们普遍采用能耗软件模拟进行　多数是隐蔽的，仅凭工程资料和现有现场检测方法不足以判断其　所在部位和严重程度，从而影响对建筑热工性能与节能状况的评　价。红外热像仪是集先进的光电子技术、红外探测器技术和红外　节能建筑的验收评估（性能性指标评估）；在检测方面，一般都是　对建筑构件或材料进行热工性能的测试，而对建成后的整体建筑　除个别研究需要外，一般不做现场检测。红外热像技术在建筑热　工缺陷检测方面的研究和应用历史短暂，研究中定性的多定量的　测技术研究尚属空白。　图像处理技术于一身的高科技产品，具有测温速度快、灵敏度高、　少。对于适合我国建筑节能需要的建筑墙体热工缺陷的红外检　测温范围广、形象直观、非接触等优点，是目前建筑物检测领域较　为先进有效的手段之一。　西安建筑科技大学以先进的红外热像技术为依托，利用美国　３建筑物无损检测中红外热像技术的应用　所有类型的建筑物，民用的、工业的，都会有在设计、建造和　　了红外热像测试，同时对典型采暖节能工程的建筑墙体传热系数　维护方面需要对建筑物检测的困难。建筑中普遍存在的问题有：材料表面分　现场测试有了进一步的理论探索。文中主要介绍了在建筑节能　由于房间保温和气密性问题造成的过度能源使用，屋顶漏热等，这些问题直到造成对建筑物的损害　直观检测中红外热像技术的应用和在测定墙体传热系数方面的　层，内部有气泡，ＩＳＩ公司ＩＲ　Ｓｎａｐ　Ｓｈｏｔ红外热像仪，对西安大量住宅、办公楼进行　新方法和新思路。　之前都是很难发现的，红外热像技术的优势在于它可以通过检测　１　红外热像仪测温特点　１）热像仪可以对运动的物体进行测温，而普通测温仪表很难　做到这一点；２）可以借助显微镜头对直径为几微米或更小的目标　进行测温；３）可以快速进行设备的热诊断；４）灵敏度高，根据其型　号的不同，可以分辨０．１℃或者更小的温差；５）不会对所测量的　温度场产生干扰。这是比直接接触测温的仪器如热电偶的优越　建筑的热辐射来确定建筑施工中可能出现的问题＿２ｊ。　无论是木结构、钢筋混凝土结构还是其他类型的结构，当从　内部拍摄时，采暖中的建筑，绝热性能不好的部位显示为低温区；　夏季采用空调的建筑，绝热性能不好的部位则显示为高温区。而　从外部拍摄时则刚好相反。　之处：６）测温范围大。根据型号的不同，一般热像仪均可测量　０℃－－２　０００℃的范围；７）使用安全。由于测量的非接触性，使得　热像仪使用起来非常安全。由于其独特的性能，它在军事、工业、　１）保温性的检测。当房间的保温性不好，内外室温存在　１０℃的差异时。就会明显地出现在热像图上。通常这种检测在　室内做，因为较少的干扰，比如太阳辐射。对检验来说很重要的　是明确建筑的保温材料和建筑细节，包括保温材料是如何安装　的。建筑物可能采用了保温材料但没正确的安装，通常对一个不　医学以及科研等许多方面发挥着巨大的作用。而且现代热像仪　的结构正逐渐趋于小型化和智能化，性能在不断提高，使用也更　加灵活方便，因此红外热像技术的应用范围必将不断扩大，其应　用水平也必将不断提高。　佳的建筑节能情况进行判断时，基于其建筑环境和准确的建筑细　节，每一种不同的保温材料都有其特点的热像图像。许多因素影　响着最终所得的热像图像。当拍摄进行于白天或者黄昏时，必须　要考虑太阳辐射带来的影响，它会对暴露的墙体带来６　ｈ～　２国内外在红外热像仪建筑检测方面的研究　８　ｈ的影响。经常会造成热量传递的反向流动，带来不真实的热　研究领域尚属空白，２００１年颁布的国家行业标准ＪＧＪ　１３２—　像图像和错误的分析。风的影响也必须考虑在内，它会快速地消　２００１，Ｊ　８５—２００１采暖居住建筑节能检验标准中提出用红外摄像法　除不同热量表面的温度区别。　进行建筑热工缺陷的定性判断。由于适用于建筑现场测试的便　收稿日期：２００７—０１－０９　２）房间气密性的检测。房间的漏风可以造成过半的能量损　＊：欧盟ＡｓｉａＰｒｏＥｅｏ资助项目（项目编号：０５—１０４５１６）；　教育部“新世纪优秀人才支持计划”基金项目部分内容（项目编号：ＸＣＥＴ－０４—０９７０）　７１００５５　７１００５５　作者简介：张炜（１９８１一），男，西安建筑科技大学环境与市政工程学院暖通博士研究生，陕西西安李安桂（１９６３一），男，博士生导师，教授，西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安维普资讯 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。　・２　　．　．　２第３　０　３卷篁１０　７　６年月８　皙　　山　西　建　筑失。当然适度的换气可以保证居住者的身体健康和室内空气的　处理为对应于面积的温度分布直方图。这一算法充分满足了其　新鲜，但大多数建筑换气率过高以及有不必要的空气交换。屋角　精确性的要求，较传统更为简便可靠。　的设计和修建通常不好，带来了房间内能量的散耗。简单的方面　此方法不要求所有表面都参加计算，也不允许有表面重叠。　是由门窗密闭性不好造成的，复杂方面就要考虑到墙壁内的建筑　Ｓ　划分得越细、罗列得越完整，计算的结果越精确。有７０％以上　结构和屋顶风压造成。漏风途径和位置通常很复杂，不通过红外　的表面参加计算，就可充分满足工程技术量级的精度要求。再由　热像检验无法得知。这项工作一年四季只要室内外有温差就可　下式即可计算出墙体导热系数，ｔ　，　墙体内外壁温度【　。　以进行，这种方法对于预测和监视室内空气流向和渗透率问题很　有意义。　％＝軎（ｔｍ－－ｔｂｉ）。　　．２．２热像图直接读取法　３）屋顶潮湿状况的检测。红外热像技术可以用来确定建筑　４．红外热像图的后期数据处理问题一直是国内外这方面研究　物表面装饰材料的粘合状况和建筑结构的施工情况，因为墙体的　这里提出一个新的思路和实验方法：借助对大　固体部分检测散热比较缓慢。这项观测只要建筑物存在一个短　停滞不前的原因，暂的热环境就可以测试。因为观测可以在施工过程中进行，所以　量不同建筑材料、不同时间段所测得的外墙传热系数值，和现代　一旦出现建筑问题，可以及时修正，把损失减少到最小。应用红　化智能控制技术相结合，建立一个相关的数据库，其关联是墙体　外热成像技术对房屋建筑工程进行检测，并用计算机技术对其进　表面每一点的传热系数值和这一点的红外热像图像直接对应，方　红外图像上不同的灰度或者色彩　行科学分析，是一种行之有效的方法，具有其他检测手段无法比　便建立一个直观的图像比照卡，拟的优点：非接触式探伤，可以解决一些高空等特殊环境下的探　就可以反映具体的这一点的传热系数值，这样在现场测量时，从　伤问题；可以快捷地进行大面积检测，检测的工作效率很高；检测　测得的红外图像上就可以直接读取其传热系数值，快捷量化地评　大大简化了后期处理数据的工程　结果采用图像直观显示；检测结果易于永久储存，反复调用，便于　定这栋建筑的节能和保温效果，量。进一步从这种方法出发，可以编制集成红外检测技术的墙体　建立安全检测档案资料。　４墙体传热系数现场检测中红外热像技术的应用　４．１现有墙体传热系数现场检测方法　热工性能检测分析软件，同样可以直观地确定建筑墙体常用内、　外饰面材料的发射率基础数据。　目前，国内外评价建筑节能是否达标，大多采用建筑热工法　５结语　这次欧盟资助的项目旨在通过调查和案例分析，研究确定最　现场测量。建筑热工法现场测量中最关键的一项指标是建筑墙　将在欧洲成功的城市住　体的传热系数。一种为热流计法，现场测量的内容包括热流密　适合西安市发展的城市住宅建设与规划，度，室内、外气温，建筑保温隔热墙体的内、外表面温度以及热流　宅发展经验与技术引入到西安城市建设中，提供符合可持续性发　计的两表面温度。所用的仪表主要是热流计和热电偶。另外一　展战略的住宅规划设计经验和技术支持。红外热像检测技术在　种为热箱法，测试原理是人工制造一个一维传热环境，被测部位　这次项目开展中发挥了其优越性，它属于高新技术范畴，在建筑　的内侧用热箱测试，热箱和室内模拟采暖条件，另－－￣ｔＪ为室外（自　物检测方面具有广阔的应用前景，由于它所具有独特的优点，能　然条件）。通过测量热箱的发热量得到被测部位的传热量，计算　补充传统检测手段的不足。但是还有很多工作需要在今后的实　得到该被测部位的传热系数。　践中进一步改进和提高，使得红外热像技术在建筑物检测中的应　用更加广泛和科学，有效地提升建筑质量检测技术水平。不久的　４．２红外热像技术测量墙体传热系数　人们评价一个工程的节能效果，判断其是否符合节能要求，　在结合现场实测的数据基础上，与以前的传热系数测量方法　将来，将不再受到检测周期长、被测部位随机性大的限制，轻松操作，就　相比较，提出了以下测量墙体传热系数的新思路和新方法。　４．２．１对流传热法　能迅速和全面地判断整个建筑群内所有建筑墙体或屋面的热工　缺陷情况，从而做出准确论断，指导建筑节能工作顺利开展。　参考文献：　检测墙体热工缺陷的思路：在稳定传热情况下，测出室内外　环境温度、气流速度，通过红外热像仪确定墙体的内外表面温度　分布和平均温度差，计算出墙体热流密度值，进一步计算出墙体　热阻和传热系数。对流传热法以设备外表面与环境空间的自然　对流传热为理论基础，在已知设备外表面温度ｔ　，环境温度ｔ。，气　流速度Ｖ时，可由下式计算出总平均热流ｑ　。　ｑ　ｄ【厶‘Ｓｉ×　）／厶Ｓｉ—ｔ０　Ｊ　ｏ　ｉ＝１　ｉ＝１　，　、，　［１］杨红，何建宏，喻娅君．红外热像仪及其在建筑节能检测中　的应用［Ｊ］．保温材料与建筑节能，２００３（４）：５０—５１．　【２］Ｊｏｈｎ　Ｓｎｅｌ１．Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｅｎｖｄｏｐｅ　ｓｙｓｔｏｎｓｕ　ｉｎｆｒａｒｅｄｔｈ￣［３］杨ｐｈ［Ｊ］．ＩＮＦＲＡＭＡＴＩＯＮ，２００２（８）：３５—４４．　红，刘加平，黄振利，等．墙体传热系数现场检测及热工缺　陷红外热像检测技术研究［Ｊ］．保温材料与建筑节能，２００４　（５）：３８—３９．　通过红外热像测试，可以得到准确的设备外表面温度场分布　４］丁有发．红外热像技术用于热设备保温效果评估［Ｊ］．激光一　结果，即已知　值，可以计算出总平均热流密度ｑ　的值。显然，　［红外，１９９７（６）：１４８—１５１．　计算的核心是求表面温度用面积加权的平均壁温，即将某一表面　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ－ｓａｖｉｎｇ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ＺＨＡＮＧＷｅｉ　ＬＩＡｎ－ｇｕｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ，ｅｌａｂｏｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｎｏｎ—ｌｏｓｓ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ，ａｎａｌｙｓｅｓ　ｓｏｍｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｅｘａｍｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｔｅｍｐｅｒ—　ａｔｕｒｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｇｕｉｄｅ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ－ｓａｖｉｇ　ｗｏｒｋｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ，ｎｏｎ－ｌｏｓｓ　ｃｈｅｃｋｉｇ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｃｏｎｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ－ｓａｖｉｎｇ