李瑩田園

（1.大慶油田天然氣分公司檢測(cè)中心；2.大慶油田電力工程設(shè)計(jì)院）

紅外熱像技術(shù)提高了建筑節(jié)能測(cè)試水平

李瑩1田園2

（1.大慶油田天然氣分公司檢測(cè)中心；2.大慶油田電力工程設(shè)計(jì)院）

在不破壞建筑結(jié)構(gòu)的前提下，通過(guò)測(cè)試兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)可確定節(jié)能建筑是否存在熱工缺陷。測(cè)試結(jié)果表明，紅外熱像技術(shù)可以正確地反映建筑結(jié)構(gòu)表面的溫度場(chǎng)分布，為建筑節(jié)能效果的評(píng)價(jià)提供了高效、準(zhǔn)確的檢測(cè)手段。另外，紅外熱成像技術(shù)的檢測(cè)方法還具有十分優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)：①非接觸式探傷，不需要破壞圍護(hù)結(jié)構(gòu)即可判定其熱工缺陷情況；②可以快捷地進(jìn)行大面積檢測(cè)，檢測(cè)工作效率高；③檢測(cè)結(jié)果采用圖像直觀顯示；④檢測(cè)結(jié)果易于永久儲(chǔ)存，反復(fù)調(diào)用，便于建立檢測(cè)檔案資料。

建筑結(jié)構(gòu) 保溫性能 紅外熱像技術(shù) 建筑節(jié)能

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.03.008

建筑物外部結(jié)構(gòu)保溫性能的好壞直接影響到建筑的節(jié)能效果。諸多因素（如保溫材料缺失、受潮、分布不均等）引起的建筑結(jié)構(gòu)表面甚至內(nèi)部熱工缺陷，我們很難采用常規(guī)的檢測(cè)手段來(lái)發(fā)現(xiàn)。根據(jù)傳熱機(jī)理，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的存在將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的表面溫度呈現(xiàn)非均勻的分布，可以采用非接觸式測(cè)量方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)表面溫度場(chǎng)的變化判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在熱工缺陷。在現(xiàn)有的較為成熟的檢測(cè)技術(shù)中，紅外成像測(cè)試技術(shù)是確定物體表面溫度的一種非破壞性的測(cè)試技術(shù)，利用紅外成像系統(tǒng)的熱力學(xué)方法被廣泛應(yīng)用于材料及結(jié)構(gòu)的非破壞性檢測(cè)[1，2]。在檢測(cè)過(guò)程中，每一種陰影顏色表示一個(gè)特定的溫度區(qū)域。對(duì)于結(jié)構(gòu)表面或者內(nèi)部組織不均勻的情況，這種方法已經(jīng)在很多場(chǎng)合得到了應(yīng)用。

1 紅外熱像技術(shù)的測(cè)溫原理

待測(cè)目標(biāo)中缺陷部分和非缺陷部分的熱傳導(dǎo)率不同，將造成目標(biāo)中缺陷部分和非缺陷部分各自對(duì)應(yīng)的表面溫度不同，亦即對(duì)應(yīng)的紅外輻射強(qiáng)度不同[3]?；谖矬w本身的熱輻射因目標(biāo)與背景的溫度和發(fā)射率不同，在能量和光譜分布上產(chǎn)生輻射差異。這種輻射差異所攜帶的目標(biāo)信息，經(jīng)紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理后在顯示器上顯示出被測(cè)物體表面溫度分布的熱圖像[4]。

2 建筑熱工缺陷測(cè)試方案

2.1 熱工缺陷測(cè)試原理

將外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面無(wú)缺陷區(qū)域稱為主體區(qū)域，將與主體區(qū)域溫差超過(guò)1℃的區(qū)域稱為缺陷區(qū)域。主體區(qū)域的平均溫度記為T1，缺陷區(qū)域最高溫度記為T2，溫差ΔT可以表示為：

盡管|T1-T2|可以反映外表面熱工缺陷的嚴(yán)重程度，但并不能說(shuō)明由此缺陷造成的危害大小。

熱工缺陷造成的危害程度還與缺陷區(qū)域的大小有關(guān)。為此采用相對(duì)面積ψ來(lái)作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工缺陷的輔助判定指標(biāo)，并引入能耗增加比對(duì)熱工缺陷進(jìn)行判定：

式中：

β——能耗增加比；

T0——環(huán)境溫度；

ψ——相對(duì)面積；

Ai——缺陷區(qū)域面積，m2；

A0——圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體區(qū)域面積，m2。

主體區(qū)域面積是指所檢測(cè)的部位所在外墻面（不包括門窗）或者屋面面積，按照缺陷所在樓層房間的外圍尺寸計(jì)算?！艫i是指所檢測(cè)部位所在外墻面（不包括門窗）或者屋面上所有缺陷區(qū)域的面積之和。

待供熱系統(tǒng)正常運(yùn)行后，為避免陽(yáng)光直射對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，檢測(cè)選擇在夜間進(jìn)行。用紅外熱像儀首先對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行普測(cè)，并確定主體溫度。然后依據(jù)普測(cè)結(jié)果對(duì)可疑部位進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，測(cè)定各部位溫差及相應(yīng)面積，然后根據(jù)上述理論對(duì)熱工缺陷進(jìn)行判定。

2.2 檢測(cè)環(huán)境要求

（1）至少檢測(cè)前24 h內(nèi)室外空氣溫度與開(kāi)始檢測(cè)時(shí)的室外空氣溫度相比，其溫差不應(yīng)超過(guò)±10℃。

（2）至少檢測(cè)前24 h內(nèi)和檢測(cè)期間，建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外平均空氣溫度差不宜低于10℃。

（3）檢測(cè)期間與開(kāi)始檢測(cè)時(shí)的空氣溫度相比，室外空氣溫度變化不應(yīng)超過(guò)5℃，室內(nèi)空氣溫度的變化不應(yīng)超過(guò)2℃。

（4）室外1 h內(nèi)風(fēng)速變化不應(yīng)超過(guò)2級(jí)。

（5）物體至少檢測(cè)開(kāi)始前12 h內(nèi)受檢的外表面不應(yīng)受到太陽(yáng)直接照射，受檢目標(biāo)的內(nèi)表面不應(yīng)受到燈光的直接照射。

2.3 熱工缺陷的判定原則

當(dāng)受檢目標(biāo)內(nèi)表面因缺陷區(qū)域?qū)е碌哪芎脑黾颖戎敌∮?%，且單塊缺陷面積小于0.5 m2時(shí)，判定該內(nèi)表面熱工缺陷檢驗(yàn)合格，否則應(yīng)判為不合格。

3 熱工缺陷測(cè)試

對(duì)大慶市某棟建筑，使用紅外熱像儀對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了熱工缺陷測(cè)試。根據(jù)建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工缺陷檢測(cè)方案，首先用紅外熱像儀在夜晚對(duì)被檢測(cè)建筑進(jìn)行普測(cè)，然后對(duì)可疑部位進(jìn)行多次詳細(xì)監(jiān)測(cè)。

在所有熱像圖中找出與主體區(qū)域溫度差大于等于1℃的點(diǎn)所組成的區(qū)域，測(cè)量出面積，計(jì)算出該區(qū)域的平均溫度。同時(shí)測(cè)量出主體區(qū)域的面積和溫度，將測(cè)試數(shù)據(jù)代入公式（2）、（3），計(jì)算受檢內(nèi)表面由于熱工缺陷所帶來(lái)的能耗增加比β為8.88%，而且該圍護(hù)結(jié)構(gòu)有5處單塊缺陷面積大于0.5 m2。根據(jù)熱工缺陷判定原則，判定該圍護(hù)結(jié)構(gòu)存在熱工缺陷。

4 小結(jié)

通過(guò)理論分析和實(shí)際檢測(cè)證明，應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)對(duì)節(jié)能建筑進(jìn)行熱工缺陷檢測(cè)是一種行之有效的方法。在建筑節(jié)能評(píng)估中，我們可以快速有效地對(duì)大規(guī)模住宅小區(qū)、建筑群進(jìn)行直觀圖像和量化分析相結(jié)合的檢測(cè)。同時(shí)，該測(cè)試方法具有其他檢測(cè)手段無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：

◇非接觸式探傷，不需要破壞圍護(hù)結(jié)構(gòu)即可判定其熱工缺陷情況；

◇可以快捷地進(jìn)行大面積檢測(cè)，檢測(cè)工作效率高；

◇檢測(cè)結(jié)果采用圖像直觀顯示；

◇檢測(cè)結(jié)果易于永久儲(chǔ)存，反復(fù)調(diào)用，便于建立檢測(cè)檔案資料。

[1]C Meola.A new approach for estimation of defects detection with infrared thermography[J].Materials Letters,2007,61:747-750.

[2]E Barreira,V P de Freitas.Evaluation of building materials using infrared thermography[J].Construction and Building Materials,2007,21:218-224.

[3]邢雙軍,許瑞萍.紅外熱像技術(shù)在房屋建筑檢測(cè)中的應(yīng)用[J].煤炭工程,2004(4):68-69.

[4]方修睦,王楊洋,王中華.建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面熱工缺陷紅外檢測(cè)方法研究[J].施工技術(shù),2006,35(4):54-56.

李瑩，2007年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院成人教育學(xué)院，助理工程師，現(xiàn)從事設(shè)備資產(chǎn)管理工作，E-mail：tliy@petrochina.com.cn，地址：大慶市讓胡路區(qū)玉門街檢測(cè)中心，163000。

2011-02-18）