周英明 吳國(guó)忠 李 棟 齊晗兵 王秋實(shí)

(東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318)

紅外熱像檢測(cè)在低溫地板輻射采暖中的應(yīng)用★

周英明 吳國(guó)忠 李 棟 齊晗兵 王秋實(shí)

(東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318)

基于紅外熱像技術(shù)及紅外熱像儀的工作原理，闡述其應(yīng)用于低溫?zé)崴匕遢椛洳膳臋z測(cè)的可行性，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，證明了紅外熱像儀檢測(cè)不僅可以判斷熱水管線的敷設(shè)質(zhì)量，檢測(cè)供暖情況，而且能準(zhǔn)確判斷管線堵塞和泄漏的準(zhǔn)確位置，該技術(shù)為地?zé)崴芫€的維修縮短了時(shí)間，在建筑低溫?zé)崴椛洳膳瘷z測(cè)中具有很大的應(yīng)用前景。

紅外熱像，檢測(cè)，低溫，輻射采暖

0 引言

隨著紅外熱像儀性能的不斷提高及相應(yīng)的圖像分析處理軟件的快速發(fā)展，紅外熱像技術(shù)的應(yīng)用越來越廣。紅外熱像檢測(cè)技術(shù)也因其具有方便、快捷、準(zhǔn)確、無損、非接觸等優(yōu)點(diǎn)在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)、設(shè)備在線故障診斷、安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮著重要作用。被應(yīng)于用軍事、冶金、石化、電力、交通、材料、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，目前紅外檢測(cè)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用也較為廣泛。如檢測(cè)外墻有無空鼓、剝落及裂縫，飾面貼磚粘貼質(zhì)量；檢測(cè)建筑物有無受潮及滲漏；檢測(cè)混凝土及瀝青路面質(zhì)量；檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)及凍融后的損傷情況等，給建筑產(chǎn)品質(zhì)量缺陷和節(jié)能效果的評(píng)價(jià)提供了可靠依據(jù)[1]。

1 紅外熱像檢測(cè)的原理

紅外熱像技術(shù)檢測(cè)的原理是針對(duì)于自然界中所有溫度高過絕對(duì)零度(-273 ℃)的物體會(huì)持續(xù)地向外輻射紅外線，紅外線(波長(zhǎng)在0.76 μm～1 000 μm)是一種不可見光。物體向外輻射紅外線的能力主要取決于物質(zhì)種類、表面溫度和表面狀況，而與外界條件無關(guān)。實(shí)際物體輻射能力可以用四次方定律[2]式(1)來計(jì)算得出：

(1)

式中：Eb——黑體輻射力；

ε——實(shí)際物體發(fā)射率(根據(jù)不同的材質(zhì)可以查表得到)；

σ——黑體輻射常數(shù)，5.67×108W/(m2·K4)；

C0——黑體輻射系數(shù)，5.67 W/(m2·K4)。

紅外熱像儀是利用紅外熱像檢測(cè)技術(shù)，將被檢測(cè)物體的熱輻射通過科學(xué)原理轉(zhuǎn)換成為可測(cè)量的形式，以此來測(cè)量并確定被測(cè)物體紅外輻射的強(qiáng)弱程度。紅外攝像儀的工作原理[3]如圖1所示。

紅外熱像檢測(cè)方法按引起溫差的方式分為主動(dòng)式(Active)和被動(dòng)式(Passive)。主動(dòng)紅外熱檢測(cè)是指通過加熱被測(cè)目標(biāo)使之失去熱平衡，在它的內(nèi)部溫度尚不均勻、具有導(dǎo)熱過程中進(jìn)行的紅外檢測(cè)。被動(dòng)紅外熱像檢測(cè)是利用被測(cè)目標(biāo)的溫度與周圍環(huán)境溫度不同的條件，在被測(cè)目標(biāo)與環(huán)境的熱交換過程中進(jìn)行的紅外檢測(cè)[4]。

2 低溫地板采暖應(yīng)用

2.1 低溫?zé)崴匕遢椛洳膳膬?yōu)點(diǎn)

低溫地板輻射采暖是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的較為理想的采暖方式，一種是以低溫?zé)崴疄槊浇榈牡匕遢椛洳膳?，另一種是加熱電纜的低溫地板輻射采暖方式。

目前應(yīng)用較廣的是低溫?zé)崴匕遢椛洳膳?，其在室?nèi)采暖中有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)所需的供水溫度比較低，一般為 35 ℃～55 ℃，因而在室外管網(wǎng)的傳送過程中無效熱損失可大大減少，且同樣舒適條件下，低溫?zé)崴匕遢椛洳膳氖覂?nèi)設(shè)計(jì)溫度比對(duì)流散熱器采暖的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度低2 ℃～3 ℃[5]，從而減少采暖能耗。

2)低溫?zé)崴匕遢椛洳膳闹饕岱绞揭暂椛渖釣橹?，減少室內(nèi)的空氣流動(dòng)，提高了室內(nèi)環(huán)境的舒適性，干凈衛(wèi)生。

3)低溫?zé)崴匕遢椛洳膳纳岵糠种饕性谌梭w活動(dòng)區(qū)內(nèi)，近地面溫度高，上部溫度低，室溫比較穩(wěn)定，增加了室內(nèi)的舒適度。

4)低溫?zé)崴匕遢椛洳膳c建筑構(gòu)造相結(jié)合，進(jìn)出口均設(shè)置在廚房或衛(wèi)生間，基本無裸露的管線，比散熱器采暖節(jié)省了1%～3%的建筑面積，其敷設(shè)方式見圖2。

2.2 低溫地板采暖存在的問題

低溫?zé)崴匕遢椛洳膳臉?gòu)造做法如圖3(GJB T—882—2005,05J909《工程做法》)所示，其主要構(gòu)造層面層一般為散熱較好、厚度較小的材料，如水泥砂漿、地磚、薄型模板及水泥砂漿上做涂料面層等，且面層應(yīng)適當(dāng)分格。填充層一般用細(xì)石，其內(nèi)埋設(shè)熱水管及兩層地毯鋼絲網(wǎng)，上層網(wǎng)防止地面開裂，下層網(wǎng)為固定水管用。保溫層一般用聚苯乙烯泡沫板保溫層上敷設(shè)一層真空鍍鋁聚酚薄膜或玻璃布鋁箔。無論哪種做法，地?zé)峁芫€都敷設(shè)于樓地面內(nèi)。而現(xiàn)在的盤管技術(shù)，熱水管材質(zhì)及給水條件，并不能保證管線長(zhǎng)期使用而不破壞，無論哪種構(gòu)造做法，都難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道泄漏及泄漏的準(zhǔn)確位置。如果水質(zhì)很差，管道還容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，造成室內(nèi)溫度降低，影響房屋的正常的使用。

3 紅外檢測(cè)技術(shù)在低溫地板采暖中的應(yīng)用

紅外熱像儀通過接收物體表面輻射出的紅外線，來測(cè)定物體表面的溫度，并能根據(jù)圖像來分析物體溫度分布及溫度變化情況，判斷物體狀態(tài)、變化趨勢(shì)。利用此原理，筆者試圖將紅外熱像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到建筑工程低溫?zé)崴匕宀膳臋z測(cè)中(該測(cè)試屬于主動(dòng)測(cè)試)。在供暖期，低溫?zé)崴芫€將熱量傳給地表，地表會(huì)向外輻射熱量，因地?zé)崴芫€敷設(shè)時(shí)，管線之間需滿足一定的施工間距，在紅外熱像儀的顯示器上就會(huì)顯示出地面的溫度分布情況，進(jìn)而顯示出管路的敷設(shè)形態(tài)及溫度分布情況。一旦熱水管線出現(xiàn)滲漏、堵塞等情況就能及時(shí)通過紅外熱像儀檢測(cè)出具體位置，以便維修人員能盡快的解決問題。此外，紅外熱像儀還能檢測(cè)出熱水管線敷設(shè)的是否均勻，間距是否滿足供熱要求，并能為熱量計(jì)量提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。筆者在大慶某住宅小區(qū)家現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，使用的是flir型攝像儀，該住戶地面敷設(shè)的是釉面瓷磚，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，因溫度不確定，現(xiàn)將其法向發(fā)射率ε設(shè)為0.93。測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

從圖4b)紅外熱像儀的圖片上可以看出，該用戶家地?zé)崴芫€敷設(shè)不夠均勻，間距大小不一，施工質(zhì)量一般。圖4d)紅外熱像儀圖片上顯示，部分位置出現(xiàn)了熱量不連續(xù)的情況，經(jīng)與主人咨詢并分析得知應(yīng)為電器線路敷設(shè)在熱水管線的上部所致。局部出現(xiàn)的高溫地區(qū)為太陽光照射的結(jié)果。兩組圖片顯示，地面平均溫度白天在26.3 ℃，晚上平均溫度在25.8 ℃，溫度相對(duì)穩(wěn)定，且符合住戶供暖需求。

4 結(jié)語

通過上述理論分析及測(cè)試研究，紅外檢測(cè)技術(shù)在低溫?zé)崴匕遢椛洳膳械膽?yīng)用是可行的，即可以從使用者的角度判斷熱水管線的敷設(shè)質(zhì)量，檢測(cè)供暖情況。而且能使維修人員準(zhǔn)確判斷管線堵塞和泄漏的位置，減少地?zé)崴芫€的維修時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)損失。隨著紅外檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，其在建筑工程領(lǐng)域中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

[1] 謝春霞.紅外熱像檢測(cè)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用[D].成都：西南交通大學(xué)，2009.

[2] 楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)[M].第4版.北京：高等教育出版社，2006.

[3] 吳宗凡.紅外熱像儀的原理和技術(shù)發(fā)展[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，1997(2)：28-30，40.

[4] 戴景民，汪子君.紅外熱成像無損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2007，26(1)：35-36.

[5] 王光榮，沈天行，鄭維民.太陽能、地?zé)崂门c地板輻射采暖[J].建筑節(jié)能，2002(37):54-61.

Analysis of infrared thermography testing application in the low-temperature hot-water floor heating★

Zhou Yingming Wu Guozhong Li Dong Qi Hanbing Wang Qiushi

(NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,China)

Application in the feasibility of the detection of low-temperature hot-water floor radiant heating is expounded, that is based on infrared thermal imaging technology and working principle of infrared thermal imager. Through the field test, hot water pipe laying quality is proven and heating conditions are detected, position of the pipe blockage and leakage can be accurate judgment. Maintenance and testing time adopted this technology of low-temperature hot-water radiant heating test has been reduced， and has great application prospect in the construction.

infrared thermal, testing, low temperature, radiation heating of the heat

2015-01-16★：國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“防災(zāi)減災(zāi)評(píng)估咨詢事務(wù)所模擬運(yùn)營(yíng)”(項(xiàng)目編號(hào)：201310220044)

周英明(1979- )，女，碩士，副教授

1009-6825(2015)09-0114-02

TU111

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