讓節(jié)能觸手可見的熱成像技術(shù)

尼克·弗萊明

布萊恩·哈伯對我房子的狀態(tài)很不滿意。他掀起了浴室地毯的一角往下面看了看，發(fā)現(xiàn)缺了一塊樓板，然后大叫了起來。他給我看平板電腦上的實時熱成像視頻，這塊區(qū)域呈現(xiàn)暗紫色。此刻，哈伯正在評估我家房子的能源效率，很顯然，我家的得分低于平均水平。

要想減少化石燃料造成的全球溫室氣體排放量，減少住宅能耗至關(guān)重要。盡管可再生能源領(lǐng)域的科技進步能夠助一臂之力，但卻無法解決全部問題。哈伯曾經(jīng)在大約50年前為軍方開發(fā)了早期熱成像技術(shù)，現(xiàn)在則在研究我位于布里斯托爾的維多利亞風(fēng)格半獨立住宅的衛(wèi)生間。衛(wèi)生間里缺一塊樓板，熱量正在從這里流失，從而解釋了寒冷、保溫性能很差的房間和高昂的燃?xì)馊∨M賬單之間的因果關(guān)聯(lián)。

早在1929年，匈牙利科學(xué)家卡爾曼·提漢義就發(fā)明了第一臺紅外相機，從而開啟了熱成像的時代。紅外波段的電磁輻射肉眼不可見，但可以通過溫度感受到。一個物體溫度越高，它釋放的紅外輻射量也就越多。

二戰(zhàn)末期在德國出現(xiàn)的早期夜視技術(shù)采用紅外光源照亮目標(biāo)。20世紀(jì)60年代則出現(xiàn)了利用月光、星光和天空微光反射成像的新型夜視儀。

英國科學(xué)家在現(xiàn)代熱成像技術(shù)的開發(fā)上發(fā)揮了重要作用。當(dāng)時的開發(fā)工作大多在位于伍斯特郡的皇家雷達(dá)研究院進行。哈伯于1967年開始以學(xué)生實習(xí)生身份在這里工作。

哈伯的中學(xué)校長曾經(jīng)對他的母親說，這位酷愛在后院庫房里動手搞小發(fā)明、小制作的年輕人不適合去讀大學(xué)。但是RRE的考官卻十分喜歡這位15歲的小伙子并將其招于麾下。

20世紀(jì)70年代早期，紅外相機使用的傳感器必須冷卻至零下200攝氏度，一般采用液氮冷卻，使得這種相機體積龐大，同時價格十分昂貴。于是，包括哈伯在內(nèi)的一個小組決定研發(fā)分辨率較低，但是體積更小、無需冷卻的紅外相機。

小組改進了電視攝像機技術(shù)（電視攝像機配有陰極射線管，使用電子束掃描生成廣播信號）。通過替換由硫酸三甘氨酸（一種可將溫度變化轉(zhuǎn)換為電壓變化的晶體材料）制造的熱敏感層，他們開發(fā)了一種便攜式熱成像相機。后來，消防人員使用這種相機讓視線穿透失火軍艦的濃煙，在馬爾維納斯群島戰(zhàn)爭期間也有應(yīng)用。

1980年離開軍隊后，哈伯開發(fā)出了一種名為Starsight的便攜式無制冷熱成像相機。這種相機得到了廣泛應(yīng)用：探測電氣設(shè)備故障、生產(chǎn)線質(zhì)量控制、醫(yī)療診斷、甚至捉拿毒販。為了確保在挑戰(zhàn)者號航天飛機事故之后的1988年首次航天飛機發(fā)射安全，NASA采購了能夠?qū)⑷庋鄄豢梢姷臍錃饣鹧孓D(zhuǎn)化為可見圖像的相機。

20世紀(jì)90年代末，哈伯的興趣轉(zhuǎn)移到了其他方面：建設(shè)半地下節(jié)能住宅。他用自己位于伍斯特郡丘陵地帶的住宅進行最初的試驗。

今天，他仍然生活和工作在一個典型而怪異的發(fā)明家小天地里。他家有6個地下車間，車間里擺滿了車床、等離子切割機、經(jīng)緯儀、3D打印機、噴漆、數(shù)十卷電纜和堆積如山的科技期刊。我在造訪期間看到，在最大的車間（他自稱為“地球中心”）里擺著三盞大型天然氣路燈。兩個助手正在彎著腰拿著烙鐵在電路板上焊接電氣元件。隔壁是另外一個車間，里面大部分空間擺放著一種名為Jemima的紅色小船。

早在20世紀(jì)70年代參與建設(shè)實驗性低耗能住宅時，哈伯就已經(jīng)意識到了熱成像技術(shù)在提高能源效率上的潛力。在建設(shè)自己的地下車間時，哈伯對綠色建筑以及如何削減人類碳足跡的興趣日漸濃厚。

哈伯在德文郡和馬爾文開展了早期熱成像能源效率調(diào)查。對我住宅的評估時冷住宅能源效率調(diào)查專家試驗計劃的一部分。哈伯和前電視制片人麥克·安德魯以及軟件工程師杰里米·伯馳等人共同構(gòu)想出了這個能夠降低熱成像調(diào)查設(shè)備成本的項目。他們還發(fā)現(xiàn)，一旦你向房主展示熱量從其住宅中流失的具體圖像，采取補救行動的房主比例就會提高五倍。

他們首先開發(fā)了名為Heatview的地圖，一張融合了谷歌街景的布里斯托爾互動地圖，該地圖可以向房主展示其和鄰居住宅外立面的熱成像。研究小組用廉價系統(tǒng)取代了哈伯的熱成像相機，自己開發(fā)了軟件以及可以裝在蘋果手機上的相機。由此，熱成像調(diào)查的設(shè)備成本由以前的5000多英鎊降低到了350英鎊左右。

“如果不能讓人們親眼看到，能量的概念就很難讓人們理解，”項目總經(jīng)理安德魯說。“眼見為實非常適用于這個場景，這是我最初的想法，在后續(xù)獨立研究中也都得到了證實?！?/p>

建立了Cheese項目后，普利茅斯大學(xué)生理學(xué)家也對同一問題展開了研究。他們發(fā)表于2014年的研究報告表明，與只看到能源使用分析報告的房主相比，看到其住宅熱圖像的房主安裝擋風(fēng)條的比例是前者的4.9倍。

看見綠色

在Cheese項目的第一階段，即2015～2016年間，項目人員請求布里斯托爾居民整晚開啟采暖設(shè)備。調(diào)查中，他們用巨型風(fēng)扇將房內(nèi)空氣從前門抽出室外，從而增大通過房屋縫隙進入室內(nèi)的冷空氣流量。居民在調(diào)查員隨身攜帶的平板電腦上即可直觀看到屋頂保溫層裂縫、密封不良的窗戶和地面采暖產(chǎn)生的問題。在后續(xù)跟進電話中，有73%的居民在3個月內(nèi)采取了某種保溫措施，94%的人說他們打算進一步提高房屋的保溫性能。

Cheese項目并非鼓勵房主提高能源效率的唯一努力。然而許多政府主導(dǎo)的計劃卻未能實現(xiàn)當(dāng)初預(yù)期。

2013年，英國政府推出了綠色新政計劃，為能源效率改進提供貸款扶持。花在改進上的費用將以能源費用補貼形式返還，另外還為當(dāng)?shù)卣峁┝司G色新政社區(qū)基金以提供更多鼓勵計劃。由于應(yīng)用率低且遭到廣泛批評，兩項計劃在短短兩年后都被廢棄。在操辦能源效率計劃的公司倒閉后，布里斯托爾市政府不得不出面安撫那些已經(jīng)簽署了合同的居民。

目前，由志愿者操作的Cheese試點項目已經(jīng)在兩個冬天完成了110宗調(diào)查。小組已經(jīng)與其他對類似項目感興趣的城市-例如溫哥華市-進行了初步會談。

“五年之內(nèi)，我們希望有10～20個城市參與房內(nèi)熱調(diào)查項目，”哈伯說。“在10年之內(nèi)，如果我們做法得當(dāng)?shù)脑挘覀儗o能源效率領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響?！?/p>

它的確也影響到了我。除了地板上的漏洞以外，對我家的調(diào)查還發(fā)現(xiàn)窗戶安裝不嚴(yán)密、通風(fēng)扇吹過堂風(fēng)、燈泡不節(jié)能、管道和電纜周圍有縫隙、屋頂保溫層有破損等等一系列問題。幾周之后，我接到了Cheese項目小組打來的電話，詢問我是否為減少房子的能耗而做了什么改進。

我坦率地告訴他們，有很多改進工作還停留在紙面上，但是我已經(jīng)填補了地板上的一些縫隙，并且打算在客廳地面貼上塑料地磚。哈伯留下的電量計能夠?qū)崟r顯示電費?？吹讲粩嗵鴦拥臄?shù)字，我立刻關(guān)上了不用的電燈。另外，我還更換了導(dǎo)致熱量大量流失的破損地板。

“用高高在上的態(tài)度教導(dǎo)人們該如何拯救地球是起不到作用的，”哈伯說?！澳銘?yīng)當(dāng)走進社區(qū)教育人們該如何降低能源成本并提高舒適度，然后引導(dǎo)人們思考節(jié)能對于環(huán)境的重要性。然后人們就會豁然開朗，主動積極地去減少碳足跡。”

（摘自英國廣播公司新聞網(wǎng)）（編輯/華生）