基于紅外熱像技術(shù)在建筑節(jié)能檢測(cè)上的應(yīng)用研究

蔣海 盧婧

摘 要：紅外熱像技術(shù)作為無(wú)損檢測(cè)的分支，具有效率高、靈敏度高、測(cè)溫范圍廣、形象直觀、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了國(guó)內(nèi)外建筑檢測(cè)研究機(jī)構(gòu)的青睞，是目前建筑節(jié)能檢測(cè)領(lǐng)域較為先進(jìn)有效的方法之一。為此，本文在全面了解紅外熱像技術(shù)原理及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了紅外熱像技術(shù)在建筑節(jié)能檢測(cè)中的應(yīng)用，并結(jié)合具體案例進(jìn)行了分析與探討。

關(guān)鍵詞：紅外熱像技術(shù);建筑節(jié)能檢測(cè);技術(shù)原理

1 紅外熱像技術(shù)原理及特點(diǎn)

紅外熱像就是利用紅外探測(cè)器接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量，并把能量分布轉(zhuǎn)換為視頻圖像，即紅外熱像圖，該圖像中的顏色與被測(cè)物體表面的溫度相對(duì)應(yīng)。在熱傳遞過(guò)程中，同一材質(zhì)的物體在熱傳導(dǎo)時(shí)物理性質(zhì)是相同的，呈現(xiàn)在熱像圖中的顏色也是相同的，但如果熱傳導(dǎo)過(guò)程中出現(xiàn)阻滯，被測(cè)物表面溫度就會(huì)呈現(xiàn)不同顏色的圖像，進(jìn)而可以評(píng)估其熱傳導(dǎo)的質(zhì)量或狀態(tài)。其特點(diǎn)如下：

1）熱像儀可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行測(cè)溫，而普通測(cè)溫儀表很難做到這一點(diǎn)。2）可以借助顯微鏡頭對(duì)直徑為幾微米或更小的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)溫。3）可以快速進(jìn)行設(shè)備的熱診斷。4）靈敏度高，根據(jù)其型號(hào)的不同，可以分辨0.1 ℃或者更小的溫差。5）不會(huì)對(duì)所測(cè)量的溫度場(chǎng)產(chǎn)生干擾。這是比直接接觸測(cè)溫的儀器如熱電偶的優(yōu)越之處。6）測(cè)溫范圍大。根據(jù)型號(hào)的不同，一般熱像儀均可測(cè)量0℃～2000℃的范圍。7）使用安全。由于測(cè)量的非接觸性，使得熱像儀使用起來(lái)非常安全。

由于其獨(dú)特的性能，它在軍事、工業(yè)、醫(yī)學(xué)以及科研等許多方面發(fā)揮著巨大的作用。而且現(xiàn)代熱像儀的結(jié)構(gòu)正逐漸趨于小型化和智能化，性能在不斷提高，使用也更加靈活方便，因此紅外熱像技術(shù)的應(yīng)用范圍必將不斷擴(kuò)大，其應(yīng)用水平也必將不斷提高。

2 紅外熱像技術(shù)在建筑節(jié)能檢測(cè)中的應(yīng)用

所有類型的建筑物，民用的、工業(yè)的，都會(huì)有在設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)方面需要對(duì)建筑物檢測(cè)的困難。建筑中普遍存在的問(wèn)題有：由于房間保溫和氣密性問(wèn)題造成的過(guò)度能源使用，材料表面分層，內(nèi)部有氣泡，屋頂漏熱等，這些問(wèn)題直到造成對(duì)建筑物的損害之前都是很難發(fā)現(xiàn)的，紅外熱像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于它可以通過(guò)檢測(cè)建筑的熱輻射來(lái)確定建筑施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。無(wú)論是木結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)還是其他類型的結(jié)構(gòu)，當(dāng)從內(nèi)部拍攝時(shí)，采暖中的建筑，絕熱性能不好的部位顯示為低溫區(qū);夏季采用空調(diào)的建筑，絕熱性能不好的部位則顯示為高溫區(qū)。而從外部拍攝時(shí)則剛好相反。

1）保溫性的檢測(cè)。當(dāng)房間的保溫性不好，內(nèi)外室溫存在10℃的差異時(shí)，就會(huì)明顯地出現(xiàn)在熱像圖上。通常這種檢測(cè)在室內(nèi)做，因?yàn)檩^少的干擾，比如太陽(yáng)輻射。對(duì)檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)很重要的是明確建筑的保溫材料和建筑細(xì)節(jié)，包括保溫材料是如何安裝的。建筑物可能采用了保溫材料但沒(méi)正確的安裝，通常對(duì)一個(gè)不佳的建筑節(jié)能情況進(jìn)行判斷時(shí)，基于其建筑環(huán)境和準(zhǔn)確的建筑細(xì)節(jié)，每一種不同的保溫材料都有其特點(diǎn)的熱像圖像。許多因素影響著最終所得的熱像圖像。當(dāng)拍攝進(jìn)行于白天或者黃昏時(shí)，必須要考慮太陽(yáng)輻射帶來(lái)的影響，它會(huì)對(duì)暴露的墻體帶來(lái)6h～8h的影響。經(jīng)常會(huì)造成熱量傳遞的反向流動(dòng)，帶來(lái)不真實(shí)的熱像圖像和錯(cuò)誤的分析。風(fēng)的影響也必須考慮在內(nèi)，它會(huì)快速地消除不同熱量表面的溫度區(qū)別。

2）房間氣密性的檢測(cè)。房間的漏風(fēng)可以造成過(guò)半的能量損失。當(dāng)然適度的換氣可以保證居住者的身體健康和室內(nèi)空氣的新鮮，但大多數(shù)建筑換氣率過(guò)高以及有不必要的空氣交換。屋角的設(shè)計(jì)和修建通常不好，帶來(lái)了房間內(nèi)能量的散耗。簡(jiǎn)單的方面是由門窗密閉性不好造成的，復(fù)雜方面就要考慮到墻壁內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)和屋頂風(fēng)壓造成。漏風(fēng)途徑和位置通常很復(fù)雜，不通過(guò)紅外熱像檢驗(yàn)無(wú)法得知。這項(xiàng)工作一年四季只要室內(nèi)外有溫差就可以進(jìn)行，這種方法對(duì)于預(yù)測(cè)和監(jiān)視室內(nèi)空氣流向和滲透率問(wèn)題很有意義。

3）屋頂潮濕狀況的檢測(cè)。紅外熱像技術(shù)可以用來(lái)確定建筑物表面裝飾材料的粘合狀況和建筑結(jié)構(gòu)的施工情況，因?yàn)閴w的固體部分檢測(cè)散熱比較緩慢。這項(xiàng)觀測(cè)只要建筑物存在一個(gè)短暫的熱環(huán)境就可以測(cè)試。因?yàn)橛^測(cè)可以在施工過(guò)程中進(jìn)行，所以一旦出現(xiàn)建筑問(wèn)題，可以及時(shí)修正，把損失減少到最小。應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)對(duì)房屋建筑工程進(jìn)行檢測(cè)，并用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)分析，是一種行之有效的方法，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，可以解決一些高空等特殊環(huán)境下的探傷問(wèn)題;可以快捷地進(jìn)行大面積檢測(cè)，檢測(cè)的工作效率很高;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，便于建立安全檢測(cè)檔案資料。

3 工程概況

筆者結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)實(shí)測(cè)紅外熱像圖中溫度異常區(qū)域進(jìn)行分析，并對(duì)判斷其是否存在熱工缺陷以及缺陷的類型進(jìn)行研究，探討室內(nèi)外溫度差等因素影響實(shí)際檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的問(wèn)題。

1）保溫材料缺失。某小區(qū)即將竣工的住宅，外墻采用EPS外墻外保溫系統(tǒng)，單一棕色涂料飾面。先對(duì)其外墻進(jìn)行紅外普測(cè)（拍攝于12月、環(huán)境溫度8℃、室內(nèi)溫度13℃）?？梢刹课恢車鈮Ρ砻嫫骄鶞囟葹?0℃（a點(diǎn)），可疑部位溫度僅為16.4℃（b點(diǎn)），溫度差大于3℃;c點(diǎn)與d點(diǎn)間溫差同樣大于2℃。原因分析：吸收太陽(yáng)輻射的外墻外表面與室溫下的外墻內(nèi)表面形成較大溫差，熱量由外向內(nèi)傳導(dǎo)擴(kuò)散，可疑部位溫度低于周圍，顯然外墻此處的傳熱系數(shù)較大，其材料的熱阻較小。查閱設(shè)計(jì)圖紙和施工日志，排除了圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的冷熱橋，且施工日志記錄該墻曾為塔吊固定位置，但在塔吊拆除后沒(méi)有修補(bǔ)施工洞保溫的記錄，采用小錘敲擊法復(fù)核確認(rèn)，由此可判定該墻存在熱工缺陷，缺陷類型為保溫材料缺失。

2）保溫材料受潮。另一即將竣工的小區(qū)住宅，外墻采用膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)，底層為面磚飾面，其余為單一棕色涂料飾面?？梢刹课恢車鈮Ρ砻嫫骄鶞囟葹?7.6℃（a點(diǎn)），可疑部位溫度僅為14.8℃（b點(diǎn)），溫度差大于2℃，c點(diǎn)溫度為16.5℃且呈多點(diǎn)列陣排列。查閱設(shè)計(jì)圖紙和施工日志，多點(diǎn)列陣排列為塑料錨栓，排除此類熱工缺陷;圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中無(wú)其他冷熱橋，且施工日志記錄該區(qū)域保溫漿料施工正常，排除了該處存在保溫材料缺失可能。進(jìn)一步檢查室內(nèi)該區(qū)域，室內(nèi)無(wú)冷源，但外墻內(nèi)表面有輕微霉點(diǎn)，再次檢測(cè)外墻面，發(fā)現(xiàn)在裝飾線下沿存在裂縫，若有水注入，將導(dǎo)致熱容量增幅較大，溫度降低，將比完好部分溫度低，在紅外熱像圖上將呈現(xiàn)“冷斑”，由此可判定該墻存在熱工缺陷，缺陷類型為保溫材料受潮。

3）室內(nèi)外溫度差的影響。某住宅外墻采用EPS外墻外保溫系統(tǒng)，單一棕色涂料飾面。可疑部位紅外圖像拍攝于1月、上午9點(diǎn)、環(huán)境溫度5℃。

可疑部位周圍外墻表面平均溫度僅為8.6℃（a點(diǎn)），可疑部位溫度卻為11.9℃（b點(diǎn)）和11.4℃（c點(diǎn)），溫度均高于周圍2℃。查閱設(shè)計(jì)圖紙無(wú)冷熱橋，進(jìn)一步檢查室內(nèi)該區(qū)域，室內(nèi)有熱源（取暖器），室內(nèi)環(huán)境溫度為15℃，故熱量由內(nèi)向外傳遞，使可疑部位熱量得到補(bǔ)充，從而高于周圍墻面溫度。按前述方法分析，可判定該墻存在熱工缺陷，缺陷類型為保溫材料缺失及受潮。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，利用紅外熱像技術(shù)可以直觀、準(zhǔn)確且大面積的無(wú)損檢測(cè)建筑節(jié)能熱工缺陷。但在檢測(cè)時(shí)，需根據(jù)相關(guān)資料，在實(shí)地勘察的基礎(chǔ)上，綜合性地分析其是否存在缺陷及缺陷類型，并結(jié)合其他輔助手段或改變檢測(cè)條件加以復(fù)核，以保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]王沁芳，徐梅，張朝輝.紅外熱成像法在建筑節(jié)能缺陷檢測(cè)中的研究與應(yīng)用[J].磚瓦，2013，（7）：50-52.

[2]張?jiān)鲡?紅外熱成像技術(shù)在建筑節(jié)能檢測(cè)中的應(yīng)用[J].建材發(fā)展導(dǎo)向（下），2014，（9）.101-102.

[3]李世錕.淺析節(jié)能技術(shù)在建筑工程的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018，（15）.101-102.