红外线热像仪在建筑节能检测中的应用

　　摘 要：红外热成像技术是利用红外热成像仪把物体所辐射出的不可见红外辐射能量转换成可见的温度场图像，用不同颜色表示不同的温度的技术。近年来，红外热成像技术在建筑工程的节能保温领域得到了广泛的应用，涉及到热工缺陷、保温材料缺失、气密性等诸多领域。

　　关键字：红外线热像仪;建筑节能;检测;应用

　　一、红外线热像仪工作原理

　　红外线是一种电磁波，具有与无线电波和可见光一样的本质。红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃。利用某种特殊的电子装置将物体表面的温度分布转换成人眼可见的图像，并以不同颜色显示物体表面温度分布的技术称之为红外热成像技术，这种电子装置称为红外热像仪，红外热成像仪大致分为致冷型和非致冷型两大类。

　　红外热像仪可将人眼无法看到的红外辐射能量转换为电信号，并以备种不同的颜色来表示不同温度分布的可视图像显示出来。这些可视的数据信号可以协助人们查找温度异常点，从而在故障未发生之前发现故障隐患，识别设备或系统的潜在问题。

　　任何温度高于绝对零度的物体，都在不断地向周围辐射红外线。它所辐射的各种波长红外线能量的总和既与物体的绝对温度T的4次方成正比，也与黑体辐射系数成Cb正比，即： 。

　　二、红外线热像仪的应用现状

　　热像仪在军事和民用方面都有广泛的应用。随着热成像技术的成熟以及各种低成本适于民用的热像仪的问世，它在国民经济各部门发挥的作用也越来越大。在工业生产中，许多设备常用于高温、高压和高速运转状态，应用红外热成像仪对这些设备进行检测和监控，既能保证设备的安全运转，又能发现异常情况以便及时排除隐患。同时，利用热像仪还可以进行工业产品质量控制和管理。此外，红外热像仪在医疗、治安、消防、考古、交通、农业和地质等许多领域均有重要的应用。如建筑物漏热查寻、森林探火、火源寻找、海上救护、矿石断裂判别、导弹发动机检查、公安侦察以及各种材料及制品的无损检查等。

　　目前，世界上最先进的红外热像仪(热成像仪或红外热成像仪)，其温度灵敏度可达0.03℃。红外热像仪的应用范围愈来愈广泛，在科研领域的主要应用包括：汽车研究发展-射出成型、模温控制、刹车盘、引擎活塞、电子电路设计、烤漆;电机、电子业-印制电路板热分布设计、产品可靠性测试、电子零组件温度测试、笔记本电脑散热测试、微小零组件测试;引擎燃烧试验风洞实验;目标物特征分析;复合材料检测;建筑物隔热、受潮检测;热传导研究;动植物生态研究;模具铸造温度测量;金属熔焊研究;地表/海洋热分布研究等。

　　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图像处理技术于一身的高科技产品，广泛应用于电力系统热故障的状态检测和诊断、石油和化工设备检测、冶金系统的设备监控、消防探测和安全检测、医疗诊断、海关缉私等行业。红外热像仪用于建筑节能研究和检测在我国尚处于起步阶段，但随着我国建筑节能的进一步开展，红外热像仪必将有着广阔的应用前景。JGJl32—200l《采暖居住建筑节能检验标准》中明确指出建筑物围护结构热工缺陷宜采用红外摄像法进行检测。

　　三、红外线热像仪在建筑方面的应用

　　采用红外热像仪进行建筑围护结构热工缺陷检测时，红外热像仪及其温度测量范围应符合现场检测要求。红外热像仪传感器的使用波长应在8.0～14.0 m之内，传感器分辨率不应低于O.1℃，其测量不确定度应<0.5℃。

　　红外线检测应在建筑物供热(供冷)系统稳定运行后进行，检测期间环境条件应符合以下规定：

　　1、检测前至少24h内室外空气温度的日平均温度与开始检测时相比，变化不应超过±10℃;检测期间的平均温度与开始检测时相比，变化应在-5~5℃范围内。

　　2、检测期间与开始检测时的空气温度相比，室外空气温度逐时值变化应≤5℃，室内空气温度逐时值的变化应≤2℃。

　　3、建筑围护结构两侧空气温差的逐时值，检测前至少24h内和检测期间，均不宜<10℃。

　　4、进行外围护结构内表面热工缺陷检测时，要避免灯光直射，至少检测开始前12 h，被检测的围护表面不应受到太阳直接辐射。

　　5、室外风速急剧变化时不宜进行检测。

　　6、在使用红外热像仪时，应使用尽可能短的波长进行测量，以减小测量误差。

　　据统计，有30% - 50%的能量消耗集中在住宅。因此提倡节能建筑，提高能效，是一项紧迫的任务。对于新建的建筑工程，比较容易处理，可建立并执行严格的节能标准和法规。然而对于既有建筑，能效相对较低，而每年只有1% -2%的旧楼能得到翻新，因此，改善现有建筑降低其能耗势在必行。由于环境保护和节能的迫切需要，国内外特别是加拿大、美国、日本等国家都非常重视红外热成像技术在建筑节能方面的应用研究，取得了丰富的经验和成果。

　　建筑中隔热层和气密性缺陷会造成室内空气不良、空气泄漏和受潮等，导致居住不舒适以及能源浪费。而解决这些问题最主要的困难是难以找到合适的方法和设备来诊断出问题所在。常规的视觉检测和评估通常效率不高，只能检测出一些明显的缺陷、表面缺陷，或隐藏的大面积缺陷。然而通常大部分缺陷并不明显，而且往往只有在造成严重的破坏之后才能知道，到时唯一的补救办法只能是花费高昂的重建费用。

　　红外热像仪作为一种预维护诊断技术，是一种极为经济而且对建筑物本身没有损坏的诊断办法。热工性缺陷如隔热材料缺失、热桥、漏气和受潮等都会造成墙面的温度变化，通过红外热图像测得的表面温度可以表征出次表面的异常。

　　四、红外线热像仪对建筑节能的检测方面

　　1、热桥

　　在建筑物能量损耗当中，有相当一部分是通过热桥所引起的。建筑围护结构中的一些部位，在室内外温差的作用下，形成热流相对密集、内表面温度较低的区域。这些部位成为传热较多的桥梁，故称为热桥,窗户下方的梁A点的温度为26.1℃，比墙体的B点温度23.2℃高出2.9℃，此梁形成了一个明显的热桥。通过计算区域面积以及室内外的温度差异，我们不难计算出通过此热桥引起的热量损失量。由于热桥附加能耗占整体建筑能耗的比例不断上升,根据调查和计算,节能型建筑中比非新型节能建筑的各种热桥的附加能耗占建筑能耗的比例下降50%。砌在砖墙或加气混凝土墙内的金属，混凝土或钢筋混凝土的梁、柱、板和肋、金属门窗框等都可能引起热桥。因此，有效的减少热桥是建筑节能的有效措施之一。

　　2、受潮检测

　　受潮恐怕是影响建筑物整体性最为严重的因素之一。水是气态时，是空气和建筑材料中必要且有用的组成部分。然而一旦成为液态或者固态，将产生不少麻烦。受潮的原因可能根源于渗漏、冷凝或建筑材料释放的湿气。

　　受潮会产生许多问题，水可能渗入一个小的裂缝，然后滞留在不透水的建筑材料中。砖和混凝土中未粘合好的区域往往造成砖墙体中积水和气体泄漏。使用不合格的混凝土造也会造成雨水的渗入。由于建筑结构运动引起的砌墙体裂缝，也会造成开口而引起雨水渗入，这通过红外可以快速清楚的显示。

　　3、外墙饰面质量检测

　　墙体结构有很大的热容量，如混凝土或砖砌体结构的主体，在正常情况下，外表面的温度比结构材料的温度高时，热量会由外墙饰面传递给结构墙体材料。当外墙饰面板(砖)的温度比结构材料的温度低时，则热量会反向传递。当外墙饰面板(砖)产生空鼓时，在其空鼓的位置就会形成很薄的空气层，由于空气层具有很好的隔热性能，因此，有空鼓的外墙板(砖)在日照或外气温发生变化时，空鼓部位的温度就会比正常墙体的温度变化大。一般说来，日照时外墙板(砖)表面温度会升高，空鼓部位温度比正常部位的温度要高：当外表面日照减少或气温降低时，与上述情况正好相反。因此，若外墙存在脱落、空鼓等粘结缺陷部位，在红外热像图上将表现为“热斑”或“冷斑”，其检测结果直观、可靠，分析外墙的红外热像特征图谱，并对其进行理论计算，即可确定外墙的粘结质量。

　　五、结语

　　红外热成像检测技术是一种已经成功使用30多年的建筑节能和建筑缺陷检有效检测手段。对于大小建筑的所有方面的预维护红外检测是一种最为有效的降低能耗和维护费用的方式。随着科学技术的发展，随着我们对红外热像技术的进一步认识和科研思路及理念的转变，红外热像技术将日趋成熟，将其应用于建筑领域的研究将会有更广阔的前景。

　　参考文献：

　　1、陈赐贤 《红外检测在外墙检测和渗漏检测中的应用》全国建筑行业节能红外技术研讨会，2005

　　2、程玉兰 《红外诊断技术与应用》 设备管理与维修 2003

　　3、江亿 《我国建筑能耗状况及建筑节能工作中的问题》 中华建设 2006