紅外熱像技術提高了建筑節能測試水平

李瑩田園

（1.大慶油田天然氣分公司檢測中心；2.大慶油田電力工程設計院）

紅外熱像技術提高了建筑節能測試水平

李瑩1田園2

（1.大慶油田天然氣分公司檢測中心；2.大慶油田電力工程設計院）

在不破壞建筑結構的前提下，通過測試兩項技術指標，紅外熱像檢測技術可確定節能建筑是否存在熱工缺陷。測試結果表明，紅外熱像技術可以正確地反映建筑結構表面的溫度場分布，為建筑節能效果的評價提供了高效、準確的檢測手段。另外，紅外熱成像技術的檢測方法還具有十分優越的優點：①非接觸式探傷，不需要破壞圍護結構即可判定其熱工缺陷情況；②可以快捷地進行大面積檢測，檢測工作效率高；③檢測結果采用圖像直觀顯示；④檢測結果易于永久儲存，反復調用，便于建立檢測檔案資料。

建筑結構 保溫性能 紅外熱像技術 建筑節能

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

建筑物外部結構保溫性能的好壞直接影響到建筑的節能效果。諸多因素（如保溫材料缺失、受潮、分布不均等）引起的建筑結構表面甚至內部熱工缺陷，我們很難采用常規的檢測手段來發現。根據傳熱機理，建筑結構內部缺陷的存在將導致結構的表面溫度呈現非均勻的分布，可以采用非接觸式測量方法，根據結構表面溫度場的變化判斷結構內部是否存在熱工缺陷。在現有的較為成熟的檢測技術中，紅外成像測試技術是確定物體表面溫度的一種非破壞性的測試技術，利用紅外成像系統的熱力學方法被廣泛應用于材料及結構的非破壞性檢測[1，2]。在檢測過程中，每一種陰影顏色表示一個特定的溫度區域。對于結構表面或者內部組織不均勻的情況，這種方法已經在很多場合得到了應用。

1 紅外熱像技術的測溫原理

待測目標中缺陷部分和非缺陷部分的熱傳導率不同，將造成目標中缺陷部分和非缺陷部分各自對應的表面溫度不同，亦即對應的紅外輻射強度不同[3]。基于物體本身的熱輻射因目標與背景的溫度和發射率不同，在能量和光譜分布上產生輻射差異。這種輻射差異所攜帶的目標信息，經紅外探測器轉換成相應電信號，通過信號處理后在顯示器上顯示出被測物體表面溫度分布的熱圖像[4]。

2 建筑熱工缺陷測試方案

2.1 熱工缺陷測試原理

將外圍護結構表面無缺陷區域稱為主體區域，將與主體區域溫差超過1℃的區域稱為缺陷區域。主體區域的平均溫度記為T1，缺陷區域最高溫度記為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重程度，但并不能說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域的大小有關。為此采用相對面積ψ來作為外圍護結構熱工缺陷的輔助判定指標，并引入能耗增加比對熱工缺陷進行判定：

式中：

β——能耗增加比；

T0——環境溫度；

ψ——相對面積；

Ai——缺陷區域面積，m2；

A0——圍護結構主體區域面積，m2。

主體區域面積是指所檢測的部位所在外墻面（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算。∑Ai是指所檢測部位所在外墻面（不包括門窗）或者屋面上所有缺陷區域的面積之和。

待供熱系統正常運行后，為避免陽光直射對檢測結果的影響，檢測選擇在夜間進行。用紅外熱像儀首先對圍護結構進行普測，并確定主體溫度。然后依據普測結果對可疑部位進行詳細檢測，測定各部位溫差及相應面積，然后根據上述理論對熱工缺陷進行判定。

2.2 檢測環境要求

（1）至少檢測前24 h內室外空氣溫度與開始檢測時的室外空氣溫度相比，其溫差不應超過±10℃。

（2）至少檢測前24 h內和檢測期間，建筑物外圍護結構內外平均空氣溫度差不宜低于10℃。

（3）檢測期間與開始檢測時的空氣溫度相比，室外空氣溫度變化不應超過5℃，室內空氣溫度的變化不應超過2℃。

（4）室外1 h內風速變化不應超過2級。

（5）物體至少檢測開始前12 h內受檢的外表面不應受到太陽直接照射，受檢目標的內表面不應受到燈光的直接照射。

2.3 熱工缺陷的判定原則

當受檢目標內表面因缺陷區域導致的能耗增加比值小于5%，且單塊缺陷面積小于0.5 m2時，判定該內表面熱工缺陷檢驗合格，否則應判為不合格。

3 熱工缺陷測試

對大慶市某棟建筑，使用紅外熱像儀對圍護結構進行了熱工缺陷測試。根據建筑物圍護結構熱工缺陷檢測方案，首先用紅外熱像儀在夜晚對被檢測建筑進行普測，然后對可疑部位進行多次詳細監測。

在所有熱像圖中找出與主體區域溫度差大于等于1℃的點所組成的區域，測量出面積，計算出該區域的平均溫度。同時測量出主體區域的面積和溫度，將測試數據代入公式（2）、（3），計算受檢內表面由于熱工缺陷所帶來的能耗增加比β為8.88%，而且該圍護結構有5處單塊缺陷面積大于0.5 m2。根據熱工缺陷判定原則，判定該圍護結構存在熱工缺陷。

4 小結

通過理論分析和實際檢測證明，應用紅外熱成像技術對節能建筑進行熱工缺陷檢測是一種行之有效的方法。在建筑節能評估中，我們可以快速有效地對大規模住宅小區、建筑群進行直觀圖像和量化分析相結合的檢測。同時，該測試方法具有其他檢測手段無法比擬的優點：

◇非接觸式探傷，不需要破壞圍護結構即可判定其熱工缺陷情況；

◇可以快捷地進行大面積檢測，檢測工作效率高；

◇檢測結果采用圖像直觀顯示；

◇檢測結果易于永久儲存，反復調用，便于建立檢測檔案資料。

[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.紅外熱像技術在房屋建筑檢測中的應用[J].煤炭工程,2004(4):68-69.

[4]方修睦,王楊洋,王中華.建筑外圍護結構表面熱工缺陷紅外檢測方法研究[J].施工技術,2006,35(4):54-56.

李瑩，2007年畢業于大慶石油學院成人教育學院，助理工程師，現從事設備資產管理工作，E-mail：tliy@petrochina.com.cn，地址：大慶市讓胡路區玉門街檢測中心，163000。

2011-02-18）