紅外熱像檢測在低溫地板輻射采暖中的應用★

周英明 吳國忠 李 棟 齊晗兵 王秋實

(東北石油大學，黑龍江 大慶 163318)

紅外熱像檢測在低溫地板輻射采暖中的應用★

周英明 吳國忠 李 棟 齊晗兵 王秋實

(東北石油大學，黑龍江 大慶 163318)

基于紅外熱像技術及紅外熱像儀的工作原理，闡述其應用于低溫熱水地板輻射采暖的檢測的可行性，經過現場實際測試，證明了紅外熱像儀檢測不僅可以判斷熱水管線的敷設質量，檢測供暖情況，而且能準確判斷管線堵塞和泄漏的準確位置，該技術為地熱水管線的維修縮短了時間，在建筑低溫熱水輻射采暖檢測中具有很大的應用前景。

紅外熱像，檢測，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的圖像分析處理軟件的快速發展，紅外熱像技術的應用越來越廣。紅外熱像檢測技術也因其具有方便、快捷、準確、無損、非接觸等優點在產品質量控制和監測、設備在線故障診斷、安全保護以及節約能源等方面發揮著重要作用。被應于用軍事、冶金、石化、電力、交通、材料、醫學等領域，目前紅外檢測在建筑領域應用也較為廣泛。如檢測外墻有無空鼓、剝落及裂縫，飾面貼磚粘貼質量；檢測建筑物有無受潮及滲漏；檢測混凝土及瀝青路面質量；檢測混凝土結構火災及凍融后的損傷情況等，給建筑產品質量缺陷和節能效果的評價提供了可靠依據[1]。

1 紅外熱像檢測的原理

紅外熱像技術檢測的原理是針對于自然界中所有溫度高過絕對零度(-273 ℃)的物體會持續地向外輻射紅外線，紅外線(波長在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種類、表面溫度和表面狀況，而與外界條件無關。實際物體輻射能力可以用四次方定律[2]式(1)來計算得出：

(1)

式中：Eb——黑體輻射力；

ε——實際物體發射率(根據不同的材質可以查表得到)；

σ——黑體輻射常數，5.67×108W/(m2·K4)；

C0——黑體輻射系數，5.67 W/(m2·K4)。

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

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

2 低溫地板采暖應用

2.1 低溫熱水地板輻射采暖的優點

低溫地板輻射采暖是目前國內外公認的較為理想的采暖方式，一種是以低溫熱水為媒介的地板輻射采暖，另一種是加熱電纜的低溫地板輻射采暖方式。

目前應用較廣的是低溫熱水地板輻射采暖，其在室內采暖中有以下優點：

1)所需的供水溫度比較低，一般為 35 ℃～55 ℃，因而在室外管網的傳送過程中無效熱損失可大大減少，且同樣舒適條件下，低溫熱水地板輻射采暖的室內設計溫度比對流散熱器采暖的室內設計溫度低2 ℃～3 ℃[5]，從而減少采暖能耗。

2)低溫熱水地板輻射采暖的主要散熱方式以輻射散熱為主，減少室內的空氣流動，提高了室內環境的舒適性，干凈衛生。

3)低溫熱水地板輻射采暖的散熱部分主要集中在人體活動區內，近地面溫度高，上部溫度低，室溫比較穩定，增加了室內的舒適度。

4)低溫熱水地板輻射采暖與建筑構造相結合，進出口均設置在廚房或衛生間，基本無裸露的管線，比散熱器采暖節省了1%～3%的建筑面積，其敷設方式見圖2。

2.2 低溫地板采暖存在的問題

低溫熱水地板輻射采暖的構造做法如圖3(GJB T—882—2005,05J909《工程做法》)所示，其主要構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，且面層應適當分格。填充層一般用細石，其內埋設熱水管及兩層地毯鋼絲網，上層網防止地面開裂，下層網為固定水管用。保溫層一般用聚苯乙烯泡沫板保溫層上敷設一層真空鍍鋁聚酚薄膜或玻璃布鋁箔。無論哪種做法，地熱管線都敷設于樓地面內。而現在的盤管技術，熱水管材質及給水條件，并不能保證管線長期使用而不破壞，無論哪種構造做法，都難以及時發現管道泄漏及泄漏的準確位置。如果水質很差，管道還容易發生堵塞現象，造成室內溫度降低，影響房屋的正常的使用。

3 紅外檢測技術在低溫地板采暖中的應用

紅外熱像儀通過接收物體表面輻射出的紅外線，來測定物體表面的溫度，并能根據圖像來分析物體溫度分布及溫度變化情況，判斷物體狀態、變化趨勢。利用此原理，筆者試圖將紅外熱像檢測技術應用到建筑工程低溫熱水地板采暖的檢測中(該測試屬于主動測試)。在供暖期，低溫熱水管線將熱量傳給地表，地表會向外輻射熱量，因地熱水管線敷設時，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顯示出地面的溫度分布情況，進而顯示出管路的敷設形態及溫度分布情況。一旦熱水管線出現滲漏、堵塞等情況就能及時通過紅外熱像儀檢測出具體位置，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出熱水管線敷設的是否均勻，間距是否滿足供熱要求，并能為熱量計量提供重要的基礎數據。筆者在大慶某住宅小區家現場測試，使用的是flir型攝像儀，該住戶地面敷設的是釉面瓷磚，在進行檢測時，因溫度不確定，現將其法向發射率ε設為0.93。測試結果如圖4所示。

從圖4b)紅外熱像儀的圖片上可以看出，該用戶家地熱水管線敷設不夠均勻，間距大小不一，施工質量一般。圖4d)紅外熱像儀圖片上顯示，部分位置出現了熱量不連續的情況，經與主人咨詢并分析得知應為電器線路敷設在熱水管線的上部所致。局部出現的高溫地區為太陽光照射的結果。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 ℃，溫度相對穩定，且符合住戶供暖需求。

4 結語

通過上述理論分析及測試研究，紅外檢測技術在低溫熱水地板輻射采暖中的應用是可行的，即可以從使用者的角度判斷熱水管線的敷設質量，檢測供暖情況。而且能使維修人員準確判斷管線堵塞和泄漏的位置，減少地熱水管線的維修時間，降低經濟損失。隨著紅外檢測技術的不斷發展，其在建筑工程領域中的應用將會越來越廣泛。

[1] 謝春霞.紅外熱像檢測技術在土木工程中的應用[D].成都：西南交通大學，2009.

[2] 楊世銘，陶文銓.傳熱學[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發展[J].現代科學儀器，1997(2)：28-30，40.

[4] 戴景民，汪子君.紅外熱成像無損檢測技術及其應用現狀[J].自動化技術與應用，2007，26(1)：35-36.

[5] 王光榮，沈天行，鄭維民.太陽能、地熱利用與地板輻射采暖[J].建筑節能，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★：國家大學生創新創業訓練計劃項目“防災減災評估咨詢事務所模擬運營”(項目編號：201310220044)

周英明(1979- )，女，碩士，副教授

1009-6825(2015)09-0114-02

TU111

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