讓節能觸手可見的熱成像技術

尼克·弗萊明

布萊恩·哈伯對我房子的狀態很不滿意。他掀起了浴室地毯的一角往下面看了看，發現缺了一塊樓板，然后大叫了起來。他給我看平板電腦上的實時熱成像視頻，這塊區域呈現暗紫色。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，減少住宅能耗至關重要。盡管可再生能源領域的科技進步能夠助一臂之力，但卻無法解決全部問題。哈伯曾經在大約50年前為軍方開發了早期熱成像技術，現在則在研究我位于布里斯托爾的維多利亞風格半獨立住宅的衛生間。衛生間里缺一塊樓板，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氣取暖費賬單之間的因果關聯。

早在1929年，匈牙利科學家卡爾曼·提漢義就發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。

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

英國科學家在現代熱成像技術的開發上發揮了重要作用。當時的開發工作大多在位于伍斯特郡的皇家雷達研究院進行。哈伯于1967年開始以學生實習生身份在這里工作。

哈伯的中學校長曾經對他的母親說，這位酷愛在后院庫房里動手搞小發明、小制作的年輕人不適合去讀大學。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，包括哈伯在內的一個小組決定研發分辨率較低，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（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換為電壓變化的晶體材料）制造的熱敏感層，他們開發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爭期間也有應用。

1980年離開軍隊后，哈伯開發出了一種名為Starsight的便攜式無制冷熱成像相機。這種相機得到了廣泛應用：探測電氣設備故障、生產線質量控制、醫療診斷、甚至捉拿毒販。為了確保在挑戰者號航天飛機事故之后的1988年首次航天飛機發射安全，NASA采購了能夠將肉眼不可見的氫氣火焰轉化為可見圖像的相機。

20世紀90年代末，哈伯的興趣轉移到了其他方面：建設半地下節能住宅。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、經緯儀、3D打印機、噴漆、數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70年代參與建設實驗性低耗能住宅時，哈伯就已經意識到了熱成像技術在提高能源效率上的潛力。在建設自己的地下車間時，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查。對我住宅的評估時冷住宅能源效率調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·伯馳等人共同構想出了這個能夠降低熱成像調查設備成本的項目。他們還發現，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取代了哈伯的熱成像相機，自己開發了軟件以及可以裝在蘋果手機上的相機。由此，熱成像調查的設備成本由以前的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，在后續獨立研究中也都得到了證實。”

建立了Cheese項目后，普利茅斯大學生理學家也對同一問題展開了研究。他們發表于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備。調查中，他們用巨型風扇將房內空氣從前門抽出室外，從而增大通過房屋縫隙進入室內的冷空氣流量。居民在調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生的問題。在后續跟進電話中，有73%的居民在3個月內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。然而許多政府主導的計劃卻未能實現當初預期。

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，另外還為當地政府提供了綠色新政社區基金以提供更多鼓勵計劃。由于應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簽署了合同的居民。

目前，由志愿者操作的Cheese試點項目已經在兩個冬天完成了110宗調查。小組已經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，我們希望有10～20個城市參與房內熱調查項目，”哈伯說。“在10年之內，如果我們做法得當的話，我們將會給能源效率領域產生重大影響。”

它的確也影響到了我。除了地板上的漏洞以外，對我家的調查還發現窗戶安裝不嚴密、通風扇吹過堂風、燈泡不節能、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實時顯示電費。看到不斷跳動的數字，我立刻關上了不用的電燈。另外，我還更換了導致熱量大量流失的破損地板。

“用高高在上的態度教導人們該如何拯救地球是起不到作用的，”哈伯說。“你應當走進社區教育人們該如何降低能源成本并提高舒適度，然后引導人們思考節能對于環境的重要性。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）（編輯/華生）