基于紅外熱像技術在建筑節能檢測上的應用研究

蔣海 盧婧

摘 要：紅外熱像技術作為無損檢測的分支，具有效率高、靈敏度高、測溫范圍廣、形象直觀、非接觸等優點，近年來得到了國內外建筑檢測研究機構的青睞，是目前建筑節能檢測領域較為先進有效的方法之一。為此，本文在全面了解紅外熱像技術原理及特點的基礎上，分析了紅外熱像技術在建筑節能檢測中的應用，并結合具體案例進行了分析與探討。

關鍵詞：紅外熱像技術;建筑節能檢測;技術原理

1 紅外熱像技術原理及特點

紅外熱像就是利用紅外探測器接受被測目標的紅外輻射能量，并把能量分布轉換為視頻圖像，即紅外熱像圖，該圖像中的顏色與被測物體表面的溫度相對應。在熱傳遞過程中，同一材質的物體在熱傳導時物理性質是相同的，呈現在熱像圖中的顏色也是相同的，但如果熱傳導過程中出現阻滯，被測物表面溫度就會呈現不同顏色的圖像，進而可以評估其熱傳導的質量或狀態。其特點如下：

1）熱像儀可以對運動的物體進行測溫，而普通測溫儀表很難做到這一點。2）可以借助顯微鏡頭對直徑為幾微米或更小的目標進行測溫。3）可以快速進行設備的熱診斷。4）靈敏度高，根據其型號的不同，可以分辨0.1 ℃或者更小的溫差。5）不會對所測量的溫度場產生干擾。這是比直接接觸測溫的儀器如熱電偶的優越之處。6）測溫范圍大。根據型號的不同，一般熱像儀均可測量0℃～2000℃的范圍。7）使用安全。由于測量的非接觸性，使得熱像儀使用起來非常安全。

由于其獨特的性能，它在軍事、工業、醫學以及科研等許多方面發揮著巨大的作用。而且現代熱像儀的結構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，因此紅外熱像技術的應用范圍必將不斷擴大，其應用水平也必將不斷提高。

2 紅外熱像技術在建筑節能檢測中的應用

所有類型的建筑物，民用的、工業的，都會有在設計、建造和維護方面需要對建筑物檢測的困難。建筑中普遍存在的問題有：由于房間保溫和氣密性問題造成的過度能源使用，材料表面分層，內部有氣泡，屋頂漏熱等，這些問題直到造成對建筑物的損害之前都是很難發現的，紅外熱像技術的優勢在于它可以通過檢測建筑的熱輻射來確定建筑施工中可能出現的問題。無論是木結構、鋼筋混凝土結構還是其他類型的結構，當從內部拍攝時，采暖中的建筑，絕熱性能不好的部位顯示為低溫區;夏季采用空調的建筑，絕熱性能不好的部位則顯示為高溫區。而從外部拍攝時則剛好相反。

1）保溫性的檢測。當房間的保溫性不好，內外室溫存在10℃的差異時，就會明顯地出現在熱像圖上。通常這種檢測在室內做，因為較少的干擾，比如太陽輻射。對檢驗來說很重要的是明確建筑的保溫材料和建筑細節，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正確的安裝，通常對一個不佳的建筑節能情況進行判斷時，基于其建筑環境和準確的建筑細節，每一種不同的保溫材料都有其特點的熱像圖像。許多因素影響著最終所得的熱像圖像。當拍攝進行于白天或者黃昏時，必須要考慮太陽輻射帶來的影響，它會對暴露的墻體帶來6h～8h的影響。經常會造成熱量傳遞的反向流動，帶來不真實的熱像圖像和錯誤的分析。風的影響也必須考慮在內，它會快速地消除不同熱量表面的溫度區別。

2）房間氣密性的檢測。房間的漏風可以造成過半的能量損失。當然適度的換氣可以保證居住者的身體健康和室內空氣的新鮮，但大多數建筑換氣率過高以及有不必要的空氣交換。屋角的設計和修建通常不好，帶來了房間內能量的散耗。簡單的方面是由門窗密閉性不好造成的，復雜方面就要考慮到墻壁內的建筑結構和屋頂風壓造成。漏風途徑和位置通常很復雜，不通過紅外熱像檢驗無法得知。這項工作一年四季只要室內外有溫差就可以進行，這種方法對于預測和監視室內空氣流向和滲透率問題很有意義。

3）屋頂潮濕狀況的檢測。紅外熱像技術可以用來確定建筑物表面裝飾材料的粘合狀況和建筑結構的施工情況，因為墻體的固體部分檢測散熱比較緩慢。這項觀測只要建筑物存在一個短暫的熱環境就可以測試。因為觀測可以在施工過程中進行，所以一旦出現建筑問題，可以及時修正，把損失減少到最小。應用紅外熱成像技術對房屋建筑工程進行檢測，并用計算機技術對其進行科學分析，是一種行之有效的方法，具有其他檢測手段無法比擬的優點：非接觸式探傷，可以解決一些高空等特殊環境下的探傷問題;可以快捷地進行大面積檢測，檢測的工作效率很高;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，便于建立安全檢測檔案資料。

3 工程概況

筆者結合工程實例，對實測紅外熱像圖中溫度異常區域進行分析，并對判斷其是否存在熱工缺陷以及缺陷的類型進行研究，探討室內外溫度差等因素影響實際檢測結果準確性的問題。

1）保溫材料缺失。某小區即將竣工的住宅，外墻采用EPS外墻外保溫系統，單一棕色涂料飾面。先對其外墻進行紅外普測（拍攝于12月、環境溫度8℃、室內溫度13℃）?？梢刹课恢車鈮Ρ砻嫫骄鶞囟葹?0℃（a點），可疑部位溫度僅為16.4℃（b點），溫度差大于3℃;c點與d點間溫差同樣大于2℃。原因分析：吸收太陽輻射的外墻外表面與室溫下的外墻內表面形成較大溫差，熱量由外向內傳導擴散，可疑部位溫度低于周圍，顯然外墻此處的傳熱系數較大，其材料的熱阻較小。查閱設計圖紙和施工日志，排除了圍護結構設計中的冷熱橋，且施工日志記錄該墻曾為塔吊固定位置，但在塔吊拆除后沒有修補施工洞保溫的記錄，采用小錘敲擊法復核確認，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住宅，外墻采用膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統，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），可疑部位溫度僅為14.8℃（b點），溫度差大于2℃，c點溫度為16.5℃且呈多點列陣排列。查閱設計圖紙和施工日志，多點列陣排列為塑料錨栓，排除此類熱工缺陷;圍護結構設計中無其他冷熱橋，且施工日志記錄該區域保溫漿料施工正常，排除了該處存在保溫材料缺失可能。進一步檢查室內該區域，室內無冷源，但外墻內表面有輕微霉點，再次檢測外墻面，發現在裝飾線下沿存在裂縫，若有水注入，將導致熱容量增幅較大，溫度降低，將比完好部分溫度低，在紅外熱像圖上將呈現“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）室內外溫度差的影響。某住宅外墻采用EPS外墻外保溫系統，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、環境溫度5℃。

可疑部位周圍外墻表面平均溫度僅為8.6℃（a點），可疑部位溫度卻為11.9℃（b點）和11.4℃（c點），溫度均高于周圍2℃。查閱設計圖紙無冷熱橋，進一步檢查室內該區域，室內有熱源（取暖器），室內環境溫度為15℃，故熱量由內向外傳遞，使可疑部位熱量得到補充，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 結束語

綜上所述，利用紅外熱像技術可以直觀、準確且大面積的無損檢測建筑節能熱工缺陷。但在檢測時，需根據相關資料，在實地勘察的基礎上，綜合性地分析其是否存在缺陷及缺陷類型，并結合其他輔助手段或改變檢測條件加以復核，以保證檢測結果的可靠性。

參考文獻

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