基于红外热像技术在建筑节能检测上的应用研究

蒋海 卢婧

摘 要：红外热像技术作为无损检测的分支，具有效率高、灵敏度高、测温范围广、形象直观、非接触等优点，近年来得到了国内外建筑检测研究机构的青睐，是目前建筑节能检测领域较为先进有效的方法之一。为此，本文在全面了解红外热像技术原理及特点的基础上，分析了红外热像技术在建筑节能检测中的应用，并结合具体案例进行了分析与探讨。

关键词：红外热像技术;建筑节能检测;技术原理

1 红外热像技术原理及特点

红外热像就是利用红外探测器接受被测目标的红外辐射能量，并把能量分布转换为视频图像，即红外热像图，该图像中的颜色与被测物体表面的温度相对应。在热传递过程中，同一材质的物体在热传导时物理性质是相同的，呈现在热像图中的颜色也是相同的，但如果热传导过程中出现阻滞，被测物表面温度就会呈现不同颜色的图像，进而可以评估其热传导的质量或状态。其特点如下：

1）热像仪可以对运动的物体进行测温，而普通测温仪表很难做到这一点。2）可以借助显微镜头对直径为几微米或更小的目标进行测温。3）可以快速进行设备的热诊断。4）灵敏度高，根据其型号的不同，可以分辨0.1 ℃或者更小的温差。5）不会对所测量的温度场产生干扰。这是比直接接触测温的仪器如热电偶的优越之处。6）测温范围大。根据型号的不同，一般热像仪均可测量0℃～2000℃的范围。7）使用安全。由于测量的非接触性，使得热像仪使用起来非常安全。

由于其独特的性能，它在军事、工业、医学以及科研等许多方面发挥着巨大的作用。而且现代热像仪的结构正逐渐趋于小型化和智能化，性能在不断提高，使用也更加灵活方便，因此红外热像技术的应用范围必将不断扩大，其应用水平也必将不断提高。

2 红外热像技术在建筑节能检测中的应用

所有类型的建筑物，民用的、工业的，都会有在设计、建造和维护方面需要对建筑物检测的困难。建筑中普遍存在的问题有：由于房间保温和气密性问题造成的过度能源使用，材料表面分层，内部有气泡，屋顶漏热等，这些问题直到造成对建筑物的损害之前都是很难发现的，红外热像技术的优势在于它可以通过检测建筑的热辐射来确定建筑施工中可能出现的问题。无论是木结构、钢筋混凝土结构还是其他类型的结构，当从内部拍攝时，采暖中的建筑，绝热性能不好的部位显示为低温区;夏季采用空调的建筑，绝热性能不好的部位则显示为高温区。而从外部拍摄时则刚好相反。

1）保温性的检测。当房间的保温性不好，内外室温存在10℃的差异时，就会明显地出现在热像图上。通常这种检测在室内做，因为较少的干扰，比如太阳辐射。对检验来说很重要的是明确建筑的保温材料和建筑细节，包括保温材料是如何安装的。建筑物可能采用了保温材料但没正确的安装，通常对一个不佳的建筑节能情况进行判断时，基于其建筑环境和准确的建筑细节，每一种不同的保温材料都有其特点的热像图像。许多因素影响着最终所得的热像图像。当拍摄进行于白天或者黄昏时，必须要考虑太阳辐射带来的影响，它会对暴露的墙体带来6h～8h的影响。经常会造成热量传递的反向流动，带来不真实的热像图像和错误的分析。风的影响也必须考虑在内，它会快速地消除不同热量表面的温度区别。

2）房间气密性的检测。房间的漏风可以造成过半的能量损失。当然适度的换气可以保证居住者的身体健康和室内空气的新鲜，但大多数建筑换气率过高以及有不必要的空气交换。屋角的设计和修建通常不好，带来了房间内能量的散耗。简单的方面是由门窗密闭性不好造成的，复杂方面就要考虑到墙壁内的建筑结构和屋顶风压造成。漏风途径和位置通常很复杂，不通过红外热像检验无法得知。这项工作一年四季只要室内外有温差就可以进行，这种方法对于预测和监视室内空气流向和渗透率问题很有意义。

3）屋顶潮湿状况的检测。红外热像技术可以用来确定建筑物表面装饰材料的粘合状况和建筑结构的施工情况，因为墙体的固体部分检测散热比较缓慢。这项观测只要建筑物存在一个短暂的热环境就可以测试。因为观测可以在施工过程中进行，所以一旦出现建筑问题，可以及时修正，把损失减少到最小。应用红外热成像技术对房屋建筑工程进行检测，并用计算机技术对其进行科学分析，是一种行之有效的方法，具有其他检测手段无法比拟的优点：非接触式探伤，可以解决一些高空等特殊环境下的探伤问题;可以快捷地进行大面积检测，检测的工作效率很高;检测结果采用图像直观显示;检测结果易于永久储存，反复调用，便于建立安全检测档案资料。

3 工程概况

笔者结合工程实例，对实测红外热像图中温度异常区域进行分析，并对判断其是否存在热工缺陷以及缺陷的类型进行研究，探讨室内外温度差等因素影响实际检测结果准确性的问题。

1）保温材料缺失。某小区即将竣工的住宅，外墙采用EPS外墙外保温系统，单一棕色涂料饰面。先对其外墙进行红外普测（拍摄于12月、环境温度8℃、室内温度13℃）。可疑部位周围外墙表面平均温度为20℃（a点），可疑部位温度仅为16.4℃（b点），温度差大于3℃;c点与d点间温差同样大于2℃。原因分析：吸收太阳辐射的外墙外表面与室温下的外墙内表面形成较大温差，热量由外向内传导扩散，可疑部位温度低于周围，显然外墙此处的传热系数较大，其材料的热阻较小。查阅设计图纸和施工日志，排除了围护结构设计中的冷热桥，且施工日志记录该墙曾为塔吊固定位置，但在塔吊拆除后没有修补施工洞保温的记录，采用小锤敲击法复核确认，由此可判定该墙存在热工缺陷，缺陷类型为保温材料缺失。

2）保温材料受潮。另一即将竣工的小区住宅，外墙采用胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统，底层为面砖饰面，其余为单一棕色涂料饰面。可疑部位周围外墙表面平均温度为17.6℃（a点），可疑部位温度仅为14.8℃（b点），温度差大于2℃，c点温度为16.5℃且呈多点列阵排列。查阅设计图纸和施工日志，多点列阵排列为塑料锚栓，排除此类热工缺陷;围护结构设计中无其他冷热桥，且施工日志记录该区域保温浆料施工正常，排除了该处存在保温材料缺失可能。进一步检查室内该区域，室内无冷源，但外墙内表面有轻微霉点，再次检测外墙面，发现在装饰线下沿存在裂缝，若有水注入，将导致热容量增幅较大，温度降低，将比完好部分温度低，在红外热像图上将呈现“冷斑”，由此可判定该墙存在热工缺陷，缺陷类型为保温材料受潮。

3）室内外温度差的影响。某住宅外墙采用EPS外墙外保温系统，单一棕色涂料饰面。可疑部位红外图像拍摄于1月、上午9点、环境温度5℃。

可疑部位周围外墙表面平均温度仅为8.6℃（a点），可疑部位温度却为11.9℃（b点）和11.4℃（c点），温度均高于周围2℃。查阅设计图纸无冷热桥，进一步检查室内该区域，室内有热源（取暖器），室内环境温度为15℃，故热量由内向外传递，使可疑部位热量得到补充，从而高于周围墙面温度。按前述方法分析，可判定该墙存在热工缺陷，缺陷类型为保温材料缺失及受潮。

4 结束语

综上所述，利用红外热像技术可以直观、准确且大面积的无损检测建筑节能热工缺陷。但在检测时，需根据相关资料，在实地勘察的基础上，综合性地分析其是否存在缺陷及缺陷类型，并结合其他辅助手段或改变检测条件加以复核，以保证检测结果的可靠性。

参考文献

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[2]张增钰.红外热成像技术在建筑节能检测中的应用[J].建材发展导向（下），2014，（9）.101-102.

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