紅外熱像儀在建筑節能上的應用范文

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摘要:

紅外熱像儀利用光電子技術、紅外探測器技術和紅外圖像處理技術，來獲取物體表面溫度分布情況．列舉了紅外熱像儀在墻體冷橋部位檢測、窗戶空氣滲透檢測、散熱器故障檢測等3個方面的應用，指出紅外熱像儀在建筑節能方面的應用的優勢．

關鍵詞:

紅外熱像儀;建筑節能;冷橋現象;空氣滲透;故障檢測

當今社會，無論是發達國家還是發展中國家都非常地重視節能問題，我國目前的單位建筑面積采暖用能耗相當于氣候條件相近的發達國家的3～4倍［1］．我國能源較匱乏，近幾年越來越多的化石能源依賴進口，因此合理有效利用能源，提高能源利用率對我國社會發展的具有重要意義．目前我國建筑相關能耗占全社會能耗的46．7%［2］，因此采用科學手段降低建筑能耗對促進能源開發與利用至關重要．利用紅外熱像儀對建筑物圍護結構進行熱工缺陷測試，同時評估其保溫性能以及是否存在內部缺陷是一種建筑節能的有效監測手段．同時，紅外熱像儀也具有測試氣密性的功能，利用紅外熱像儀快速掃描拍攝紅外熱像照片，能科學準確地確定建筑物的滲漏源．在我國紅外熱像儀用于建筑節能的研究和測試尚處于起步階段，但具有極其廣闊的應用前景［3］．

1熱像儀工作原理及Testo890熱像儀的技術參數

由于分子的熱運動，物體會發射紅外線，紅外輻射能量與其絕對溫度的4次方成正比．熱像儀通過攝取被測物體紅外輻射通量的分布，得到物體發射紅外輻射通量的分布圖像，此圖即為熱像圖．根據這一特性，熱像儀就能測出物體的溫度場．紅外熱像儀一般由光學系統、掃描器紅外探測器、信號處理電路、顯示記錄裝置等幾部分組成［4］．目標的輻射圖形經光學系統會聚和濾光，聚焦在焦平面上．焦平面內安裝一個探測元件，光學會聚系統與探測器之間有一套光學機械掃描裝置，從目標入射到探測器上的紅外輻射，隨著掃描鏡的轉動而移動，按次序掃過物空間的整個視場，在掃描過程中，入射的紅外線使探測器產生響應，探測器的響應是與紅外輻射的能量成正比的電壓信號，掃描過程使二維的物體輻射圖形轉換成一維的模擬電壓信號序列，該信號經過放大、處理后，由視頻監視系統實現熱像顯示和溫度測量［5］．掃描熱像儀原理見圖1．我校引進的用于建筑節能研究的熱像儀是由德圖集團生產的“Testo890”型熱像儀，主要技術指標為:像素480×272;響應波段8μm～14μm;測溫范圍20℃～500℃;測溫精度±2%;圖像刷新頻33Hz;濕度條件20%～80%．

2工程應用

2．1墻體冷橋部位檢測在嚴寒與寒冷地區，冷橋對供暖負荷和能耗指標的影響較大，通常占20%以上［6］，這一地區具有突出的冷橋問題，必須對冷橋進行處理，才能減少傳熱損失，并能保證圍護結構在冬季室內表面不結露，因此找出建筑冷橋顯得十分重要．例如，利用紅外熱像儀從內部拍攝時，冬季采暖建筑冷橋部位顯示為低溫區，見圖2．在低溫區溫度僅為12℃，而其它部位溫度平均在14．5℃，隨著室內外溫差的增大，冷橋問題還會更加突出．由于冷橋部位溫度較低，很容易達到室內空氣露點溫度，從而產生滲水、墻皮脫落、發霉等現象，見圖3．利用紅外攝像儀，可以對墻體進行掃描，得到冷橋部位內表面溫度場分布，及時找到冷橋部位，通過加苯板等方式進行修復處理，消除質量隱患．

2．2窗戶空氣滲透檢測空氣滲透是與窗戶密閉性能有關，當窗戶密閉性能符合設計有關標準要求情況下，它對于窗戶能耗的影響并不是很大．就目前國內門窗廠的生產水平而言，要達到設計標準要求并不是太難，嚴重的空氣滲透往往發生在安裝環節．在窗戶安裝完成及以后的管理過程中，及時找出空氣滲透部位并及時進行封堵，能夠在很大程度上降低窗戶能耗．如圖4，通過熱像儀能夠得到窗戶溫度場的分布，可以看出窗戶與墻體的交界面上溫度較低，在－10℃左右，而窗戶內表面的平均值為10℃左右，這是因為交界面密封不好，存在空氣滲漏現象．

2．3散熱器工作故障檢測在無故障穩定運行情況下，散熱器溫度的分布應呈均勻過渡變化狀態，在這種情況下拍到的紅外熱像圖，是正常狀態下的散熱器溫度場分布．然而，當散熱器出現某種故障時，散熱器內熱水向表面的熱傳導發生改變，導致散熱器相應表面的溫度分布發生變化，對于不同性質的故障和不同嚴重程度的故障，必然會在散熱器表面溫度分布上反應出來，這樣，利用紅外特征圖譜的變化，不僅可以判斷出散熱器有無故障，而且還能夠通過其表面溫度場的分布情況判別出故障的位置及性質，見圖5．例如，當散熱器出現積氣時，各個立柱之間溫度分布極度不均勻，見圖6．散熱器最高溫度出現在最右側立柱為90℃，最低溫度30℃，出現在左上方的位置，當散熱器內有氣體時，往往集中在供水管的反方向，這就能夠判別出由于積氣引起的故障，圖7為實驗用散熱器．

3結語

利用紅外熱像儀進行檢測是目前熱故障診斷和檢測領域最有效的手段之一．紅外熱像儀能夠直觀地顯示出墻體表面溫度場，找出建筑冷橋，具有操作方便，快捷，有效的特點．利用紅外熱像儀可以得到窗戶表面溫度場分布情況，對溫度場進行分析可以找到窗戶在制造、安裝和使用過程中造成的空氣滲透現象，并及時進行封堵．通過對故障散熱器紅外特征的分析，不僅可以判斷出散熱器有無故障，而且還能夠判別出故障的位置及其性質．因此，紅外熱像儀在建筑節能方面的應用研究，會極大地推進建筑節能現場檢測技術水平的提高．

參考文獻

［1］顧天舒，謝連玉，陳革．建筑節能與墻體保溫［J］．工程力學，2006，23(2):167－184．

［2］李英，張超．對我國建筑節能趨勢的預測與分析［J］．經濟師，2010，3(3):20－22．

［3］楊紅，何建宏，喻婭君．紅外熱像儀及其在建筑節能檢測中的應用［J］．新型建筑材料，2003(4):50－51．

［4］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．

［5］呂崇德．熱工參數測量與處理［M］．北京:清華大學出版社，2001．

［6］南艷麗，馮雅，谷晉川，王磊．夏熱冬冷地區熱橋對節能圍護結構的影響［J］．建筑節能，2007，35(3):20－23．

作者：化亞魏 白莉 李楊 常文濤 單位：吉林建筑大學市政與環境工程學院