红外热像技术提高了建筑节能测试水平

李莹田园

（1.大庆油田天然气分公司检测中心；2.大庆油田电力工程设计院）

红外热像技术提高了建筑节能测试水平

李莹1田园2

（1.大庆油田天然气分公司检测中心；2.大庆油田电力工程设计院）

在不破坏建筑结构的前提下，通过测试两项技术指标，红外热像检测技术可确定节能建筑是否存在热工缺陷。测试结果表明，红外热像技术可以正确地反映建筑结构表面的温度场分布，为建筑节能效果的评价提供了高效、准确的检测手段。另外，红外热成像技术的检测方法还具有十分优越的优点：①非接触式探伤，不需要破坏围护结构即可判定其热工缺陷情况；②可以快捷地进行大面积检测，检测工作效率高；③检测结果采用图像直观显示；④检测结果易于永久储存，反复调用，便于建立检测档案资料。

建筑结构 保温性能 红外热像技术 建筑节能

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.03.008

建筑物外部结构保温性能的好坏直接影响到建筑的节能效果。诸多因素（如保温材料缺失、受潮、分布不均等）引起的建筑结构表面甚至内部热工缺陷，我们很难采用常规的检测手段来发现。根据传热机理，建筑结构内部缺陷的存在将导致结构的表面温度呈现非均匀的分布，可以采用非接触式测量方法，根据结构表面温度场的变化判断结构内部是否存在热工缺陷。在现有的较为成熟的检测技术中，红外成像测试技术是确定物体表面温度的一种非破坏性的测试技术，利用红外成像系统的热力学方法被广泛应用于材料及结构的非破坏性检测[1，2]。在检测过程中，每一种阴影颜色表示一个特定的温度区域。对于结构表面或者内部组织不均匀的情况，这种方法已经在很多场合得到了应用。

1 红外热像技术的测温原理

待测目标中缺陷部分和非缺陷部分的热传导率不同，将造成目标中缺陷部分和非缺陷部分各自对应的表面温度不同，亦即对应的红外辐射强度不同[3]。基于物体本身的热辐射因目标与背景的温度和发射率不同，在能量和光谱分布上产生辐射差异。这种辐射差异所携带的目标信息，经红外探测器转换成相应电信号，通过信号处理后在显示器上显示出被测物体表面温度分布的热图像[4]。

2 建筑热工缺陷测试方案

2.1 热工缺陷测试原理

将外围护结构表面无缺陷区域称为主体区域，将与主体区域温差超过1℃的区域称为缺陷区域。主体区域的平均温度记为T1，缺陷区域最高温度记为T2，温差ΔT可以表示为：

尽管|T1-T2|可以反映外表面热工缺陷的严重程度，但并不能说明由此缺陷造成的危害大小。

热工缺陷造成的危害程度还与缺陷区域的大小有关。为此采用相对面积ψ来作为外围护结构热工缺陷的辅助判定指标，并引入能耗增加比对热工缺陷进行判定：

式中：

β——能耗增加比；

T0——环境温度；

ψ——相对面积；

Ai——缺陷区域面积，m2；

A0——围护结构主体区域面积，m2。

主体区域面积是指所检测的部位所在外墙面（不包括门窗）或者屋面面积，按照缺陷所在楼层房间的外围尺寸计算。∑Ai是指所检测部位所在外墙面（不包括门窗）或者屋面上所有缺陷区域的面积之和。

待供热系统正常运行后，为避免阳光直射对检测结果的影响，检测选择在夜间进行。用红外热像仪首先对围护结构进行普测，并确定主体温度。然后依据普测结果对可疑部位进行详细检测，测定各部位温差及相应面积，然后根据上述理论对热工缺陷进行判定。

2.2 检测环境要求

（1）至少检测前24 h内室外空气温度与开始检测时的室外空气温度相比，其温差不应超过±10℃。

（2）至少检测前24 h内和检测期间，建筑物外围护结构内外平均空气温度差不宜低于10℃。

（3）检测期间与开始检测时的空气温度相比，室外空气温度变化不应超过5℃，室内空气温度的变化不应超过2℃。

（4）室外1 h内风速变化不应超过2级。

（5）物体至少检测开始前12 h内受检的外表面不应受到太阳直接照射，受检目标的内表面不应受到灯光的直接照射。

2.3 热工缺陷的判定原则

当受检目标内表面因缺陷区域导致的能耗增加比值小于5%，且单块缺陷面积小于0.5 m2时，判定该内表面热工缺陷检验合格，否则应判为不合格。

3 热工缺陷测试

对大庆市某栋建筑，使用红外热像仪对围护结构进行了热工缺陷测试。根据建筑物围护结构热工缺陷检测方案，首先用红外热像仪在夜晚对被检测建筑进行普测，然后对可疑部位进行多次详细监测。

在所有热像图中找出与主体区域温度差大于等于1℃的点所组成的区域，测量出面积，计算出该区域的平均温度。同时测量出主体区域的面积和温度，将测试数据代入公式（2）、（3），计算受检内表面由于热工缺陷所带来的能耗增加比β为8.88%，而且该围护结构有5处单块缺陷面积大于0.5 m2。根据热工缺陷判定原则，判定该围护结构存在热工缺陷。

4 小结

通过理论分析和实际检测证明，应用红外热成像技术对节能建筑进行热工缺陷检测是一种行之有效的方法。在建筑节能评估中，我们可以快速有效地对大规模住宅小区、建筑群进行直观图像和量化分析相结合的检测。同时，该测试方法具有其他检测手段无法比拟的优点：

◇非接触式探伤，不需要破坏围护结构即可判定其热工缺陷情况；

◇可以快捷地进行大面积检测，检测工作效率高；

◇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，便于建立检测档案资料。

[1]C Meola.A new approach for estimation of defects detection with infrared thermography[J].Materials Letters,2007,61:747-750.

[2]E Barreira,V P de Freitas.Evaluation of building materials using infrared thermography[J].Construction and Building Materials,2007,21:218-224.

[3]邢双军,许瑞萍.红外热像技术在房屋建筑检测中的应用[J].煤炭工程,2004(4):68-69.

[4]方修睦,王杨洋,王中华.建筑外围护结构表面热工缺陷红外检测方法研究[J].施工技术,2006,35(4):54-56.

李莹，2007年毕业于大庆石油学院成人教育学院，助理工程师，现从事设备资产管理工作，E-mail：tliy@petrochina.com.cn，地址：大庆市让胡路区玉门街检测中心，163000。

2011-02-18）