沈阳某建筑外墙保温缺陷的红外热成像及分析

赵雷昌

中国航空规划设计研究总院有限公司

0 引言

沈阳某建筑，2006 年底完成施工图设计，0 9 年竣工交付使用。在交付当年冬季供暖后，使 用方反映，附楼某些房间室内温度达不到设计值，散 热器表面温度不正常，房 间漏风问题严重，严 重影响室内使用效果。

以尽量减小对工作环境影响为原则，暖 通专业采取了增加局部房间散热器数量、调 节供暖入口调节阀阻力等措施，建 筑专业采取了对若干房间吊顶进行保温等措施之后，部 分房间有所改善，但 在室外达到室外供暖计算温度时，仍有个别房间温度低于设计值，且房间内散热器表面温度已达到正常温度，房 间内工作人员反映强烈。

为了分析、确 定问题产生的原因，在 2011 年 8 月份与2012 年3 月份，笔 者先后两次用某型号红外热成像仪对该建筑进行红外热成像取照，通 过对成像图片进行分析，寻 找问题的根源。

1 建筑物概况

该建筑物地处沈阳市皇姑区内，占 地面积33428 m2，建 筑高度为 16.5 m，总 建筑面积 38482 m2。其中温度达不到使用要求的房间集中在西附楼，西 附楼为 3 层钢框架结构（局部为 2 层），层 高均为 4.0 m，基本柱网13.5 m×8 m。

建筑设计外墙为复合夹心板墙面，外 墙岩棉夹心板厚度为 100 mm（施工时修改为 50 mm）。西附楼外窗设断桥铝合金镀膜夹层中空玻璃：钢 化玻璃 6 mm+空气层 12 mm+玻璃 6 mm（离线 Low-E）+PVB 膜1.52 mm+玻璃 6 mm（从室外至室内），内 附设电动织物遮阳系统。

1.1 测试条件

测试时间：2012-3-11，20:00～21:30

测试地点：沈 阳某建筑西附楼

测试室外条件：室 外温度-15 ℃

测试仪器：F luke Ti32-10070601

测试房间：西 附楼一层西侧房间以及二层南侧大开间。

说明：被 测试的房间，均 为在室外达到供暖计算温度，温 度未达到设计值的房间。由于测试时已近当地供暖末期，在 集中供暖情况下，房 间温度达到设计值，根 据现场拍摄的红外成像照片，围 护结构缺陷却仍能反映出来。

1.2 成像拍摄结果

图1～8 为各房间成像拍摄结果（左侧为红外线成像，右 侧为数码相机成像）。

图1 一层西侧办公室室内

图2 一层西侧办公室室内（室内关灯状态）

图3 二层大开间办公室室内

图4 二层大开间办公室室内（室内关灯状态）

图5 西侧房间（室外局部一）

图6 西侧房间（室外局部二）

1.3 成像拍摄结果分析

由于建筑围护结构的设计做法是一致的，因 此从照片上理论得出，各区域温度应该也是均匀一致的。显著存在不同室内、外 温度区域已可以定性说明围护结构做法存在差异，也就是有缺陷。根据以上红外成像，分 析得出以下信息：

1）根 据图1～图4 中外墙内表面温度，峰 值处温度在13.0～15.0 ℃，低 谷处温度在3.2～5.1 ℃。出 现低谷处温度的区域主要集中在窗过梁上部区域，墙 和柱子结合部及墙角处，且 区域面积较大。

2）根 据图3、图 4 外窗窗框内表面温度，局 部温度值为7.2～7.6 ℃，明 显低于其它窗框的表面温度。可以定性确定此处的外窗窗框隔热性能有缺陷。

3）根 据图3、图 4 吊顶处内表面温度，二 层吊顶矿棉板连接处温度均较低，仅 为 2.5 ℃，说 明吊顶内存在与室外相接触的空间（理论分析由于此处和外界无接触，此 处应为略低于室温）。现场打开吊顶板，即 有冷风感，吊 顶内温度明显较低，且 冷风感较强。综上可以得出，二 层南向大开间办公室吊顶内四周围护结构封闭不严，存 在漏风现象。

4）根 据图5～图6 中外墙外表面温度，低 谷处温度在-11.3～-13.3 ℃，已 标定的最低值为-13.8 ℃。峰值处温度为-5.9～-7.5 ℃。出现区域主要集中在窗过梁上部区域、墙 和柱子结合部及墙角处，这 和结论1 中内表面温度低值出现区域重合。可以确认以上区域存在建筑隔热性能缺陷。

5）根 据图5～图6 中外墙外表面温度，柱 子处温度在-10.5 ℃，踢 脚处温度在-2.2～-3.1 ℃，即 使温度达到设计值的房间，在 柱、外 墙踢脚处存在冷桥现象，热 损失现象严重。

以上分析均是根据 2012 年 3 月份测试数据分析而得。2011 年8 月份测试时，由 于时间处于夏季，室 外太阳辐射强烈，室 外外表面温度已经是热传导、辐 射换热作用后的综合值。对于定性判断围护结构缺陷的区域，这 部分数据能起到作用。但对缺陷程度的判断，需要剔除掉太阳辐射对围护结构外表面温度的影响，这是一件很有难度的工作，且对缺陷的判断意义不大。故最终分析选取了冬季热成像的数据。

2 理论计算分析

围护结构的传热系数和热阻计算公式如下[1]：

当墙表面平整时，围护结构内表面的换热系数αn=8.7 W/(m2· ℃)。外墙，屋 顶与室外空气接触的表面外表面换热系数αw=23 W/(m2· ℃)[2]，其 余围护结构各项数值选取见表1。根 据以上条件，计 算西附楼外墙围护结构传热系数为0.87 W/(m·2K)。

表1 西附楼外围护结构K 值计算表

在传热过程中的任意一个界面，其 热流密度处处相等。即：

根据式（3），推 导出围护结构内表面温度T n1、围 护结构外表面温度Tw1、中 间任意一层内表面温度T n,i、中间任意一层外表面温度Tw,i分别为：

以下计算均设定室内、外 温度稳定，热 流密度恒定为依据的。

假定西附楼外墙围护结构有缺陷，其 缺陷程度为相当于原 50 mm 保温层的 20%，即 10 mm 厚的保温层，也 就是相当于原围护结构传热能力的322%。根据式（4）～（ 11）及 表 1 中各项数据，分 别计算西附楼外墙各层围护结构内、外 表面温度如表2：

表2 围护结构有缺陷时（相当于20%）温度

表2 中的室外温度：第 一处为远处室外温度。第 二处为围护结构室外侧，温 度边界层靠近室外侧的外表面温度。表格中的室内温度：第一处为围护结构室内侧，温度边界层靠近室内侧的表面温度。第二处为远处室内温度。

根据式（4）～（ 11）及 表 1 中各项数据，结 合表 2 中室内、外 表面温度，分 别计算西附楼外墙，在 不同保温层厚度情况下，围 护结构室内内表面、室 外外表面温度如表3 所示：

表3 不同保温层厚度时围护结构参数

3 结论

红外热成像的建筑围护结构缺陷识别鉴定，以 及缺陷效果对建筑物供暖、制 冷效果的影响，是 一个横跨建筑、暖 通两个专业新兴的应用点。

西附楼在暖通设计时，采用的统一的负荷计算，配管方式也一致，但 在实际运行时，只 有一层西向2 个房间，二 层大开间温度没有达到设计值，且 室内散热器表面温度为正常值，同 时其余房间温度正常，可 以排除采暖系统设计存在问题。考虑到室内取照时，工作台、柜 子有遮挡外墙的情况，拍 摄区域只为吊顶下无遮挡的区域，取 景区域没有完全覆盖外墙。因此本分析以室外拍照的温度分析为主，室 内红外成像的温度分析为辅。

1）根 据以上室外分析，室 外外墙外表面低谷处温度为 -5.9～-7.5 ℃，相 对应保温层厚度只有 2～3 mm，相当于原设计敷设保温层 50 mm 的4%～6%，传热能力相当于原设计的 4.5～5.0 倍。此部分围护结构缺陷严重，有 缺陷部位的保温层基本上就形同虚设。

2）漏 风因素，根 据吊顶矿棉板连接处温度 2.5 ℃，和现场吊顶打开的漏风感，判 断出建筑围护结构封闭不严，但无法进行冷风入侵的热损耗的定量分析。这和上条围护结构有缺陷对应，可 以确定围护结构存在严重漏风问题。

3）其 它因素。本次测试中，还 发现外窗窗框有缺陷，外 墙踢脚处、立 柱处冷桥现象严重。这些均会导致热损耗大于设计值。在设计时，这些部位的防冷桥设计需要认真考虑，精 心设计。