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红外热像仪在建筑节能上的应用

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摘要:

红外热像仪利用光电子技术、红外探测器技术和红外图像处理技术,来获取物体表面温度分布情况.列举了红外热像仪在墙体冷桥部位检测、窗户空气渗透检测、散热器故障检测等3个方面的应用,指出红外热像仪在建筑节能方面的应用的优势.

关键词:

红外热像仪;建筑节能;冷桥现象;空气渗透;故障检测

当今社会,无论是发达国家还是发展中国家都非常地重视节能问题,我国目前的单位建筑面积采暖用能耗相当于气候条件相近的发达国家的3~4倍[1].我国能源较匮乏,近几年越来越多的化石能源依赖进口,因此合理有效利用能源,提高能源利用率对我国社会发展的具有重要意义.目前我国建筑相关能耗占全社会能耗的46.7%[2],因此采用科学手段降低建筑能耗对促进能源开发与利用至关重要.利用红外热像仪对建筑物围护结构进行热工缺陷测试,同时评估其保温性能以及是否存在内部缺陷是一种建筑节能的有效监测手段.同时,红外热像仪也具有测试气密性的功能,利用红外热像仪快速扫描拍摄红外热像照片,能科学准确地确定建筑物的渗漏源.在我国红外热像仪用于建筑节能的研究和测试尚处于起步阶段,但具有极其广阔的应用前景[3].

1热像仪工作原理及Testo890热像仪的技术参数

由于分子的热运动,物体会发射红外线,红外辐射能量与其绝对温度的4次方成正比.热像仪通过摄取被测物体红外辐射通量的分布,得到物体发射红外辐射通量的分布图像,此图即为热像图.根据这一特性,热像仪就能测出物体的温度场.红外热像仪一般由光学系统、扫描器红外探测器、信号处理电路、显示记录装置等几部分组成[4].目标的辐射图形经光学系统会聚和滤光,聚焦在焦平面上.焦平面内安装一个探测元件,光学会聚系统与探测器之间有一套光学机械扫描装置,从目标入射到探测器上的红外辐射,随着扫描镜的转动而移动,按次序扫过物空间的整个视场,在扫描过程中,入射的红外线使探测器产生响应,探测器的响应是与红外辐射的能量成正比的电压信号,扫描过程使二维的物体辐射图形转换成一维的模拟电压信号序列,该信号经过放大、处理后,由视频监视系统实现热像显示和温度测量[5].扫描热像仪原理见图1.我校引进的用于建筑节能研究的热像仪是由德图集团生产的“Testo890”型热像仪,主要技术指标为:像素480×272;响应波段8μm~14μm;测温范围20℃~500℃;测温精度±2%;图像刷新频33Hz;湿度条件20%~80%.

2工程应用

2.1墙体冷桥部位检测在严寒与寒冷地区,冷桥对供暖负荷和能耗指标的影响较大,通常占20%以上[6],这一地区具有突出的冷桥问题,必须对冷桥进行处理,才能减少传热损失,并能保证围护结构在冬季室内表面不结露,因此找出建筑冷桥显得十分重要.例如,利用红外热像仪从内部拍摄时,冬季采暖建筑冷桥部位显示为低温区,见图2.在低温区温度仅为12℃,而其它部位温度平均在14.5℃,随着室内外温差的增大,冷桥问题还会更加突出.由于冷桥部位温度较低,很容易达到室内空气露点温度,从而产生渗水、墙皮脱落、发霉等现象,见图3.利用红外摄像仪,可以对墙体进行扫描,得到冷桥部位内表面温度场分布,及时找到冷桥部位,通过加苯板等方式进行修复处理,消除质量隐患.

2.2窗户空气渗透检测空气渗透是与窗户密闭性能有关,当窗户密闭性能符合设计有关标准要求情况下,它对于窗户能耗的影响并不是很大.就目前国内门窗厂的生产水平而言,要达到设计标准要求并不是太难,严重的空气渗透往往发生在安装环节.在窗户安装完成及以后的管理过程中,及时找出空气渗透部位并及时进行封堵,能够在很大程度上降低窗户能耗.如图4,通过热像仪能够得到窗户温度场的分布,可以看出窗户与墙体的交界面上温度较低,在-10℃左右,而窗户内表面的平均值为10℃左右,这是因为交界面密封不好,存在空气渗漏现象.

2.3散热器工作故障检测在无故障稳定运行情况下,散热器温度的分布应呈均匀过渡变化状态,在这种情况下拍到的红外热像图,是正常状态下的散热器温度场分布.然而,当散热器出现某种故障时,散热器内热水向表面的热传导发生改变,导致散热器相应表面的温度分布发生变化,对于不同性质的故障和不同严重程度的故障,必然会在散热器表面温度分布上反应出来,这样,利用红外特征图谱的变化,不仅可以判断出散热器有无故障,而且还能够通过其表面温度场的分布情况判别出故障的位置及性质,见图5.例如,当散热器出现积气时,各个立柱之间温度分布极度不均匀,见图6.散热器最高温度出现在最右侧立柱为90℃,最低温度30℃,出现在左上方的位置,当散热器内有气体时,往往集中在供水管的反方向,这就能够判别出由于积气引起的故障,图7为实验用散热器.

3结语

利用红外热像仪进行检测是目前热故障诊断和检测领域最有效的手段之一.红外热像仪能够直观地显示出墙体表面温度场,找出建筑冷桥,具有操作方便,快捷,有效的特点.利用红外热像仪可以得到窗户表面温度场分布情况,对温度场进行分析可以找到窗户在制造、安装和使用过程中造成的空气渗透现象,并及时进行封堵.通过对故障散热器红外特征的分析,不仅可以判断出散热器有无故障,而且还能够判别出故障的位置及其性质.因此,红外热像仪在建筑节能方面的应用研究,会极大地推进建筑节能现场检测技术水平的提高.

参考文献

[1]顾天舒,谢连玉,陈革.建筑节能与墙体保温[J].工程力学,2006,23(2):167-184.

[2]李英,张超.对我国建筑节能趋势的预测与分析[J].经济师,2010,3(3):20-22.

[3]杨红,何建宏,喻娅君.红外热像仪及其在建筑节能检测中的应用[J].新型建筑材料,2003(4):50-51.

[4]吴宗凡.红外热像仪的原理和技术发展[J].现代科学仪器,1997(2):28-30.

[5]吕崇德.热工参数测量与处理[M].北京:清华大学出版社,2001.

[6]南艳丽,冯雅,谷晋川,王磊.夏热冬冷地区热桥对节能围护结构的影响[J].建筑节能,2007,35(3):20-23.

作者:化亚魏 白莉 李杨 常文涛 单位:吉林建筑大学市政与环境工程学院

红外热像仪在建筑节能上的应用责任编辑:杨雪    阅读:人次